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  技术文章
 

净化过滤器基础知识


点击次数:1709 来源网站:筑龙网 发布时间:2009-10-10

 

净化过滤器基础知识

◎过滤概述
过滤材料
既有效地拦截尘埃粒子,又不对气流形成过大的阻力。杂乱交织的纤维形成对粒子的无数道屏障,纤维间宽阔的空间允许气流顺利通过。

效率
m的粒子主要作惯性运动,粒子越大,效率越高。
mm(微米)的粒子主要作扩散运动,粒子越小,效率越高;大于0.5m过滤器捕集粉尘的量与未过滤空气中的粉尘量之比为“过滤效率”。小于0.1

阻力
纤维使气流绕行,产生微小阻力。无数纤维的阻力之和就是过滤器的阻力。
过滤器阻力随气流量增加而提高,通过增大过滤材料面积,可以降低穿过滤料的相对风速,减小过滤器阻力。

动态性能
被捕捉的粉尘对气流产生附加阻力,于是,使用中过滤器的阻力逐渐增加。被捕捉到的粉尘形成新的障碍物,于是,过滤效率略有改善。
被捕捉的粉尘大都聚集在过滤材料的迎风面上。滤料面积越大,能容纳的粉尘越多,过滤器寿命越长。

使用寿命
滤料上积尘越多,阻力越大。当阻力大到设计所不允许的程度时,过滤器的寿命就结束。有时,过大的阻力会使过滤器上已捕捉到的灰尘飞散,出现这种二次污染时,过滤器也该报废。

静电
若过滤材料带静电或粉尘带静电,过滤效果可以明显改善。因静电使粉尘改变运动轨迹并撞向障碍物,静电力参与粘住的工作。

◎过滤效率
在决定过滤效率的因素中,粉尘“量”的含义多种多样,由此计算和测量出来的过滤器效率数值也就不同。实用中,有粉尘的总重量、粉尘的颗粒数量;有时是针对某一典型粒径粉尘的量,有时是所有粉尘的量;还有用特定方法间接地反映浓度的通光量(比色法)、荧光量

(荧光法);有某种状态的瞬时量,也有发尘全过程变化效率值的加权平均量。
对同一只过滤器采用不同的方法进行测试,测得的效率值就会不一样。离开测试方法,过滤效率就无从谈起。

 
◎过滤器阻力
过滤器对气流形成阻力。过滤器积灰,阻力增加,当阻力增大到某一规定值时,过滤器报废。
新过滤器的阻力称“初阻力”;对应过滤器报废时的阻力值称“终阻力”。

终阻力
终阻力的选择直接关系到过滤器的使用寿命、系统风量变化范围、系统能耗。大多数情况下,终阻力是初阻力的2~4倍。

终阻力建议值
效率规格 建议终阻力 Pa
G3(粗效) 100~200
G4(初中效) 150~250
F5~F6(中效) 250~300
F7~F8(高中效) 300~400
F9~H11(亚高效) 400~450
高效与超高效 400~600

过滤器越脏,阻力增长越快。过高的终阻力值并不意味着过滤器的使用寿命会明显延长,但它会使空调系统风量锐减。因此,没有必要将终阻力值定得过高。
低效率过滤器常使用直径≥10m的粗纤维滤料。由于纤维间空隙大,过大的阻力有可能将过滤器上的积灰吹散,此时,阻力不再增高,但过滤效率降为零。因此,要严格限制G4以下过滤器的终阻力值。每个过滤段都应安装阻力监测装置。终阻力要靠仪表来判定,不能仅凭操作者的感觉。

◎容尘量
容尘量是在特定试验条件下,过滤器容纳特定试验粉尘的重量。这里的“特定”是指:
a. 标准试验风洞,以及相关试验与测量设备;
b. 比实际大气粉尘颗粒大得多的标准“道路尘”;
c. 委托方与试验方商定、或标准规定的试验方法与计算方法;
d. 委托方与试验方商定的终止试验的条件。

容尘量与过滤器实际容纳粉尘的重量没有直接对应关系,孤立的容尘量数据对用户没有任何意义。

◎可吸入颗粒物
空气中的大颗粒粉尘被人的鼻腔阻拦,小颗粒粉尘可能随气流进入气管和肺部,这些粉尘被气管和肺部的“巨噬细胞”吞食并消化,巨噬细胞吃不净的那些细菌和病毒还会被白血球消灭掉。只有小于10
m人的鼻子的鼻毛、分泌物和黏膜可以将大多数大于10m的颗粒物以上的颗粒物去掉,剩下的“可吸入颗粒物”为TM5。mm以上的颗粒物,剩下的就是“可吸入颗粒物”,技术上标为TM10。我们经常听到的“可吸入颗粒物”就是这个TM10。如果将5m空气中的全部粉尘量为“总悬浮颗粒物”

可吸入颗粒物与健康效应
浓度 mg/m3 健康效应
总悬浮颗粒物 可吸入颗粒物
>0.29 >0.20 免疫功能改变的阈浓度,居民呼吸道疾病患病率开始增加。
0.21 0.15 居住区空气日平均最高允许浓度。
<0.16 <0.11 不引起小学生免疫功能改变的阈下浓度,不引起人群呼吸道患病率增加。

◎化学过滤器
化学过滤器清除空气中的气体污染物。在通风和空调领域,化学过滤器使用活性炭作为主要过滤材料。化学过滤器典型应用场所有:芯片厂、核工业、飞机场、环保、博物馆等,有些家电中也使用了化学过滤材料。

化学过滤原理
化学过滤器有选择性地吸附有害气体分子,而不是像普通过滤器那样机械地清除杂质。
活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔,其中绝大部分微孔的孔径在5Å~500Å之间,单位材料中微孔的总内表面积可高达700~2300m2/g,也就是说,在一个米粒大小的活性炭颗粒中,微孔的内表面积相当于一个大客厅内墙面的大小。
没有明显化学反应的吸附称为物理吸附,这种吸附主要靠的是范德瓦尔斯力。空气中沸点高(常温或更高)的游离分子接触活性炭后,有些在微孔中凝聚成液体并因毛细管原理呆在那,有些填满与分子尺寸相当的微孔而与材料成为一体。大气中的氮气、氧气、二氧化碳、氢气、氩气等主要成分的沸点都很低,活性炭吸附不了它们。普通活性炭是疏水性材料,所以对水蒸汽的吸附能力也有限。此外,活性炭还能吸附某些空气微生物并杀死它们。
经化学处理而使材料与有害气体产生化学反应的吸附称化学吸附。活性炭靠范德瓦尔斯力抓

到气体分子,材料上的化学成分与污染物起反应,生成固体成分或无害的气体。进行化学处理的主要方法是在活性炭中均匀地掺入特定的试剂,所以经化学处理的活性炭也称“浸渍炭”。
使用过程中,吸附能力会不断减弱,当减弱到某一程度,过滤器报废。如果仅为物理吸附,用加热或水蒸汽熏蒸的办法可使有害气体脱离活性炭,使活性炭再生。

 
活性炭材料
活性炭材料分颗粒炭、纤维炭、粉炭。
纤维活性炭由含碳有机纤维制成。它的孔径小(<50Å)、吸附容量大、吸附快、再生快。常用的纤维基材有酚醛、植物纤维、聚丙烯腈、沥青。

吸附性能
吸附容量。单位活性炭所能吸附污染物的最大量称吸附容量。不同材料的吸附容量会不同;同一材料对不同气体的吸附容量会不同;温度、背景浓度改变,吸附容量也会变化。
滞留时间。空气在活性炭层中逗留的时间称滞留时间。滞留时间越长,吸附越充分。为保持足够的滞留时间,炭层要足够厚,过滤风速要尽可能低。
使用寿命。新的活性炭吸附效率高,使用中效率不断衰减,当过滤器下游有害气体接近允许的浓度极限时,过滤器报废。报废前的使用时间就是使用寿命,也称有效防护时间。
选择性。一般说来,在物理吸附中易被吸附的有:分子量大的气体、沸点高的气体、挥发性有机气体。若活性炭经化学浸渍,还可以清除平时难以对付的气体,或突出对某类气体的吸附能力。

活性炭过滤器的选用
影响活性炭过滤器吸附效果和使用寿命的主要因素有:污染物的种类和浓度、气流在过滤材料中的滞留时间、空气的温度和湿度。
实际选用时,要根据污染物种类、浓度和处理风量等条件,确定过滤器形式和活性炭种类。
活性炭过滤器的上下游均应有好的除尘过滤器,其效率规格应不低于F7。上游过滤器防止灰尘堵塞活性炭材料;下游过滤器拦住活性炭本身的发尘

过滤效率
计重法 Arrestance
试验尘源为大粒径、高浓度标准粉尘。粉尘的主要成分是经筛选的、规定地区的浮尘,再掺入规定量的细碳黑和短纤维。大多数国家规定使用美国亚利桑那荒漠地带的“道路尘”(Arizona Road Dust),中国标准曾规定使用黄土高原某村落的尘土,日本标准规定使用

源于日本的“关东亚黏土”。测量的“量”为粉尘重量。
过滤器装在标准试验风洞内,上风端连续发尘。每隔一段时间,测量穿过过滤器的粉尘重量或过滤器上的集尘量,由此得到过滤器在该阶段按粉尘重量计算的过滤效率。最终的计重效率是各试验阶段效率依发尘量的加权平均值。
计重法试验的终止试验的条件为:约定的终阻力值,或效率明显下降时。这里的所谓“约定”是指客户与试验者间的约定,或试验者自己的规定。显然,约定终止试验的条件不同,计重效率值就不同。
终止试验时,过滤器容纳试验粉尘的重量称为“容尘量”。
计重法用于测量低效率过滤器,那些过滤器一般用于中央空调系统中的预过滤。
计重法试验是破坏性试验,不能用于制造厂的日常产品性能检验。
相关标准:美国ANSI/ASHRAE 52.1-1992,欧洲EN779-1993,中国GB12218-89。

比色法 Dust-spot
试验台和试验粉尘与计重法所用相同。粉尘“量”为采样点高效滤纸的通光量。
在过滤器前后采样,采样头上有高效滤纸,显然,过滤器前后采样点高效滤纸的污染程度会不同。试验中,每经过一段发尘试验,测量不发尘状态下过滤器前后采样点高效滤纸的通光量,通过比较滤纸通光量的差别,用规定计算方法得出所谓“过滤效率”。最终的比色效率是试验全过程各阶段效率值依发尘量的加权平均值。
终止试验的条件与计重法条件相似:约定的终阻力值,或效率明显下降时。
比色法用于测量效率较高的一般通风用过滤器,空调系统中的大部分过滤器属于这种过滤器。比色法曾是国外通行的试验方法,这种方法逐渐被计数法所取代。
严格的比色法是破坏性试验。
相关标准:美国ANSI/ASHRAE 52.1-1992,欧洲EN 779-1993。

 
 
 
 
 

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