Перепад давления на фильтре зависит от скорости прохождения воздуха через фильтрующую среду и от типа конструкции. Обычно принимается, что

Рис. 8.2. Ячейка фильтра с минигофром номинальная скорость прохождения воздуха через фильтр должна составлять 0,5 м/сек (100 футов/мин). При этой скорости перепад давления должен находиться в пределах от 120 Па до 170 Па. Когда перепад давления возрастает в 2,5-3 раза, фильтры, как правило, заменяют.

8.3 Механизмы улавливания частиц

Высокоэффективный фильтр предназначен для улавливания частиц с размерами приблизительно 2 мкм и менее. Для удаления более крупных частиц можно использовать сравнительно дешевые предварительные фильтры, которые в этой главе не рассматриваются. Фильтрующая среда высокоэффективного фильтра выполнена из стеклянных волокон с диаметрами в диапазоне от 0,1 мкм до 10 мкм, причем расстояние между волокнами, как правило, гораздо больше размеров улавливаемых частиц. В ULPA-фильтрах доля тонких волокон больше, чем в фильтрующей среде НЕРА-фильтров.

Эти волокна ориентированы в пространстве случайным образом по всей глубине фильтрующей среды и поэтому не образуют пор какого-либо определенного размера. На рис. 8.3 приводится фотоснимок фильтрующей среды высокоэффективного фильтра. В нижней части фотографии указан масштаб 10 мкм.

Рис. 8.3. Фильтрующая среда высокоэффективного фильтра (снимок с экрана электронного микроскопа)

В процессе движения через фильтрующую среду взвешенные в воздухе частицы сталкиваются с волокнами или с другими частицами, которые уже осели на волокнах. На частицу, столкнувшуюся с волокном или с ранее осевшей частицей, действуют значительные силы, в частности, силы Ван-дер-Ваальса, причем jix величина достаточна для того, чтобы «захватить» и удержать частицу.

Существуют три основных эффекта, ответственных за улавливание суб-микронных частиц фильтрующей средой - инерция, диффузия и зацепление. Действующий одновременно с ними ситовый эффект играет значительно меньшую роль, т.к. он важен только для более крупных частиц, которые удаляются предварительными фильтрами, обычно установленными перед высоко-

Рис. 8.4. Механизмы улавливания частиц эффективными фильтрами. Все четыре механизма схематически показаны на рис. 8.4. Считается, что электростатические эффекты в высокоэффективных фильтрах проявляются незначительно, и потому они на рисунке не представлены.

В процессе улавливания за счет диффузионного механизма частицы с малой массой (т.е. частицы, масса которых недостаточна для того, чтобы отклониться от линии тока) движутся почти произвольно1. Это хаотическое движение маленьких частиц (известное также, как броуновское движение) вызвано постоянной бомбардировкой другими частицами и молекулами газа, в котором они находятся во взвешенном состоянии. В процессе такого произвольного движения в разных направлениях частицы могут касаться волокон фильтра или ранее захваченных частиц.

Улавливание за счет инерции существенно для более крупных частиц, обладающих массой и импульсом, достаточными для того, чтобы отклониться от линии тока и столкнуться с волокном при обтекании его потоком газа (воздуха). Если частица, проходя мимо волокна по линии тока, сталкивается с ним за счет своего конечного размера, то такой механизм улавливания называется эффектом зацепления. Наконец, последний из рассматриваемых механизмов фильтрации - ситовый - возникает, когда расстояние между волокнами меньше диаметра улавливаемых частиц.

Эффективность улавливания частиц из воздуха высокоэффективным фильтром зависит от первых трех описанных выше механизмов удаления частиц из воздуха. Частицы самого большого размера улавливаются за счет инерции, частицы среднего размера - из-за эффекта зацепления, а самые маленькие частицы - вследствие диффузии. На рис.8.5 представлена зависимость, иллюстрирующая эти положения. На графике приведена классическая кривая эффективности улавливания аэрозолей для НЕРА-фильтров с минимальной эффективностью для частиц диаметром около 0,3 мкм. Размер, соответствующий минимальной эффективности фильтра, называется «размером частиц с максимальной проникающей способностью» (most penetrating particle size - MPPS). Обычно он находится в диапазоне диаметров от 0,1 до 0,3 мкм. Интересно отметить, что высокоэффективные фильтры наиболее эффективны для улавливания более мелких частиц, чем частиц с максимальной проникающей способностью. Этот эффект обусловлен диффузией.


⇐ назад к прежней странице | | перейти на следующую страницу ⇒