Studiu sperimentale nantu à e prestazioni di u filtru d'aria HEPA

U sviluppu di l'industria muderna hà messu esigenze crescenti à l'ambiente di sperimentazione, ricerca è pruduzzione. U modu principale per ghjunghje à questu requisitu hè di utilizà largamente i filtri d'aria in i sistemi di climatizazione pulita. Frà elli, i filtri HEPA è ULPA sò l'ultima prutezzione per e particelle di polvere chì entranu in a stanza bianca. A so prestazione hè direttamente ligata à u livellu di a stanza bianca, chì à u so tornu influenza a qualità di u prucessu è di u pruduttu. Dunque, hè significativu fà una ricerca sperimentale nantu à u filtru. E prestazioni di resistenza è e prestazioni di filtrazione di i dui filtri sò state paragunate à diverse velocità di u ventu misurendu l'efficienza di filtrazione di u filtru in fibra di vetru è di u filtru PTFE per e particelle PAO di 0,3 μm, 0,5 μm, 1,0 μm. I risultati mostranu chì a velocità di u ventu hè un fattore assai impurtante chì influenza l'efficienza di filtrazione di i filtri d'aria HEPA. Più alta hè a velocità di u ventu, più bassa hè l'efficienza di filtrazione, è l'effettu hè più evidente per i filtri PTFE.

Parolle chjave:Filtru d'aria HEPA; Prestazione di resistenza; prestazione di filtrazione; Carta da filtru PTFE; carta da filtru in fibra di vetru; filtru in fibra di vetru.
Numeru CLC: X964 Codice d'identificazione di u documentu: A
Cù u sviluppu cuntinuu di a scienza è di a tecnulugia, a pruduzzione è a mudernizazione di i prudutti industriali muderni sò diventate sempre più esigenti per a pulizia di l'aria interna. In particulare, a microelettronica, l'industria medica, chimica, biologica, di trasfurmazione alimentaria è altre industrie necessitanu miniaturizazione. Precisione, alta purezza, alta qualità è alta affidabilità di l'ambiente internu, chì impone esigenze sempre più elevate à e prestazioni di u filtru d'aria HEPA, dunque cumu fabricà u filtru HEPA per risponde à a dumanda di i cunsumatori hè diventatu un bisognu urgente di i pruduttori. Unu di i prublemi risolti [1-2]. Hè ben cunnisciutu chì e prestazioni di resistenza è l'efficienza di filtrazione di u filtru sò dui indicatori impurtanti per valutà u filtru. Questu articulu prova à analizà e prestazioni di filtrazione è e prestazioni di resistenza di u filtru d'aria HEPA di diversi materiali filtranti per mezu di esperimenti [3], è e diverse strutture di u listessu materiale filtrante. E prestazioni di filtrazione è e proprietà di resistenza di u filtru furniscenu una basa teorica per u pruduttore di filtri.

1 Analisi di u metudu di prova
Ci sò parechji metudi per rilevà i filtri d'aria HEPA, è diversi paesi anu standard diversi. In u 1956, a Cummissione Militare di i Stati Uniti hà sviluppatu l'USMIL-STD282, un standard di prova di filtri d'aria HEPA, è u metudu DOP per a prova di efficienza. In u 1965, hè statu stabilitu u standard britannicu BS3928, è hè statu utilizatu u metudu di fiamma di sodiu per a rilevazione di efficienza. In u 1973, l'Associazione Europea di Ventilazione hà sviluppatu u standard Eurovent 4/4, chì seguitava u metudu di rilevazione di fiamma di sodiu. Più tardi, l'American Society for Environmental Testing and Filter Efficiency Science hà compilatu una seria di standard simili per i metudi di prova raccomandati, tutti utilizendu u metudu di conteggio di u calibru DOP. In u 1999, l'Europa hà stabilitu u standard BSEN1822, chì utilizza a dimensione di particelle più trasparente (MPPS) per rilevà l'efficienza di filtrazione [4]. U standard di rilevazione di a Cina adotta u metudu di fiamma di sodiu. U sistema di rilevazione di e prestazioni di u filtru d'aria HEPA utilizatu in questu esperimentu hè sviluppatu basatu annantu à u standard US 52.2. U metudu di rilevazione utilizza un metudu di conteggio di u calibru, è l'aerosol utilizza particelle PAO.
1. 1 strumentu principale
Questu esperimentu usa dui cuntatori di particelle, chì sò simplici, cunvenienti, veloci è intuitivi paragunati à altri apparecchi di prova di cuncentrazione di particelle [5]. I vantaghji sopra menzionati di u cuntatore di particelle u facenu rimpiazzà gradualmente altri metudi è diventà u principale metudu di prova per a cuncentrazione di particelle. Puderanu cuntà sia u numeru di particelle sia a distribuzione di a dimensione di e particelle (vale à dì, u contu), chì hè l'apparecchiatura principale di questu esperimentu. A velocità di campionamentu hè di 28,6 LPM, è a so pompa à vuoto senza carbone hà e caratteristiche di bassu rumore è prestazioni stabili. Se l'opzione hè installata, a temperatura è l'umidità, è ancu a velocità di u ventu, ponu esse misurate è u filtru pò esse testatu.
U sistema di rilevazione usa aerosoli chì utilizanu particelle PAO cum'è polvere da filtrà. Usemu i generatori d'aerosol (generazioni d'aerosol) di u mudellu TDA-5B pruduttu in i Stati Uniti. L'intervallu d'occorrenza hè 500 - 65000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM), è a cuncentrazione hè 100 μg / L, 6500 cfm; 10 μg / L, 65000 cfm.
1. 2 stanza pulita
Per migliurà a precisione di l'esperimentu, u laburatoriu di livellu 10.000 hè statu cuncipitu è ​​decoratu secondu a norma federale di i Stati Uniti 209C. U pavimentu di rivestimentu hè utilizatu, chì hè carattarizatu da i vantaghji di u terrazzo, a resistenza à l'usura, a bona sigillatura, a flessibilità è a custruzzione cumplicata. U materiale hè lacca epossidica è u muru hè fattu di rivestimentu assemblatu per camera bianca. A stanza hè dotata di lampade di purificazione 220v, 2 × 40w 6 è disposte secondu i requisiti di l'illuminazione è di l'equipaggiu di campu. A stanza bianca hà 4 prese d'aria superiori è 4 porte di ritornu d'aria. A doccia d'aria hè cuncipita per un cuntrollu tattile unicu ordinariu. U tempu di doccia d'aria hè 0-100s, è a velocità di u ventu di qualsiasi ugello di volume d'aria circulante regulabile hè più grande o uguale à 20ms. Siccome a zona di a stanza bianca hè <50m2 è u persunale hè <5 persone, hè prevista una uscita sicura per a stanza bianca. U filtru HEPA sceltu hè GB01 × 4, u vulume d'aria hè 1000 m3 / h, è l'efficienza di filtrazione hè più grande o uguale à 0,5 μm è 99,995%.
1. 3 campioni sperimentali
I mudelli di u filtru in fibra di vetru sò: 610 (L) × 610 (A) × 150 (L) mm, tipu à deflettore, 75 pieghe, dimensione 610 (L) × 610 (A) × 90 (L) Mm, cù 200 pieghe, dimensione di u filtru in PTFE 480 (L) × 480 (A) × 70 (L) mm, senza tipu à deflettore, cù 100 pieghe.
2 Principii basi
U principiu basicu di u bancu di prova hè chì u ventilatore hè soffiatu in l'aria. Siccomu l'HEPA/UEPA hè ancu equipatu cù un filtru d'aria HEPA, si pò cunsiderà chì l'aria hè diventata aria pulita prima di ghjunghje à l'HEPA/UEPA testatu. U dispusitivu emette particelle PAO in a pipeline per furmà una cuncentrazione desiderata di gas chì cuntene polvere è usa un contatore di particelle laser per determinà a cuncentrazione di particelle. U gas chì cuntene polvere scorre tandu attraversu l'HEPA/UEPA testatu, è a cuncentrazione di particelle di polvere in l'aria filtrata da HEPA/UEPA hè ancu misurata cù un contatore di particelle laser, è a cuncentrazione di polvere di l'aria prima è dopu u filtru hè paragunata, determinendu cusì e prestazioni di u filtru HEPA/UEPA. Inoltre, i fori di campionamentu sò disposti rispettivamente prima è dopu u filtru, è a resistenza di ogni velocità di u ventu hè testata aduprendu un manometru micro inclinabile quì.

3 paragone di e prestazioni di resistenza di u filtru
A caratteristica di resistenza di HEPA hè una di e caratteristiche impurtanti di HEPA. Sottu a premessa di risponde à l'efficienza di a dumanda di a ghjente, e caratteristiche di resistenza sò ligate à u costu d'usu, a resistenza hè chjuca, u cunsumu d'energia hè chjucu è u costu hè risparmiatu. Dunque, a prestazione di resistenza di u filtru hè diventata una preoccupazione. Unu di l'indicatori impurtanti.
Sicondu i dati di misurazione sperimentale, si ottiene a relazione trà a velocità media di u ventu di i dui filtri strutturali diffirenti di a fibra di vetru è di u filtru PTFE è a differenza di pressione di u filtru.A relazione hè mostrata in a Figura 2:

Si pò vede da i dati sperimentali chì quandu a velocità di u ventu aumenta, a resistenza di u filtru aumenta linearmente da bassa à alta, è e duie linee rette di i dui filtri di fibra di vetru coincidenu sustanzialmente. Hè faciule vede chì quandu a velocità di u ventu di filtrazione hè di 1 m/s, a resistenza di u filtru di fibra di vetru hè circa quattru volte quella di u filtru di PTFE.

Cunnoscendu l'area di u filtru, si pò derivà a relazione trà a velocità di a faccia è a differenza di pressione di u filtru:
Si pò vede da i dati sperimentali chì, à misura chì a velocità di u ventu aumenta, a resistenza di u filtru aumenta linearmente da bassa à alta, è e duie linee rette di i dui filtri di fibra di vetru coincidenu sustanzialmente. Hè faciule vede chì quandu a velocità di u ventu di filtrazione hè di 1 m/s, a resistenza di u filtru di fibra di vetru hè circa quattru volte quella di u filtru di PTFE.

Cunnoscendu l'area di u filtru, si pò derivà a relazione trà a velocità di a faccia è a differenza di pressione di u filtru:

A causa di a differenza trà a velocità superficiale di i dui tipi di filtri è a differenza di pressione di u filtru di e duie carte da filtru, a resistenza di u filtru cù a specificazione di 610 × 610 × 90 mm à a listessa velocità superficiale hè più alta chè a specificazione 610 ×. Resistenza di u filtru 610 x 150 mm.

Tuttavia, hè chjaru chì à a listessa velocità superficiale, a resistenza di u filtru in fibra di vetru hè più alta di a resistenza di u PTFE. Questu mostra chì u PTFE hè superiore à u filtru in fibra di vetru in termini di prestazioni di resistenza. Per capisce megliu e caratteristiche di u filtru in fibra di vetru è di a resistenza di u PTFE, sò stati realizati ulteriori esperimenti. Studiendu direttamente a resistenza di e duie carte da filtru mentre a velocità di u ventu di u filtru cambia, i risultati sperimentali sò mostrati quì sottu:

Questu cunfirma ancu di più a cunclusione precedente chì a resistenza di a carta filtrante in fibra di vetru hè più alta di quella di u PTFE sottu à a listessa velocità di u ventu [6].
4 paragoni di e prestazioni di i filtri
Sicondu e cundizioni sperimentali, l'efficienza di filtrazione di u filtru per e particelle cù una dimensione di particelle di 0,3 μm, 0,5 μm è 1,0 μm à diverse velocità di u ventu pò esse misurata, è si ottiene u graficu seguente:

Benintesa, l'efficienza di filtrazione di i dui filtri in fibra di vetru per particelle di 1,0 μm à diverse velocità di u ventu hè di 100%, è l'efficienza di filtrazione di particelle di 0,3 μm è 0,5 μm diminuisce cù l'aumentu di a velocità di u ventu. Si pò vede chì l'efficienza di filtrazione di u filtru per e particelle grande hè più alta di quella di e particelle chjuche, è a prestazione di filtrazione di u filtru 610 × 610 × 150 mm hè superiore à u filtru di a specificazione 610 × 610 × 90 mm.
Cù u listessu metudu, si ottiene un graficu chì mostra a relazione trà l'efficienza di filtrazione di u filtru PTFE 480 × 480 × 70 mm in funzione di a velocità di u ventu:

Cumparandu a Fig. 5 è a Fig. 6, l'effettu di filtrazione di u filtru di vetru di particelle di 0,3 μm, 0,5 μm hè megliu, in particulare per l'effettu di cuntrastu di polvere di 0,3 μm. L'effettu di filtrazione di e trè particelle nantu à e particelle di 1 μm era di 100%.
Per paragunà più intuitivamente e prestazioni di filtrazione di u filtru in fibra di vetru è di u materiale filtrante in PTFE, i testi di prestazioni di u filtru sò stati realizati direttamente nantu à e duie carte filtranti, è hè statu ottenutu u graficu seguente:

U graficu sopra hè statu ottenutu misurendu l'effettu di filtrazione di a carta da filtru in PTFE è fibra di vetru nantu à particelle di 0,3 μm à diverse velocità di u ventu [7-8]. Hè evidenti chì l'efficienza di filtrazione di a carta da filtru in PTFE hè più bassa di quella di a carta da filtru in fibra di vetru.
Cunsiderendu e proprietà di resistenza è e proprietà di filtrazione di u materiale filtrante, hè faciule vede chì u materiale filtrante PTFE hè più adattatu per a fabricazione di filtri grossi o sub-HEPA, è u materiale filtrante in fibra di vetru hè più adattatu per a fabricazione di filtri HEPA o ultra-HEPA.
5 Cunclusione
E prospettive per diverse applicazioni di filtri sò esplorate paragunendu e proprietà di resistenza è e proprietà di filtrazione di i filtri PTFE cù i filtri in fibra di vetru. Da l'esperimentu pudemu tirà a cunclusione chì a velocità di u ventu hè un fattore assai impurtante chì influenza l'effettu di filtrazione di u filtru d'aria HEPA. Più alta hè a velocità di u ventu, più bassa hè l'efficienza di filtrazione, più evidente hè l'effettu nantu à u filtru PTFE, è in generale u filtru PTFE hà un effettu di filtrazione più bassu chè u filtru in fibra di vetru, ma a so resistenza hè più bassa chè quella di u filtru in fibra di vetru. Dunque, u materiale di filtru PTFE hè più adattatu per fà un filtru grossu o sub-alta efficienza, è u materiale di filtru in fibra di vetru hè più adattatu per a pruduzzione. Filtru efficiente o ultra-efficiente. U filtru HEPA in fibra di vetru cù una specificazione di 610 × 610 × 150 mm hè più bassu di u filtru HEPA in fibra di vetru 610 × 610 × 90 mm, è e prestazioni di filtrazione sò megliu cà u filtru HEPA in fibra di vetru 610 × 610 × 90 mm. Attualmente, u prezzu di u materiale di filtru PTFE puru hè più altu chè quellu di a fibra di vetru. Tuttavia, paragunatu à a fibra di vetru, u PTFE hà una megliu resistenza à a temperatura, resistenza à a corrosione è idrolisi cà a fibra di vetru. Dunque, diversi fattori devenu esse cunsiderati quandu si produce un filtru. Cumbinate e prestazioni tecniche è e prestazioni ecunomiche.
Referenze:
[1] Liu Laihong, Wang Shihong. Sviluppu è Applicazione di Filtri d'Aria [J] • Filtrazione è Separazione, 2000, 10(4): 8-10.
[2] Filtru d'aria CN Davis [M], traduttu da Huang Riguang. Pechino: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 metudu di prova di e prestazioni di u filtru d'aria d'alta efficienza, trasmittanza è resistenza [M]. Uffiziu Naziunale di Norme, 1985.
[4] Xing Songnian. Metudu di rilevazione è applicazione pratica di filtru d'aria ad alta efficienza [J] • Attrezzatura di prevenzione epidemica bioprotettiva, 2005, 26 (1): 29-31.
[5] Hochrainer. Ulteriori sviluppi di u contatore di particelle
sizerPCS-2000 fibra di vetru [J]•Filtru Journal ofAerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6] E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher etc. Pressure
Filtri DropAcrossFiber[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7]Michael JM è Clyde Orr. Filtrazione - Principii è Pratiche [M].
New York: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Meccanica di l'aerosol - basa teorica di a rimozione è purificazione di a polvera [M] • Pechino: China Environmental Science Press, 1987.