洁净技术讲稿4

空气洁净技术4.空气过滤器的特性在空气净化系统中，空气过滤器是核心设备，因而有必要对其特性全面地了解。4.1空气净化系统中过滤器的作用和分类表4-1是我国国家标准对过滤器进行分类，共分5档，分别为粗、中、高中、亚高和高效，其中高效中又分了ABCD4档，分类的指标基准为额定风量效率和阻力，其中在注的一栏注明测试所用的气溶胶种类即用什么方法测出的效率，那么如何判别其高低，一般讲DOP法、钠焰法、油雾法和计数法（粒径为0.3μm）的效率值基本上可比。方法DOP发比色法人工尘计重法99.97100100效959910080—8593—97100率50—6080—859920—3045—559615—2030—3592国外也有用统一的测试标准分类的名称计数效率（%）阻力（Pa）（对粒径为0.3μm的尘粒）粗效过滤器20≤30中效过滤器20-90≤100亚高效过滤器90-99.9≤150高效过滤器≥99.91≤250两种分类各有优点，国外的测试用粒子统一，便于比较，而我国的则可以分类看出不同过滤器的作用：粗效：主要过滤≥5μm的粒子并有效除去≥10μm的微粒及异物，在净化系统中作用第一级过滤器，在普通空调中用作过滤设备。中效：主要有效过滤≥1μm的粒子，基本除去≥10μm，放在初效过滤之后，大多数情况用于高效过滤器的前级保护，现在普通空调在很多场合要求初中效两级过滤。高中效：过滤≥1μm，基本除掉≥5μm，可以用作一般净化程度的净化系统的末端过滤，如口服中成药制剂车间，也可作为高效过滤器的前级保护，作中间过滤器，在一定程度可延长高效过滤器的寿命。亚高效：可以单独使用作为洁净系统的末端过滤器，可达的洁净级别为美国联邦标准209D(E)+万级，在此环境可灌装输液剂等，对≥0.5μm有很高的效率，对细菌的过滤效率基本为100%，也可设在高效过滤器之前，进一步提高送风洁净度，其最大优点是效率很高，但阻力增加不大。高效过滤器：对≥0.3μm，甚至≥0.1μm的粒子有极高的效率，配合恰当的气流组织可达到现代工业所需的任何洁净环境，超净、无菌，对≥0.1μm在99.99%，有人称绝对过滤器。4.2面速和滤速衡量过滤器通过风量的能力的两个指标，不同的过滤器，两者之比差别很大。面速：通过过滤器断面（迎风面）上的气流速度面速的大小影响整个过滤段的为面积的大小及过滤器并联台数的多少。滤速：滤料面积上通过的气流速度，单位：初效一般m/s，其它cm/s，一般量级初效：m/s、中效：分米/s，高、亚高效：cm/s。cm/s一般fF，对于高效过滤器甚至为几十倍，因而u、v差异甚大。3600FQfQfQv028.036001010464.3效率效率、穿透率的概念。分级效率与总效率的关系。η1…ηn—各粒径分级效率；n1…nn—各粒径微粒含量所占全体的比例。4.1节给出部分效滤检测方法的效率值的对比，差异较大，因此提到效率，必须说明是什么方法测得的效率。与效率（穿透率）有关的一个指标称净化系数，为穿透率的倒数，，表示经过滤器后微粒浓度降低的程度，也说明过滤前后浓度相差的倍数。nnnnn2211KKc14.4阻力过滤器初力主要由两部分组成：滤料阻力和结构阻力，作为设备还有进出口阻力（很小），一般作为定值附加阻力不作讨论。（1）滤料阻力纤维过滤器的阻力是由于气流通过纤维层时受到纤维迎风面的阻挡而形成的，涉及到过滤速度和纤维直径，当然与Re有关，由于df很小，v很小，cm量级，所以Re很小，一般在层流范围，我们常用气流受到的阻力实际是压强单位Pa，分析时还得从受力开始，单位长度的单根纤维当气流垂直流过时，这时其所受的压力也就是对气流形成的阻力，为气流动压与迎风面积的乘积再乘以阻力系数。N/m（4-10）22122afafvdCvdCF若滤料内纤维长度为L，则滤料所受力即为气流形成的阻力FL。设滤料厚为H，面积为S，填充率α则单位面积上的阻力即我们习惯上称的阻力（Pa）将4-10代入得（Pa）224ffdHSdHSL2244ffdFHdSHSFSFLPfadHvCP22△P与v、H、α、及df有关，与Cˊ有关，而Cˊ本身可能与纤维排列方式，α、纤维表面形状及Re有关，需用实验方法确定具体值。经实验和理论推导得出具体表达式Pa（4-15）为纤维断面形状系数，m2为实验指数，与纤维材料有关。实际上每种纤维滤料的阻力值都是实测的，理论计算影响因素太多，与实测有出入。纤维断面外接圆面积纤维断面积58.022120fmdvHP（2）过滤器全阻力由滤料的阻力公式可看出，阻力与滤速成正比。在滤速较低范围内呈直线关系，所以滤料阻力可写为（4-16）测滤料阻力与测过滤器阻力发现的问题：差值。结构阻力计为△P2，阻力肯定与空气流速相对应，滤料对应的为滤速v，而隔板形成的通道（结构因素）对应的是面速u。因而过滤器总阻力（4-18）对不同的过滤器n值略有不同，1n2若统一成v的表达式（4-19）C=3~10，m=1.1~1.36随过滤器而异。说明：(1)v的单位仍带cm/s；(2)初、中效不适用此式。AvP1nBuP2nBuAvPPP21mCvP4.5容尘量与使用寿命有关，指过滤器达到终阻力时单位滤料面积的积尘量g/m2，为一个额定值。过滤器阻力随积尘量变化的情况近似直线关系。4.6过滤器的设计效率实际为粒径计数效率之间的换算。过去沿用美国联邦标准习惯，用≥0.5μm的微粒的多少衡量洁净室级别，相应效率也用对≥0.5μm的标定计算时就方便，而高效过滤器的效率主要是DOP法或油雾法测定，是以0.3μm的单分散相微粒来测量的，用于计算洁净室时要换算成设计条件下的效率。许钟麟先生由测试结果回归出一个反映高效过滤器粒径与穿透率关系的公式K1为0.3μm时穿透率，d0.3为0.3μm粒径；K2为0.3μm某粒径的穿透率；d为0.3μm的某一粒径。仅适用于高效过滤器。该公式与实测结果较吻合。23.0/12ddeKK对于效率较低的过滤器范围也可进行换算。效率值增加10%3.05.01.03.05.01.04.7过滤器的串联效率在过滤器串联后总效率的计算若两个相同型号的过滤器串联运行时，由于它们过滤的粉尘的粒径不同，η1和η2是不同的，η2η1，而影响纤维过滤器效率的因素中占第一位的是微粒尺寸的影响，其中引入一个最大穿透粒径dmax，dmax的存在使过滤器对微粒的过滤有选择性，当用相同的过滤器串联过滤多分散微粒时，气流经过第一道过滤器，大部分微粒被捕集，穿过的主要是dmax粒径的微粒，穿透率分母很大，即第一道过滤器的穿透率较低，对于第二道过滤器，所处理的主要是dmax粒径的微粒，因而穿透率的分母较小，其穿透率要比第一道过滤器大，我们要讨论两个相同过滤器串联，第二级的效率到底比第一级下降多少n111121（1）高效过滤器串联效率过滤器的效率与其对各粒径的分级效率的关系为：其中n1…nn为各粒径的微粒的含量占全体微粒的比例；η1η2…ηn各粒径的分级效率。若粒径的分级由小到大，一般情况下n1n2…nn，即小粒径的微粒粒数多，粒数的比例大，而η1η2…ηn，对于串联的第二级高效过滤器，η1η2…ηn仍不变，但nn-1nn已不存在或极少，其效率变为nnnnn2211222211nnnnn对与第二级过滤器，n1ˊn1，所对应的粒径相当于最大穿透粒径dmax，而其它粒径微粒的比例，由于高效过滤器的效率高，一般n2ˊn2，n3ˊn3…,而n1ˊ+n2ˊ+nn-2ˊ=1两式相比一、二两级的过滤效率究竟能差别多大，表4-6给出一实际计算例子，按教材的计算结果，第二级的效率比第一级下降了0.041%，而穿透率确由0.045%升高到0.086%，增加近一倍。从串联的第二级开始效率已接近过滤器对最大穿透粒径的过滤效率，到第三级几乎仅剩dmax粒径微粒，其效率与第二级几乎相同，若再串联多级，从第二级以后，效率相同，对于空气洁净工程，由于两级高效过滤器串联后效率已经很高，而第二级过滤效率下降的影响又很小，所以多级过滤器串联总效率的公式能用，但我们应知道第二级过滤器效率略有下降这一实际情况。（2）中效过滤器串联效率由于中效过滤器对小粒径微粒的过滤效率较低，而小粒径的微粒个数在大气尘中占绝大多数，如大气尘中≤0.5μm的微粒数占到91.68%，对计数效率而言，对小微粒的过滤效率决定其总效率，因而串联后第二级中效过滤器的效率与第一级差别很小，可以认为不变，公式能用，仍用表4-6算例中的粒径分布，0.3μm占46%，0.4μm占20%，≥0.5μm占34%，η0.3=0.4，η0.4=0.47,η≥0.5=0.54，可算得第一、二级η一=0.46，η二=0.458。但对于计重效率，总串联效率公式不适用，以两级为例，第二级效率会下降很大，因大于等于0.5μm的微粒的总重占到99%，而≥5μm的占80%，若用串联公式η2需用新粒微分布情况下的效率值。n1111214.8使用期限（1）过滤器的寿命过滤器使用寿命，特别是高效过滤器由于造价较高，其使用寿命的长短直接关系到空调净化系统的运行、维护费用。正常使用的过滤器其使用寿命是由积尘量决定的，达到容尘量时即到达使用期限。而积尘量是不易在运行中测得，是靠过滤器前后阻力即压差的变化来反映。一般情况下，当过滤器的终阻力等于初阻力的2倍时，即阻力增加了1倍时，即达到额定容尘量，过滤器使用寿命结束。当过滤器前空气含尘浓度用N1mg/m3表示，过滤器效率为η，额定处理风量为Q0m3/h，每天运行t小时，则一天积尘量为：g/dtQNP031110达到容尘量P0所需的时间T0即为使用寿命（天）（4-24）一般情况过滤器特别是中效以上的过滤器所处理的空气都是室外新风与室内回风的混合空气，当大气含尘浓度为M，室内洁净级别以及新回风的比例已知，过滤器前的浓度N1可计算tQNPT0310010rrnSNSMN1111（2）寿命和运行风量的关系P0一定y时，运行时间与运行风量成反比。T1为当风量低于额定风量运行时，达到容尘量时所用的时间更长（并不代表寿命），其寿命肯定增加。但增加量不能是简单比例关系，因为容尘量的达到是用终阻力来判断的，我们曾在介绍过滤器全阻力时给出公式m=1.1~1.36，也可写成，实际为初阻力与风量的关系，终阻力肯定也是类似的形式，即过滤器阻力与风量的m次方成正比，m≥1，当在部分风量下运行时，过滤器达到了容尘量值g/m2，但其阻力还未达到终阻力。这时仍能继续使用一段时间，直到阻力达到终阻力值为止。tQNPT03100101001QQTTmCvPHmQCPH用K表示运行风量与额定风量之比，据日本学者的实测结果，而当K=0.5，即为额定风量一半时，达到终阻力的运行时数为额定风量下运行时数的3.4倍。公式4-26~4-29为根据实测曲线拟合的方程，其中4-27中的常数项应为23.86，是过滤器的初阻力值。利用4个公式，将K值的影响作为一参数得出一综合方程（4-30）为过滤器工作过程的阻力与风量及运行时间的关系，当达到终阻力时，如H=2H0为常数，风量已知时K为常数，将T解出即为过滤器寿命T0，其解为下式，该公式是根据实测结果回归得到的应该有一定的普遍意义。2290.2519.2106.11555.0481.186.23TKTKKH1555.02)86.23(1555.04)481.1(481.1106.12519.2519.2HKKKT许仲麟先生1997年又提出一个估计运行时间T与风量比K关系的理论分析的近似方法。通过图可形象反映在不同风量下运动时间和过滤器阻力的关系，过滤器在额定风量Q0下运行初阻为H0，达到额定