การพัฒนาอุตสาหกรรมสมัยใหม่ได้เพิ่มความต้องการในสภาพแวดล้อมของการทดลอง การวิจัย และการผลิต วิธีหลักในการบรรลุข้อกำหนดนี้คือการใช้ตัวกรองอากาศอย่างแพร่หลายในระบบปรับอากาศที่สะอาด ในบรรดาตัวกรองอากาศเหล่านี้ ตัวกรอง HEPA และ ULPA เป็นตัวป้องกันสุดท้ายสำหรับอนุภาคฝุ่นที่เข้าสู่ห้องสะอาด ประสิทธิภาพการทำงานของตัวกรองนั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับระดับห้องสะอาด ซึ่งส่งผลต่อกระบวนการและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ดังนั้น การวิจัยเชิงทดลองเกี่ยวกับตัวกรองจึงมีความสำคัญ ประสิทธิภาพความต้านทานและประสิทธิภาพการกรองของตัวกรองทั้งสองตัวถูกเปรียบเทียบที่ความเร็วลมที่แตกต่างกันโดยการวัดประสิทธิภาพการกรองของตัวกรองไฟเบอร์กลาสและตัวกรอง PTFE สำหรับอนุภาค PAO 0.3 μm, 0.5 μm, 1.0 μm ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าความเร็วลมเป็นปัจจัยสำคัญมากที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการกรองของตัวกรองอากาศ HEPA ความเร็วลมที่มากขึ้น ประสิทธิภาพการกรองก็จะยิ่งลดลง และผลกระทบจะชัดเจนยิ่งขึ้นสำหรับตัวกรอง PTFE
คำสำคัญ:ตัวกรองอากาศ HEPA; ประสิทธิภาพการต้านทาน; ประสิทธิภาพการกรอง; กระดาษกรอง PTFE; กระดาษกรองไฟเบอร์กลาส; ตัวกรองไฟเบอร์กลาส
หมายเลข CLC : X964 รหัสระบุเอกสาร : A
ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี การผลิตและการปรับปรุงผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมสมัยใหม่จึงกลายเป็นที่ต้องการมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับความสะอาดของอากาศภายในอาคาร โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์ การแพทย์ เคมี ชีวภาพ การแปรรูปอาหาร และอุตสาหกรรมอื่นๆ จำเป็นต้องมีการย่อส่วน ความแม่นยำ ความบริสุทธิ์สูง คุณภาพสูง และความน่าเชื่อถือสูงในสภาพแวดล้อมภายในอาคาร ซึ่งเพิ่มข้อกำหนดที่สูงขึ้นเรื่อยๆ สำหรับประสิทธิภาพของตัวกรองอากาศ HEPA ดังนั้น วิธีการผลิตตัวกรองอากาศ HEPA เพื่อตอบสนองความต้องการของผู้บริโภคจึงกลายเป็นความต้องการเร่งด่วนของผู้ผลิต ปัญหาอย่างหนึ่งได้รับการแก้ไขแล้ว [1-2] เป็นที่ทราบกันดีว่าประสิทธิภาพการต้านทานและประสิทธิภาพการกรองของตัวกรองเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญสองประการในการประเมินตัวกรอง บทความนี้พยายามวิเคราะห์ประสิทธิภาพการกรองและประสิทธิภาพการต้านทานของตัวกรองอากาศ HEPA ของวัสดุกรองที่แตกต่างกันโดยการทดลอง [3] และโครงสร้างที่แตกต่างกันของวัสดุกรองเดียวกัน ประสิทธิภาพการกรองและคุณสมบัติการต้านทานของตัวกรองให้พื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับผู้ผลิตตัวกรอง
1 การวิเคราะห์วิธีการทดสอบ
มีหลายวิธีในการตรวจจับตัวกรองอากาศ HEPA และแต่ละประเทศก็มีมาตรฐานที่แตกต่างกัน ในปี 1956 คณะกรรมาธิการทหารของสหรัฐอเมริกาได้พัฒนา USMIL-STD282 ซึ่งเป็นมาตรฐานการทดสอบตัวกรองอากาศ HEPA และวิธี DOP สำหรับการทดสอบประสิทธิภาพ ในปี 1965 มาตรฐาน BS3928 ของอังกฤษได้รับการกำหนดขึ้น และใช้วิธีโซเดียมเฟลมสำหรับการตรวจจับประสิทธิภาพ ในปี 1973 สมาคมการระบายอากาศของยุโรปได้พัฒนามาตรฐาน Eurovent 4/4 ซึ่งปฏิบัติตามวิธีการตรวจจับโซเดียมเฟลม ต่อมา สมาคมการทดสอบสิ่งแวดล้อมและวิทยาศาสตร์ประสิทธิภาพตัวกรองของอเมริกาได้รวบรวมมาตรฐานที่คล้ายคลึงกันสำหรับวิธีการทดสอบที่แนะนำ ซึ่งทั้งหมดใช้วิธีการนับคาลิปเปอร์ DOP ในปี 1999 ยุโรปได้กำหนดมาตรฐาน BSEN1822 ซึ่งใช้ขนาดอนุภาคที่โปร่งใสที่สุด (MPPS) เพื่อตรวจจับประสิทธิภาพการกรอง [4] มาตรฐานการตรวจจับของจีนใช้วิธีโซเดียมเฟลม ระบบตรวจจับประสิทธิภาพตัวกรองอากาศ HEPA ที่ใช้ในการทดลองนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นโดยอิงตามมาตรฐาน US 52.2 วิธีการตรวจจับใช้วิธีการนับคาลิปเปอร์ และละอองลอยใช้อนุภาค PAO
1. เครื่องดนตรีหลัก 1 ชิ้น
การทดลองนี้ใช้เครื่องนับอนุภาคสองเครื่อง ซึ่งเรียบง่าย สะดวก รวดเร็ว และใช้งานง่ายเมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์ทดสอบความเข้มข้นของอนุภาคอื่นๆ [5] ข้อดีดังกล่าวข้างต้นของเครื่องนับอนุภาคทำให้ค่อยๆ แทนที่วิธีการอื่นๆ และกลายเป็นวิธีทดสอบหลักสำหรับความเข้มข้นของอนุภาค เครื่องนับอนุภาคสามารถนับทั้งจำนวนอนุภาคและการกระจายขนาดอนุภาค (เช่น การนับจำนวน) ซึ่งเป็นอุปกรณ์หลักของการทดลองนี้ อัตราการไหลของการสุ่มตัวอย่างคือ 28.6 ลิตรต่อนาที และปั๊มสุญญากาศไร้คาร์บอนมีลักษณะของเสียงรบกวนต่ำและประสิทธิภาพที่เสถียร หากติดตั้งตัวเลือกนี้แล้ว จะสามารถวัดอุณหภูมิและความชื้น รวมถึงความเร็วลมได้ และทดสอบตัวกรองได้
ระบบตรวจจับใช้ละอองลอยที่มีอนุภาค PAO เป็นฝุ่นที่ต้องกรอง เราใช้เครื่องกำเนิดละอองลอย (รุ่น Aerosol generations) ของรุ่น TDA-5B ที่ผลิตในสหรัฐอเมริกา ช่วงการเกิดคือ 500 – 65000 cfm (1 cfm = 28.6 LPM) และความเข้มข้นคือ 100 μg / L, 6500 cfm; 10 μg / L, 65000 cfm
1.2 ห้องสะอาด
เพื่อปรับปรุงความแม่นยำของการทดลอง ห้องปฏิบัติการระดับ 10,000 ได้รับการออกแบบและตกแต่งตามมาตรฐานของรัฐบาลกลางสหรัฐอเมริกา 209C พื้นเคลือบถูกใช้ซึ่งโดดเด่นด้วยข้อดีของหินขัด ทนทานต่อการสึกหรอ การปิดผนึกที่ดี ความยืดหยุ่น และโครงสร้างที่ซับซ้อน วัสดุเป็นแล็กเกอร์อีพอกซีและผนังทำด้วยผนังห้องสะอาดที่ประกอบแล้ว ห้องมีหลอดไฟฟอกอากาศ 220v 2×40w 6 หลอด และจัดเรียงตามข้อกำหนดของการส่องสว่างและอุปกรณ์ภาคสนาม ห้องสะอาดมีช่องระบายอากาศด้านบน 4 ช่องและพอร์ตส่งคืนอากาศ 4 ช่อง ห้องอาบน้ำอากาศได้รับการออกแบบสำหรับการควบคุมแบบสัมผัสธรรมดาเพียงครั้งเดียว เวลาอาบน้ำอากาศคือ 0-100 วินาที และความเร็วลมของหัวฉีดปริมาณอากาศหมุนเวียนที่ปรับได้ใด ๆ จะมากกว่าหรือเท่ากับ 20ms เนื่องจากพื้นที่ห้องสะอาดน้อยกว่า 50 ตร.ม. และพนักงานน้อยกว่า 5 คน จึงมีทางออกที่ปลอดภัยสำหรับห้องสะอาด ตัวกรอง HEPA ที่เลือกคือ GB01×4 ปริมาณอากาศคือ 1,000m3/ชม. และประสิทธิภาพการกรองมากกว่าหรือเท่ากับ 0.5μm และ 99.995%
1. ตัวอย่างทดลองจำนวน 3 ตัวอย่าง
รุ่นของแผ่นกรองไฟเบอร์กลาส คือ: 610 (ยาว) × 610 (สูง) × 150 (กว้าง) มม. แบบมีแผ่นกั้น 75 รอยย่น ขนาด 610 (ยาว) × 610 (สูง) × 90 (กว้าง) มม. มีรอยย่น 200 รอยย่น ขนาดแผ่นกรอง PTFE 480 (ยาว) × 480 (สูง) × 70 (กว้าง) มม. แบบไม่มีแผ่นกั้น มีรอยย่น 100 รอยย่น
หลักการพื้นฐาน 2
หลักการพื้นฐานของแท่นทดสอบคือพัดลมจะถูกพัดเข้าไปในอากาศ เนื่องจาก HEPA/UEPA ยังติดตั้งตัวกรองอากาศ HEPA ด้วย จึงถือได้ว่าอากาศกลายเป็นอากาศที่สะอาดก่อนที่จะถึง HEPA/UEPA ที่ทดสอบ อุปกรณ์จะปล่อยอนุภาค PAO เข้าไปในท่อเพื่อสร้างก๊าซที่มีฝุ่นในความเข้มข้นที่ต้องการ และใช้เครื่องนับอนุภาคเลเซอร์เพื่อกำหนดความเข้มข้นของอนุภาค จากนั้นก๊าซที่มีฝุ่นจะไหลผ่าน HEPA/UEPA ที่ทดสอบ และความเข้มข้นของอนุภาคฝุ่นในอากาศที่กรองด้วย HEPA/UEPA จะถูกวัดโดยใช้เครื่องนับอนุภาคเลเซอร์ และความเข้มข้นของฝุ่นในอากาศก่อนและหลังตัวกรองจะถูกเปรียบเทียบ จึงกำหนด HEPA/UEPA ได้ ประสิทธิภาพของตัวกรอง นอกจากนี้ รูสุ่มตัวอย่างจะถูกจัดเรียงก่อนและหลังตัวกรองตามลำดับ และความต้านทานของความเร็วลมแต่ละความเร็วจะถูกทดสอบโดยใช้เครื่องวัดความดันไมโครเอียงที่นี่
การเปรียบเทียบประสิทธิภาพความต้านทานของตัวกรอง 3 ตัว
คุณสมบัติความต้านทานของแผ่นกรอง HEPA ถือเป็นคุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่งของแผ่นกรอง HEPA โดยคำนึงถึงประสิทธิภาพความต้องการของผู้คน คุณสมบัติความต้านทานจึงสัมพันธ์กับต้นทุนการใช้งาน ความต้านทานมีขนาดเล็ก การใช้พลังงานมีขนาดเล็ก และประหยัดต้นทุน ดังนั้น ประสิทธิภาพความต้านทานของแผ่นกรองจึงกลายเป็นปัญหาที่น่ากังวล ซึ่งถือเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญอย่างหนึ่ง
ตามข้อมูลการวัดเชิงทดลอง ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วลมเฉลี่ยของตัวกรองโครงสร้างที่แตกต่างกันสองชนิดคือไฟเบอร์กลาสและตัวกรอง PTFE กับความแตกต่างของแรงดันของตัวกรองก็ได้รับมาความสัมพันธ์แสดงไว้ในรูปที่ 2:
จากข้อมูลการทดลองจะเห็นได้ว่าเมื่อความเร็วลมเพิ่มขึ้น ความต้านทานของตัวกรองจะเพิ่มขึ้นแบบเป็นเส้นตรงจากต่ำไปสูง และเส้นตรงสองเส้นของตัวกรองใยแก้วทั้งสองเส้นจะตรงกันโดยประมาณ จะเห็นได้ง่ายว่าเมื่อความเร็วลมในการกรองอยู่ที่ 1 ม./วินาที ความต้านทานของตัวกรองใยแก้วจะสูงกว่าความต้านทานของตัวกรอง PTFE ประมาณสี่เท่า
เมื่อทราบพื้นที่ของตัวกรองแล้ว ก็สามารถหาความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วหน้าและความแตกต่างของแรงดันตัวกรองได้:
จากข้อมูลการทดลองจะเห็นได้ว่าเมื่อความเร็วลมเพิ่มขึ้น ความต้านทานของตัวกรองจะเพิ่มขึ้นแบบเป็นเส้นตรงจากต่ำไปสูง และเส้นตรงสองเส้นของตัวกรองใยแก้วทั้งสองเส้นจะตรงกันโดยประมาณ จะเห็นได้ง่ายว่าเมื่อความเร็วลมในการกรองอยู่ที่ 1 ม./วินาที ความต้านทานของตัวกรองใยแก้วจะสูงกว่าตัวกรอง PTFE ประมาณสี่เท่า
เมื่อทราบพื้นที่ของตัวกรองแล้ว ก็สามารถหาความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วหน้าและความแตกต่างของแรงดันตัวกรองได้:
เนื่องจากความแตกต่างระหว่างความเร็วพื้นผิวของแผ่นกรองทั้งสองชนิดและความแตกต่างของแรงดันของแผ่นกรองทั้งสองแผ่น ความต้านทานของแผ่นกรองที่มีข้อกำหนด 610×610×90 มม. ที่ความเร็วพื้นผิวเดียวกันจึงสูงกว่าข้อกำหนด 610× ความต้านทานของแผ่นกรองขนาด 610 x 150 มม.
อย่างไรก็ตาม เป็นที่ชัดเจนว่าที่ความเร็วพื้นผิวเดียวกัน ความต้านทานของแผ่นกรองไฟเบอร์กลาสจะสูงกว่าความต้านทานของ PTFE แสดงให้เห็นว่า PTFE เหนือกว่าแผ่นกรองไฟเบอร์กลาสในแง่ของประสิทธิภาพความต้านทาน เพื่อทำความเข้าใจลักษณะเฉพาะของแผ่นกรองไฟเบอร์กลาสและความต้านทานของ PTFE เพิ่มเติม จึงได้ทำการทดลองเพิ่มเติม ศึกษาความต้านทานของแผ่นกรองทั้งสองโดยตรงตามการเปลี่ยนแปลงความเร็วลมของแผ่นกรอง ผลการทดลองแสดงไว้ด้านล่าง:
สิ่งนี้ยังยืนยันข้อสรุปก่อนหน้านี้เพิ่มเติมว่าความต้านทานของกระดาษกรองไฟเบอร์กลาสสูงกว่า PTFE ภายใต้ความเร็วลมเดียวกัน [6]
การเปรียบเทียบประสิทธิภาพการกรอง 4 ฟิลเตอร์
จากสภาพการทดลอง สามารถวัดประสิทธิภาพการกรองของตัวกรองสำหรับอนุภาคที่มีขนาดอนุภาค 0.3 μm, 0.5 μm และ 1.0 μm ที่ความเร็วลมต่างกันได้ และจะได้แผนภูมิต่อไปนี้:
เห็นได้ชัดว่าประสิทธิภาพการกรองของตัวกรองใยแก้วทั้งสองตัวสำหรับอนุภาคขนาด 1.0 μm ที่ความเร็วลมที่แตกต่างกันคือ 100% และประสิทธิภาพการกรองของอนุภาคขนาด 0.3 μm และ 0.5 μm จะลดลงเมื่อความเร็วลมเพิ่มขึ้น จะเห็นได้ว่าประสิทธิภาพการกรองของตัวกรองสำหรับอนุภาคขนาดใหญ่จะสูงกว่าของอนุภาคขนาดเล็ก และประสิทธิภาพการกรองของตัวกรองขนาด 610×610×150 มม. นั้นเหนือกว่าตัวกรองขนาด 610×610×90 มม.
โดยใช้กระบวนการเดียวกัน กราฟที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างประสิทธิภาพการกรองของตัวกรอง PTFE ขนาด 480×480×70 มม. ที่เป็นฟังก์ชันของความเร็วลมจะได้มาดังนี้:
เมื่อเปรียบเทียบรูปที่ 5 และรูปที่ 6 จะเห็นได้ว่าผลการกรองของแผ่นกรองแก้วอนุภาคขนาด 0.3 μm และ 0.5 μm ดีกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผลการกรองของฝุ่นละอองขนาด 0.3 μm ผลการกรองของอนุภาคทั้งสามขนาด 1 μm อยู่ที่ 100%
เพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพการกรองของแผ่นกรองไฟเบอร์กลาสและวัสดุกรอง PTFE ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น จึงทำการทดสอบประสิทธิภาพการกรองโดยตรงกับกระดาษกรองทั้งสองแผ่น และได้รับแผนภูมิต่อไปนี้:
แผนภูมิข้างต้นได้มาจากการวัดผลการกรองของกระดาษกรอง PTFE และใยแก้วบนอนุภาคขนาด 0.3 ไมโครเมตรที่ความเร็วลมต่างกัน [7-8] เห็นได้ชัดว่าประสิทธิภาพการกรองของกระดาษกรอง PTFE ต่ำกว่ากระดาษกรองใยแก้ว
เมื่อพิจารณาคุณสมบัติความต้านทานและคุณสมบัติการกรองของวัสดุกรอง จะเห็นได้ง่ายๆ ว่าวัสดุกรอง PTFE เหมาะสำหรับการทำตัวกรองแบบหยาบหรือต่ำกว่า HEPA มากกว่า และวัสดุกรองไฟเบอร์กลาสเหมาะสำหรับการทำตัวกรอง HEPA หรือ Ultra-HEPA มากกว่า
5 บทสรุป
แนวโน้มสำหรับการใช้งานตัวกรองที่แตกต่างกันได้รับการสำรวจโดยการเปรียบเทียบคุณสมบัติความต้านทานและคุณสมบัติการกรองของตัวกรอง PTFE กับตัวกรองไฟเบอร์กลาส จากการทดลองเราสามารถสรุปได้ว่าความเร็วลมเป็นปัจจัยที่สำคัญมากที่มีผลต่อผลการกรองของตัวกรองอากาศ HEPA ความเร็วลมที่มากขึ้นประสิทธิภาพการกรองจะลดลงและผลกระทบต่อตัวกรอง PTFE ก็ยิ่งชัดเจนมากขึ้นโดยรวมแล้วตัวกรอง PTFE มีผลการกรองที่ต่ำกว่าตัวกรองไฟเบอร์กลาส แต่ความต้านทานต่ำกว่าตัวกรองไฟเบอร์กลาส ดังนั้นวัสดุกรอง PTFE จึงเหมาะสมกว่าสำหรับการผลิตตัวกรองที่มีประสิทธิภาพหยาบหรือต่ำกว่าสูงและวัสดุกรองไฟเบอร์กลาสจึงเหมาะสมกว่าสำหรับการผลิต ตัวกรองที่มีประสิทธิภาพหรือประสิทธิภาพสูงพิเศษ ตัวกรองไฟเบอร์กลาส HEPA ที่มีข้อมูลจำเพาะ 610×610×150 มม. ต่ำกว่าตัวกรองไฟเบอร์กลาส HEPA 610×610×90 มม. และประสิทธิภาพการกรองดีกว่าตัวกรองไฟเบอร์กลาส HEPA 610×610×90 มม. ในปัจจุบันราคาของวัสดุกรอง PTFE บริสุทธิ์สูงกว่าไฟเบอร์กลาส อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับใยแก้ว PTFE มีความทนทานต่ออุณหภูมิ ทนต่อการกัดกร่อน และการไฮโดรไลซิสได้ดีกว่าใยแก้ว ดังนั้น จึงควรพิจารณาปัจจัยต่างๆ เมื่อผลิตตัวกรอง ผสมผสานประสิทธิภาพทางเทคนิคและประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจเข้าด้วยกัน
อ้างอิง:
[1]Liu Laihong, Wang Shihong. การพัฒนาและการประยุกต์ใช้ตัวกรองอากาศ [J]•การกรองและการแยก, 2000, 10(4): 8-10.
[2] ตัวกรองอากาศ CN Davis [M] แปลโดย Huang Riguang ปักกิ่ง: Atomic Energy Press, 1979
[3] GB/T6165-1985 วิธีทดสอบประสิทธิภาพตัวกรองอากาศประสิทธิภาพสูง การส่งผ่านและความต้านทาน [M] สำนักงานมาตรฐานแห่งชาติ 2528
[4]Xing Songnian วิธีการตรวจจับและการใช้ตัวกรองอากาศประสิทธิภาพสูงในทางปฏิบัติ[J]•อุปกรณ์ป้องกันการแพร่ระบาดทางชีวภาพ 2548, 26(1): 29-31
[5]Hochrainer การพัฒนาเพิ่มเติมของเครื่องนับอนุภาค
sizerPCS-2000glass fiber [J]•Filter Journal of AerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6]จ. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher ฯลฯ ความกดดัน
DropAcrossFiberFilters[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640
[7]Michael JM และ Clyde Orr. การกรอง-หลักการและการปฏิบัติ[M]
นิวยอร์ก:MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Aerosol mechanics – theoretical basis of dust removal and pureation [M] • ปักกิ่ง: China Environmental Science Press, 1987.
เวลาโพสต์: 6 ม.ค. 2562