Die Entwicklung der modernen Industrie hat steigende Anforderungen an die Umgebung für Experimente, Forschung und Produktion gestellt. Der wichtigste Weg, diese Anforderung zu erfüllen, ist der breite Einsatz von Luftfiltern in Reinraumklimaanlagen. Darunter sind HEPA- und ULPA-Filter der letzte Schutz vor Staubpartikeln, die in Reinräume gelangen. Ihre Leistung steht in direktem Zusammenhang mit dem Reinraumniveau, was wiederum die Prozess- und Produktqualität beeinflusst. Deshalb ist es sinnvoll, experimentelle Forschungen an den Filtern durchzuführen. Die Widerstandsleistung und Filtrationsleistung der beiden Filter wurden bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten verglichen, indem die Filtrationseffizienz des Glasfaserfilters und des PTFE-Filters für 0,3 μm, 0,5 μm, 1,0 μm PAO-Partikel gemessen wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass die Windgeschwindigkeit ein sehr wichtiger Faktor ist, der die Filtrationseffizienz von HEPA-Luftfiltern beeinflusst. Je höher die Windgeschwindigkeit, desto geringer die Filtrationseffizienz und der Effekt ist bei PTFE-Filtern deutlicher.
Schlüsselwörter:HEPA-Luftfilter; Widerstandsleistung; Filterleistung; PTFE-Filterpapier; Glasfaserfilterpapier; Glasfaserfilter.
CLC-Nummer: X964 Dokumentidentifikationscode: A
Mit der kontinuierlichen Entwicklung von Wissenschaft und Technologie sind bei der Herstellung und Modernisierung moderner Industrieprodukte immer höhere Anforderungen an die Luftreinheit in Innenräumen entstanden. Miniaturisierung ist insbesondere in der Mikroelektronik, der Medizin, der Chemie, der Biologie, der Lebensmittelverarbeitung und anderen Branchen gefragt. Präzision, hohe Reinheit, hohe Qualität und hohe Zuverlässigkeit in Innenräumen stellen immer höhere Anforderungen an die Leistung von HEPA-Luftfiltern. Daher ist die Herstellung von HEPA-Filtern, die die Verbrauchernachfrage erfüllen, für Hersteller zu einer dringenden Frage geworden. Eines der Probleme wurde bereits gelöst [1-2]. Es ist bekannt, dass Widerstandsleistung und Filtrationseffizienz des Filters zwei wichtige Indikatoren zur Bewertung des Filters sind. In dieser Abhandlung wird versucht, die Filtrationsleistung und Widerstandsleistung von HEPA-Luftfiltern verschiedener Filtermaterialien und der verschiedenen Strukturen desselben Filtermaterials experimentell zu analysieren [3]. Die Filtrationsleistung und die Widerstandseigenschaften des Filters bieten dem Filterhersteller eine theoretische Grundlage.
1 Testmethodenanalyse
Es gibt zahlreiche Methoden zur Erkennung von HEPA-Luftfiltern, und die Standards der einzelnen Länder sind unterschiedlich. 1956 entwickelte die US-Militärkommission den USMIL-STD282, einen Teststandard für HEPA-Luftfilter, und die DOP-Methode zur Prüfung der Effizienz. 1965 trat der britische Standard BS3928 in Kraft, bei dem die Effizienz mit der Natriumflammenmethode ermittelt wurde. 1973 entwickelte die European Ventilation Association den Standard Eurovent 4/4, der auf der Natriumflammenmethode basierte. Später stellte die American Society for Environmental Testing and Filter Efficiency Science eine Reihe ähnlicher Standards für empfohlene Testmethoden zusammen, die alle die DOP-Messschieberzählmethode verwendeten. 1999 führte Europa den Standard BSEN1822 ein, der die Filtereffizienz anhand der transparentesten Partikelgröße (MPPS) ermittelt [4]. Der chinesische Nachweisstandard basiert auf der Natriumflammenmethode. Das in diesem Experiment verwendete System zur Leistungserkennung von HEPA-Luftfiltern wurde auf Grundlage des US-Standards 52.2 entwickelt. Die Nachweismethode verwendet eine Messschieberzählmethode und das Aerosol verwendet PAO-Partikel.
1. 1 Hauptinstrument
In diesem Experiment kommen zwei Partikelzähler zum Einsatz, die im Vergleich zu anderen Geräten zur Messung der Partikelkonzentration einfach, praktisch, schnell und intuitiv zu bedienen sind [5]. Dank dieser Vorteile ersetzt der Partikelzähler zunehmend andere Methoden und wird zur wichtigsten Messmethode für die Partikelkonzentration. Er kann sowohl die Partikelanzahl als auch die Partikelgrößenverteilung (d. h. die Zählung) zählen und ist das Kernstück dieses Experiments. Die Probendurchflussrate beträgt 28,6 l/min, und die kohlenstofffreie Vakuumpumpe zeichnet sich durch geringe Geräuschentwicklung und stabile Leistung aus. Bei entsprechender Ausstattung können Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit gemessen und der Filter getestet werden.
Das Detektionssystem verwendet Aerosole mit PAO-Partikeln als zu filternden Staub. Wir verwenden die Aerosolgeneratoren (Aerosolgenerationen) des in den USA hergestellten Modells TDA-5B. Der Wirkungsbereich liegt zwischen 500 und 65.000 cfm (1 cfm = 28,6 l/min), die Konzentrationen betragen 100 μg/l, 6500 cfm; 10 μg/l, 65.000 cfm.
1. 2 Reinraum
Um die Genauigkeit des Experiments zu verbessern, wurde das 10.000-Level-Labor gemäß US-Bundesstandard 209C entworfen und eingerichtet. Es wurde ein beschichteter Boden verwendet, der sich durch die Vorteile von Terrazzo, Verschleißfestigkeit, guter Abdichtung, Flexibilität und komplizierter Konstruktion auszeichnet. Das Material ist Epoxidlack und die Wand besteht aus montierter Reinraumverkleidung. Der Raum ist mit 6 Reinigungslampen (220 V, 2 × 40 W) ausgestattet und entsprechend den Anforderungen der Beleuchtung und der Feldausrüstung angeordnet. Der Reinraum hat 4 obere Luftauslässe und 4 Luftrückführungsöffnungen. Der Luftduschraum ist für eine einfache Einzelberührungssteuerung ausgelegt. Die Luftduschzeit beträgt 0–100 s und die Windgeschwindigkeit jeder einstellbaren Umluftdüse ist größer oder gleich 20 ms. Da die Reinraumfläche <50 m² beträgt und das Personal <5 Personen umfasst, ist ein sicherer Ausgang für den Reinraum vorhanden. Der ausgewählte HEPA-Filter ist GB01×4, das Luftvolumen beträgt 1000 m3/h und die Filtereffizienz ist größer oder gleich 0,5 μm und 99,995 %.
1. 3 Versuchsproben
Die Modelle des Glasfaserfilters sind: 610 (L) × 610 (H) × 150 (B) mm, Pralltyp, 75 Falten, Größe 610 (L) × 610 (H) × 90 (B) mm, mit 200 Falten, PTFE-Filtergröße 480 (L) × 480 (H) × 70 (B) mm, ohne Pralltyp, mit 100 Falten.
2 Grundprinzipien
Das Grundprinzip des Prüfstands besteht darin, dass ein Ventilator Luft ansaugt. Da der HEPA/UEPA auch mit einem HEPA-Luftfilter ausgestattet ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Luft vor dem Erreichen des geprüften HEPA/UEPA sauber ist. Das Gerät stößt PAO-Partikel in die Rohrleitung aus, um die gewünschte staubhaltige Gaskonzentration zu erzeugen, und ermittelt die Partikelkonzentration mithilfe eines Laserpartikelzählers. Das staubhaltige Gas strömt dann durch den geprüften HEPA/UEPA. Die Staubpartikelkonzentration in der vom HEPA/UEPA gefilterten Luft wird ebenfalls mithilfe eines Laserpartikelzählers gemessen. Die Staubkonzentration in der Luft vor und nach dem Filter wird verglichen, um die Leistung des HEPA/UEPA-Filters zu bestimmen. Darüber hinaus sind vor und nach dem Filter jeweils Probenahmeöffnungen angebracht, und der Widerstand bei jeder Windgeschwindigkeit wird mithilfe eines Mikro-Neigungsdruckmessers geprüft.
3 Filterwiderstandsleistungsvergleich
Die Widerstandseigenschaften von HEPA sind eine der wichtigsten Eigenschaften von HEPA. Unter der Prämisse, die Effizienz der Nachfrage der Menschen zu erfüllen, hängen die Widerstandseigenschaften mit den Nutzungskosten zusammen. Der Widerstand ist gering, der Energieverbrauch gering und die Kosten werden gespart. Daher ist die Widerstandsleistung des Filters zu einem Problem geworden. Einer der wichtigsten Indikatoren.
Anhand der experimentellen Messdaten lässt sich die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Windgeschwindigkeit der beiden unterschiedlichen Strukturfilter aus Glasfaser und PTFE-Filter und der Filterdruckdifferenz ermitteln.Die Beziehung ist in Abbildung 2 dargestellt:
Aus den experimentellen Daten ist ersichtlich, dass der Widerstand des Filters mit zunehmender Windgeschwindigkeit linear von niedrig nach hoch ansteigt und die beiden Geraden der beiden Glasfaserfilter im Wesentlichen übereinstimmen. Es ist leicht zu erkennen, dass der Widerstand des Glasfaserfilters bei einer Filterwindgeschwindigkeit von 1 m/s etwa viermal so hoch ist wie der des PTFE-Filters.
Kennt man die Filterfläche, lässt sich die Beziehung zwischen der Anströmgeschwindigkeit und der Filterdruckdifferenz ableiten:
Aus den experimentellen Daten ist ersichtlich, dass der Widerstand des Filters mit zunehmender Windgeschwindigkeit linear von niedrig nach hoch ansteigt und die beiden Geraden der beiden Glasfaserfilter im Wesentlichen übereinstimmen. Es ist leicht zu erkennen, dass bei einer Filterwindgeschwindigkeit von 1 m/s der Widerstand des Glasfaserfilters etwa viermal so hoch ist wie der des PTFE-Filters.
Kennt man die Filterfläche, lässt sich die Beziehung zwischen der Anströmgeschwindigkeit und der Filterdruckdifferenz ableiten:
Aufgrund der unterschiedlichen Oberflächengeschwindigkeit der beiden Filtertypen und der unterschiedlichen Filterdrucke der beiden Filterpapiere ist der Widerstand des Filters mit der Spezifikation 610 × 610 × 90 mm bei gleicher Oberflächengeschwindigkeit höher als der Widerstand des Filters mit der Spezifikation 610 × 150 mm.
Es ist jedoch offensichtlich, dass bei gleicher Oberflächengeschwindigkeit der Widerstand des Glasfaserfilters höher ist als der des PTFE. Dies zeigt, dass PTFE dem Glasfaserfilter hinsichtlich der Widerstandsleistung überlegen ist. Um die Eigenschaften des Glasfaserfilters und des PTFE-Widerstands besser zu verstehen, wurden weitere Experimente durchgeführt. Untersuchen Sie direkt den Widerstand der beiden Filterpapiere bei Änderung der Filterwindgeschwindigkeit. Die experimentellen Ergebnisse sind unten dargestellt:
Dies bestätigt die vorherige Schlussfolgerung, dass der Widerstand von Glasfaserfilterpapier bei gleicher Windgeschwindigkeit höher ist als der von PTFE [6].
4 Filter Filterleistungsvergleich
Unter den Versuchsbedingungen kann die Filtrationseffizienz des Filters für Partikel mit einer Partikelgröße von 0,3 μm, 0,5 μm und 1,0 μm bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten gemessen werden, und es ergibt sich folgendes Diagramm:
Offensichtlich beträgt die Filterleistung der beiden Glasfaserfilter für 1,0 μm große Partikel bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten 100 %, während die Filterleistung für 0,3 μm und 0,5 μm große Partikel mit zunehmender Windgeschwindigkeit abnimmt. Es ist ersichtlich, dass die Filterleistung des Filters für große Partikel höher ist als für kleine Partikel. Die Filterleistung des 610 × 610 × 150 mm großen Filters ist der des 610 × 610 × 90 mm großen Filters überlegen.
Mit der gleichen Methode erhält man ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Filtrationseffizienz des 480 × 480 × 70 mm großen PTFE-Filters als Funktion der Windgeschwindigkeit zeigt:
Vergleicht man Abb. 5 und Abb. 6, ist die Filterwirkung des Glasfilters mit 0,3 μm und 0,5 μm Partikeln besser, insbesondere bei der Staubkontrastwirkung von 0,3 μm. Die Filterwirkung der drei Partikel auf 1 μm Partikel betrug 100 %.
Um die Filterleistung des Glasfaserfilters und des PTFE-Filtermaterials intuitiver vergleichen zu können, wurden die Filterleistungstests direkt an den beiden Filterpapieren durchgeführt und das folgende Diagramm erstellt:
Das obige Diagramm wurde durch Messung der Filtrationswirkung von PTFE- und Glasfaserfilterpapier auf 0,3 μm große Partikel bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten erstellt [7-8]. Es ist offensichtlich, dass die Filtrationseffizienz von PTFE-Filterpapier geringer ist als die von Glasfaserfilterpapier.
Betrachtet man die Widerstands- und Filtereigenschaften des Filtermaterials, ist leicht zu erkennen, dass sich das PTFE-Filtermaterial besser zur Herstellung von Grob- oder Sub-HEPA-Filtern eignet und das Glasfaser-Filtermaterial besser zur Herstellung von HEPA- oder Ultra-HEPA-Filtern.
5 Fazit
Die Möglichkeiten verschiedener Filteranwendungen werden durch einen Vergleich der Widerstands- und Filtrationseigenschaften von PTFE-Filtern mit denen von Glasfaserfiltern untersucht. Aus dem Experiment können wir schlussfolgern, dass die Windgeschwindigkeit ein sehr wichtiger Faktor ist, der die Filtrationswirkung von HEPA-Luftfiltern beeinflusst. Je höher die Windgeschwindigkeit, desto geringer die Filtrationseffizienz und desto deutlicher die Auswirkung auf den PTFE-Filter. Insgesamt hat der PTFE-Filter eine geringere Filtrationswirkung als ein Glasfaserfilter, aber auch einen geringeren Widerstand als ein Glasfaserfilter. Daher eignet sich PTFE-Filtermaterial besser zur Herstellung von groben oder untereffizienten Filtern, während Glasfaserfiltermaterial besser zur Herstellung effizienter oder hocheffizienter Filter geeignet ist. Ein Glasfaser-HEPA-Filter mit den Abmessungen 610 × 610 × 150 mm ist kleiner als ein Glasfaser-HEPA-Filter mit den Abmessungen 610 × 610 × 90 mm und weist eine bessere Filtrationsleistung auf als ein Glasfaser-HEPA-Filter mit den Abmessungen 610 × 610 × 90 mm. Derzeit ist der Preis für reines PTFE-Filtermaterial höher als für Glasfaser. Im Vergleich zu Glasfasern weist PTFE jedoch eine bessere Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hydrolysebeständigkeit auf. Daher sollten bei der Filterherstellung verschiedene Faktoren berücksichtigt werden. Kombinieren Sie technische Leistung und wirtschaftliche Leistung.
Quellen:
[1]Liu Laihong, Wang Shihong. Entwicklung und Anwendung von Luftfiltern [J]•Filtering and Separation, 2000, 10(4): 8-10.
[2] CN Davis Air Filter [M], übersetzt von Huang Riguang. Peking: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 Hochleistungs-Luftfilter – Prüfverfahren für Transmission und Widerstand [M]. Nationales Büro für Standards, 1985.
[4]Xing Songnian. Nachweismethode und praktische Anwendung von hocheffizienten Luftfiltern[J]•Bioprotective Epidemic Prevention Equipment, 2005, 26(1): 29-31.
[5]Hochrainer. Weiterentwicklungen des Partikelzählers
sizerPCS-2000Glasfaser [J]•Filter Journal ofAerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher etc. Druck
Tropfen über Faserfilter[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7]Michael JM und Clyde Orr. Filtration – Prinzipien und Praktiken[M].
New York:MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Aerosolmechanik – theoretische Grundlagen der Staubentfernung und -reinigung [M] • Beijing: China Environmental Science Press, 1987.
Beitragszeit: 06.01.2019