Studim Eksperimental mbi Performancën e Filtrit të Ajrit HEPA

Zhvillimi i industrisë moderne ka vendosur kërkesa gjithnjë e në rritje në mjedisin e eksperimentimit, kërkimit dhe prodhimit. Mënyra kryesore për të arritur këtë kërkesë është përdorimi i gjerë i filtrave të ajrit në sistemet e ajrit të pastër. Midis tyre, filtrat HEPA dhe ULPA janë mbrojtja e fundit për grimcat e pluhurit që hyjnë në dhomën e pastër. Performanca e tyre është e lidhur drejtpërdrejt me nivelin e dhomës së pastër, e cila nga ana tjetër ndikon në cilësinë e procesit dhe të produktit. Prandaj, është kuptimplotë të kryhen kërkime eksperimentale mbi filtrin. Performanca e rezistencës dhe performanca e filtrimit të dy filtrave u krahasuan në shpejtësi të ndryshme të erës duke matur efikasitetin e filtrit me fibra qelqi dhe filtrin PTFE për grimcat PAO 0.3 μm, 0.5 μm, 1.0 μm. Rezultatet tregojnë se shpejtësia e erës është një faktor shumë i rëndësishëm që ndikon në efikasitetin e filtrimit të filtrave të ajrit HEPA. Sa më e lartë të jetë shpejtësia e erës, aq më e ulët është efikasiteti i filtrimit, dhe efekti është më i dukshëm për filtrat PTFE.

Fjalë kyçe:Filtër ajri HEPA; Performancë rezistence; performancë filtrimi; letër filtri PTFE; letër filtri me fibra qelqi; filtër me fibra qelqi.
Numri CLC: X964 Kodi i identifikimit të dokumentit: A
Me zhvillimin e vazhdueshëm të shkencës dhe teknologjisë, prodhimi dhe modernizimi i produkteve moderne industriale është bërë gjithnjë e më i kërkuar për pastërtinë e ajrit të brendshëm. Në veçanti, mikroelektronika, mjekësia, kimike, biologjike, përpunimi i ushqimit dhe industri të tjera kërkojnë miniaturizim. Preciziteti, pastërtia e lartë, cilësia e lartë dhe besueshmëria e lartë në mjedisin e brendshëm, të cilat vendosin kërkesa gjithnjë e më të larta për performancën e filtrit të ajrit HEPA, kështu që mënyra e prodhimit të filtrit HEPA për të përmbushur kërkesën e konsumatorit është bërë një nevojë urgjente e prodhuesve. Një nga problemet e zgjidhura [1-2]. Dihet mirë se performanca e rezistencës dhe efikasiteti i filtrimit të filtrit janë dy tregues të rëndësishëm për vlerësimin e filtrit. Ky punim përpiqet të analizojë performancën e filtrimit dhe performancën e rezistencës së filtrit të ajrit HEPA të materialeve të ndryshme të filtrit me anë të eksperimenteve [3], dhe strukturave të ndryshme të të njëjtit material filtri. Performanca e filtrimit dhe vetitë e rezistencës së filtrit ofrojnë një bazë teorike për prodhuesin e filtrit.

1 Analiza e metodës së testimit
Ekzistojnë shumë metoda për zbulimin e filtrave të ajrit HEPA, dhe vende të ndryshme kanë standarde të ndryshme. Në vitin 1956, Komisioni Ushtarak i SHBA-së zhvilloi USMIL-STD282, një standard testimi i filtrit të ajrit HEPA, dhe metodën DOP për testimin e efikasitetit. Në vitin 1965, u krijua standardi britanik BS3928, dhe u përdor metoda e flakës së natriumit për zbulimin e efikasitetit. Në vitin 1973, Shoqata Evropiane e Ventilimit zhvilloi standardin Eurovent 4/4, i cili ndoqi metodën e zbulimit të flakës së natriumit. Më vonë, Shoqata Amerikane për Testimin Mjedisor dhe Shkencën e Efikasitetit të Filtrit përpiloi një seri standardesh të ngjashme për metodat e rekomanduara të testimit, të gjitha duke përdorur metodën e numërimit të kaliperit DOP. Në vitin 1999, Evropa krijoi standardin BSEN1822, i cili përdor madhësinë më transparente të grimcave (MPPS) për të zbuluar efikasitetin e filtrimit [4]. Standardi i zbulimit i Kinës miraton metodën e flakës së natriumit. Sistemi i zbulimit të performancës së filtrit të ajrit HEPA i përdorur në këtë eksperiment është zhvilluar bazuar në standardin amerikan 52.2. Metoda e zbulimit përdor një metodë numërimi të kaliperit, dhe aerosoli përdor grimca PAO.
1. 1 instrument kryesor
Ky eksperiment përdor dy numërues grimcash, të cilët janë të thjeshtë, të përshtatshëm, të shpejtë dhe intuitivë krahasuar me pajisjet e tjera të testimit të përqendrimit të grimcave [5]. Përparësitë e mësipërme të numëruesit të grimcave e bëjnë atë të zëvendësojë gradualisht metodat e tjera dhe të bëhet metoda kryesore e testimit për përqendrimin e grimcave. Ata mund të numërojnë si numrin e grimcave ashtu edhe shpërndarjen e madhësisë së grimcave (domethënë, numërimin e numrit), që është pajisja kryesore e këtij eksperimenti. Shkalla e rrjedhjes së mostrës është 28.6 LPM, dhe pompa e saj e vakumit pa karbon ka karakteristikat e zhurmës së ulët dhe performancës së qëndrueshme. Nëse opsioni është i instaluar, temperatura dhe lagështia, si dhe shpejtësia e erës, mund të maten dhe filtri mund të testohet.
Sistemi i zbulimit përdor aerosole duke përdorur grimca PAO si pluhur që do të filtrohet. Ne përdorim gjeneratorët e aerosoleve (gjeneracionet e aerosoleve) të modelit TDA-5B të prodhuar në Shtetet e Bashkuara. Diapazoni i shfaqjes është 500 – 65000 cfm (1 cfm = 28.6 LPM), dhe përqendrimi është 100 μg/L, 6500 cfm; 10 μg/L, 65000 cfm.
1. 2 dhoma të pastra
Për të përmirësuar saktësinë e eksperimentit, laboratori me nivel 10,000 u projektua dhe u dekorua sipas Standardit Federal të SHBA-së 209C. Dyshemeja e veshjes është përdorur, e cila karakterizohet nga avantazhet e terrazzo-s, rezistencës ndaj konsumimit, vulosjes së mirë, fleksibilitetit dhe ndërtimit të ndërlikuar. Materiali është llak epoksi dhe muri është bërë nga veshje e montuar e dhomës së pastër. Dhoma është e pajisur me llamba pastrimi 220v, 2×40w 6 dhe është rregulluar sipas kërkesave të ndriçimit dhe pajisjeve në terren. Dhoma e pastër ka 4 dalje ajri nga lart dhe 4 porta kthimi të ajrit. Dhoma e dushit të ajrit është projektuar për kontroll të zakonshëm me prekje të vetme. Koha e dushit të ajrit është 0-100s, dhe shpejtësia e erës së çdo gryke të rregullueshme të vëllimit të ajrit që qarkullon është më e madhe ose e barabartë me 20ms. Meqenëse zona e dhomës së pastër është <50m2 dhe stafi është <5 persona, një dalje e sigurt është siguruar për dhomën e pastër. Filtri HEPA i zgjedhur është GB01×4, vëllimi i ajrit është 1000m3/orë, dhe efikasiteti i filtrimit është më i madh ose i barabartë me 0.5μm dhe 99.995%.
1. 3 mostra eksperimentale
Modelet e filtrit me fibra qelqi janë: 610 (G) × 610 (L) × 150 (G) mm, lloji me deflektor, 75 rrudha, madhësia 610 (G) × 610 (L) × 90 (G) Mm, me 200 palosje, madhësia e filtrit PTFE 480 (G) × 480 (L) × 70 (G) mm, pa lloj me deflektor, me 100 rrudha.
2 Parime themelore
Parimi bazë i bankës së testimit është që ventilatori të fryhet në ajër. Meqenëse HEPA/UEPA është e pajisur edhe me një filtër ajri HEPA, mund të konsiderohet se ajri është bërë ajër i pastër para se të arrijë në HEPA/UEPA-n e testuar. Pajisja lëshon grimca PAO në tubacion për të formuar një përqendrim të dëshiruar të gazit që përmban pluhur dhe përdor një numërues grimcash lazer për të përcaktuar përqendrimin e grimcave. Gazi që përmban pluhur rrjedh më pas përmes HEPA/UEPA-s së testuar, dhe përqendrimi i grimcave të pluhurit në ajrin e filtruar nga HEPA/UEPA matet gjithashtu duke përdorur një numërues grimcash lazer, dhe përqendrimi i pluhurit të ajrit para dhe pas filtrit krahasohet, duke përcaktuar kështu performancën e filtrit HEPA/UEPA. Për më tepër, vrimat e marrjes së mostrave janë rregulluar përkatësisht para dhe pas filtrit, dhe rezistenca e secilës shpejtësi të erës testohet duke përdorur një mikromatës presioni të pjerrët këtu.

Krahasimi i performancës së rezistencës së 3 filtrave
Karakteristika e rezistencës së HEPA-s është një nga karakteristikat e rëndësishme të HEPA-s. Nën premisën e përmbushjes së efikasitetit të kërkesës së njerëzve, karakteristikat e rezistencës lidhen me koston e përdorimit, rezistenca është e vogël, konsumi i energjisë është i vogël dhe kostoja kursehet. Prandaj, performanca e rezistencës së filtrit është bërë shqetësim. Një nga treguesit e rëndësishëm.
Sipas të dhënave të matjeve eksperimentale, merret lidhja midis shpejtësisë mesatare të erës së dy filtrave të ndryshëm strukturorë të fibrave të qelqit dhe filtrit PTFE dhe ndryshimit të presionit të filtrit.Marrëdhënia është treguar në Figurën 2:

Nga të dhënat eksperimentale mund të shihet se, ndërsa shpejtësia e erës rritet, rezistenca e filtrit rritet në mënyrë lineare nga e ulëta në të lartë, dhe dy vijat e drejta të dy filtrave prej fibre qelqi përkojnë në thelb. Është e lehtë të shihet se kur shpejtësia e erës së filtrimit është 1 m/s, rezistenca e filtrit prej fibre qelqi është rreth katër herë më e madhe se ajo e filtrit PTFE.

Duke ditur sipërfaqen e filtrit, mund të nxirret marrëdhënia midis shpejtësisë së sipërfaqes dhe ndryshimit të presionit të filtrit:
Nga të dhënat eksperimentale mund të shihet se me rritjen e shpejtësisë së erës, rezistenca e filtrit rritet linearisht nga e ulëta në të lartë, dhe dy vijat e drejta të dy filtrave prej fibre qelqi përkojnë në thelb. Është e lehtë të shihet se kur shpejtësia e erës së filtrimit është 1 m/s, rezistenca e filtrit prej fibre qelqi është rreth katër herë më e lartë se ajo e filtrit PTFE.

Duke ditur sipërfaqen e filtrit, mund të nxirret marrëdhënia midis shpejtësisë së sipërfaqes dhe ndryshimit të presionit të filtrit:

Për shkak të ndryshimit midis shpejtësisë sipërfaqësore të dy llojeve të filtrave dhe ndryshimit të presionit të filtrit të dy letrave të filtrit, rezistenca e filtrit me specifikimin 610×610×90 mm në të njëjtën shpejtësi sipërfaqësore është më e lartë se rezistenca e filtrit 610×150 mm sipas specifikimit.

Megjithatë, është e qartë se me të njëjtën shpejtësi sipërfaqësore, rezistenca e filtrit me fibra qelqi është më e lartë se rezistenca e PTFE-së. Kjo tregon se PTFE është superior ndaj filtrit me fibra qelqi për sa i përket performancës së rezistencës. Për të kuptuar më tej karakteristikat e filtrit me fibra qelqi dhe rezistencës së PTFE-së, u kryen eksperimente të mëtejshme. Studimi i drejtpërdrejtë i rezistencës së dy letrave të filtrit ndërsa ndryshon shpejtësia e erës së filtrit, rezultatet eksperimentale tregohen më poshtë:

Kjo konfirmon më tej përfundimin e mëparshëm se rezistenca e letrës së filtrit me fibra qelqi është më e lartë se ajo e PTFE-së nën të njëjtën shpejtësi të erës [6].
Krahasimi i performancës së 4 filtrave
Sipas kushteve eksperimentale, mund të matet efikasiteti i filtrimit të filtrit për grimcat me një madhësi grimcash prej 0.3 μm, 0.5 μm dhe 1.0 μm në shpejtësi të ndryshme të erës, dhe përftohet grafiku i mëposhtëm:

Natyrisht, efikasiteti i filtrimit të dy filtrave me fibra qelqi për grimcat 1.0 μm në shpejtësi të ndryshme të erës është 100%, dhe efikasiteti i filtrimit të grimcave 0.3 μm dhe 0.5 μm zvogëlohet me rritjen e shpejtësisë së erës. Mund të shihet se efikasiteti i filtrimit të filtrit për grimcat e mëdha është më i lartë se ai i grimcave të vogla, dhe performanca e filtrimit të filtrit 610×610×150 mm është superiore ndaj filtrit të specifikimit 610×610×90 mm.
Duke përdorur të njëjtën metodë, merret një grafik që tregon marrëdhënien midis efikasitetit të filtrimit të filtrit PTFE 480×480×70 mm si një funksion i shpejtësisë së erës:

Duke krahasuar Fig. 5 dhe Fig. 6, efekti i filtrimit të filtrit prej qelqi me grimca 0.3 μm, 0.5 μm është më i mirë, veçanërisht për efektin e kontrastit të pluhurit 0.3 μm. Efekti i filtrimit të tre grimcave në grimcat 1 μm ishte 100%.
Për të krahasuar më intuitivisht performancën e filtrimit të filtrit me fibra qelqi dhe materialit të filtrit PTFE, testet e performancës së filtrit u kryen direkt në dy letrat e filtrit dhe u mor grafiku i mëposhtëm:

Grafiku i mësipërm është marrë duke matur efektin e filtrimit të PTFE-së dhe letrës së filtrit me fibra qelqi në grimca 0.3 μm në shpejtësi të ndryshme të erës [7-8]. Është e qartë se efikasiteti i filtrimit të letrës së filtrit PTFE është më i ulët se ai i letrës së filtrit me fibra qelqi.
Duke marrë parasysh vetitë e rezistencës dhe vetitë e filtrimit të materialit të filtrit, është e lehtë të shihet se materiali i filtrit PTFE është më i përshtatshëm për të bërë filtra të trashë ose sub-HEPA, dhe materiali i filtrit me fibra qelqi është më i përshtatshëm për të bërë filtra HEPA ose ultra-HEPA.
5 Përfundim
Perspektivat për aplikime të ndryshme të filtrave eksplorohen duke krahasuar vetitë e rezistencës dhe vetitë e filtrimit të filtrave PTFE me filtrat me fibra qelqi. Nga eksperimenti mund të nxjerrim përfundimin se shpejtësia e erës është një faktor shumë i rëndësishëm që ndikon në efektin e filtrimit të filtrit të ajrit HEPA. Sa më e lartë të jetë shpejtësia e erës, aq më e ulët është efikasiteti i filtrimit, aq më i dukshëm është efekti në filtrin PTFE, dhe në përgjithësi, filtri PTFE ka një efekt filtrimi më të ulët se filtri me fibra qelqi, por rezistenca e tij është më e ulët se ajo e filtrit me fibra qelqi. Prandaj, materiali i filtrit PTFE është më i përshtatshëm për të bërë një filtër me efikasitet të trashë ose nën të lartë, dhe materiali i filtrit me fibra qelqi është më i përshtatshëm për prodhimin e filtrit efikas ose ultra-efikas. Filtri HEPA me fibra qelqi me një specifikim prej 610×610×150 mm është më i ulët se filtri HEPA me fibra qelqi 610×610×90 mm, dhe performanca e filtrimit është më e mirë se filtri HEPA me fibra qelqi 610×610×90 mm. Aktualisht, çmimi i materialit të pastër të filtrit PTFE është më i lartë se ai i fibrave të qelqit. Megjithatë, krahasuar me fibrat e qelqit, PTFE ka rezistencë më të mirë ndaj temperaturës, korrozionit dhe hidrolizës sesa fibrat e qelqit. Prandaj, gjatë prodhimit të filtrit duhet të merren në konsideratë faktorë të ndryshëm. Kombinoni performancën teknike dhe performancën ekonomike.
Referencat:
[1]Liu Laihong, Wang Shihong. Zhvillimi dhe Zbatimi i Filtrave të Ajrit [J]•Filtrimi dhe Ndarja, 2000, 10(4): 8-10.
[2] Filtri i ajrit CN Davis [M], përkthyer nga Huang Riguang. Pekin: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 metodë testimi për performancën e filtrit të ajrit me efikasitet të lartë, transmetimi dhe rezistenca [M]. Byroja Kombëtare e Standardeve, 1985.
[4] Xing Songnian. Metoda e zbulimit dhe zbatimi praktik i filtrit të ajrit me efikasitet të lartë [J] • Pajisjet Bioprotektive për Parandalimin e Epidemive, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Hochrainer. Zhvillime të mëtejshme të numëruesit të grimcave
fibër qelqi sizerPCS-2000 [J]•Filter Journal ofAerosol Science, 2000,31(1): 771-772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher etj Presioni
Filtrat me Fibra DropAcross[J]• Shkenca e Aerosoleve, 1996, 27(1): 639-640.
[7] Michael JM dhe Clyde Orr. Filtrimi - Parimet dhe Praktikat [M].
Nju Jork: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Mekanika e aerosoleve – baza teorike e heqjes dhe pastrimit të pluhurit [M] • Pekin: Shtëpia Botuese e Shkencave Mjedisore të Kinës, 1987.