高效過(guò)濾器纖維濾紙效率的影響因素有哪些?

高效過(guò)濾器作為潔凈室空氣處理和過(guò)濾的終端過(guò)濾器，其重要性不言而喻，尤其是無(wú)菌生產(chǎn)環(huán)境要求強(qiáng)制使用高效過(guò)濾器。

一般高效過(guò)濾器采用纖維濾紙作為濾料，所以本篇文章主要通過(guò)對(duì)影響纖維濾紙效率的因素進(jìn)行探討，從而了解哪些因素會(huì)影響高效過(guò)濾器的過(guò)濾效率。

 

影響纖維濾紙的效率有很多因素，其中主要的是微粒直徑、纖維粗細(xì)、過(guò)濾速度和填充率這幾項(xiàng)，同時(shí)還有溫度、濕度、壓力、容塵量等。

1、微粒性質(zhì)的影響

在過(guò)濾多分散相微粒時(shí)，無(wú)論是理論分析還是實(shí)測(cè)結(jié)果都顯示，隨著粒子的直徑由小變大，總過(guò)濾效率的變化趨勢(shì)是先減后增。原因在于各種捕集機(jī)理對(duì)不同粒徑粒子的影響不同。較小的微粒由于擴(kuò)散而沉積，較大微粒則在攔截和慣性的作用下被捕集，而當(dāng)粒徑由小到大時(shí)，擴(kuò)散效率逐漸減弱，慣性和攔截效率逐漸增強(qiáng)，這就導(dǎo)致小粒徑范圍內(nèi)總的捕集效率趨弱。而大粒徑范圍內(nèi)粒子效率又趨強(qiáng)，使得與粒徑有關(guān)的效率曲線存在著一個(gè)最低點(diǎn)，也就是在變化過(guò)程中存在一個(gè)效率最低值，這點(diǎn)對(duì)應(yīng)的粒徑即為最易穿透粒徑。這個(gè)粒徑并不是定值，影響其大小的因素很多，纖維不同、濾速不同都會(huì)導(dǎo)致它的數(shù)值變化，而且溫度在某種程度上也會(huì)使最容易穿透粒徑發(fā)生突變。即使微粒尺寸相同，處于不同相態(tài)的微粒對(duì)過(guò)濾效率也有不同的影響，用固態(tài)微粒測(cè)定可以使過(guò)濾器得到高效率。

 

2、纖維粗細(xì)的影響

當(dāng)其他參數(shù)都不變而只有纖維直徑變化時(shí)，過(guò)濾效率隨纖維直徑的增加而減小。這是因?yàn)殡S著纖維直徑的增大，攔截效應(yīng)的攔截系數(shù)相應(yīng)減小，導(dǎo)致與其有關(guān)的兩種機(jī)理的捕集效率都有所下降，從而引起總的過(guò)濾效率下降。這也就是高效濾紙中的纖維要比中效濾紙細(xì)很多的原因。當(dāng)然，纖維越細(xì)，阻力也就越高。另外，隨著纖維直徑的增加，攔截系數(shù)減小，慣性效應(yīng)減弱，最易透過(guò)粒徑也逐漸變大，效率曲線的極值點(diǎn)隨之向右移動(dòng)。

 

3、過(guò)濾速度的影響

在濾速增加時(shí)，擴(kuò)散效率下降、慣性效率上升，攔截效率上升，因此總效率是先減小后增加。而最大穿透粒徑逐漸減小，效率曲線的極值點(diǎn)隨之向左移動(dòng)。同時(shí)，隨著濾速的降低，濾紙的過(guò)濾效率明顯升高，基本關(guān)系滿足濾速降低一倍，過(guò)濾效率近似增加一個(gè)數(shù)量級(jí)。這是因?yàn)闉V速降低使得粒子通過(guò)濾紙的時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，從而增大了粒子被捕捉的幾率，因此效率顯著上升。當(dāng)濾紙采用國(guó)標(biāo)建議的1cm/s濾速時(shí)，其透過(guò)率比美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5.3cm/s濾速下要降低100倍，這也就解釋了為什么同級(jí)別的濾紙?jiān)趪?guó)內(nèi)和國(guó)外測(cè)試時(shí)，效率會(huì)相差很大。

 

4、纖維填充率的影響

纖維填充率提高，使得纖維層的密集度增加，慣性效率和攔截效率都增加了，雖然由于流速的提高導(dǎo)致擴(kuò)散效率降低，但綜合總效率仍然是提高的。然而需要注意的是，這一過(guò)程中阻力的增加要比總效率的提高快得多，所以靠增大纖維填充率來(lái)提高濾紙的效率，并不是一個(gè)好辦法。

 

5、氣流溫度的影響

氣流溫度的升高，將提高微粒的擴(kuò)散系數(shù)，這就使亞微米微粒的擴(kuò)散效率提高了。可是溫度升高后，氣體黏性變大，從而使依靠重力效應(yīng)和慣性效應(yīng)的大微粒的沉積效率降低了，同時(shí)也提高了過(guò)濾阻力。效率的這種變化，將造成最易穿透粒徑增大，從而效率曲線的極值點(diǎn)隨之向右移動(dòng)，有可能導(dǎo)致曲線的形狀發(fā)生改變。

 

6、氣流濕度的影響

氣流濕度增加，使得小粒子的穿透能力提高，從而效率下降，原因在于濕空氣使靜電效應(yīng)消失，布朗運(yùn)動(dòng)減弱，微粒容易被后來(lái)的氣流夾帶而繼續(xù)穿透。然而在很高濕度時(shí)，纖維表面會(huì)形成液膜，顆粒物與纖維接觸面積增大，導(dǎo)致范德瓦耳斯力增大，反彈現(xiàn)象減少，大粒子的效率會(huì)有所升高。有研究認(rèn)為對(duì)于不吸濕的粒子，在高濕度時(shí)效率會(huì)有明顯上升。當(dāng)然如果濕度過(guò)高以致于在濾材表面出現(xiàn)液滴，顯然會(huì)導(dǎo)致效率下降。

 

7、氣流壓力的影響

氣流壓力的降低，將使氣體密度減小，空氣分子自由程變大，從而使滑動(dòng)修正系數(shù)變大，擴(kuò)散系數(shù)和慣性參數(shù)增加，所以擴(kuò)散效率和慣性效率都增加了，而對(duì)攔截效率影響不大。
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