Технология чистых помещений. Основы проектирования, испытаний и эксплуатации - Уайт В.
ISBN 5-9900044-1-9
Скачать (прямая ссылка):
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)
HO
Технология чистых помещений
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-
ДИФФУЗИЯ
ИНЕРЦИЯ
ЗАЦЕПЛЕНИЕ
волокно
СИТОВЫИ
МЕХАНИЗМ
Рис. 8.4. Механизмы улавливания частиц
Высокоэффективная фильтрация воздуха
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.
Кривая дает довольно упрощенное представление. Известно, что размер частиц с минимальной эффективностью улавливания (наиболее проникающих частиц) изменяется в зависимости от таких параметров, как плотность частиц или тип фильтрующей среды.
1 Точнее, частицы движутся вдоль линии тока, при этом отклоняясь от нее в произвольных направлениях, что и показано на рис. 8.4 (Прим. ред.).
112
Технология чистых помещений
Рис. 8.5. Классическая кривая эффективности воздушного фильтра
8.4 Определение характеристик высокоэффективных воздушных фильтров
После изготовления высокоэффективных фильтров для определения эффективности фильтрации проводят их испытания с помощью тестового аэрозоля. Для этого разработано несколько стандартов. Ниже приводятся краткие характеристики самых распространенных из них.
8.4.1 Стандарт 282 вооруженных сил США
В этом разработанном в США стандарте для определения эффективности HEPA-фильтров в качестве тестового первоначально использовался генерируемый конденсационным методом (при нагреве исходного вещества) аэрозоль диок-тилфталата (DOP) со средним диаметром частиц 0,3 мкм. Позднее DOP был заменен полиальфаолефином (РАО) или диоктилсебацинатом (DOS). При нагревании всех перечисленных веществ образуются масляные пары, конденсирующиеся в масляный туман, который и является тестовым аэрозолем для определения эффективности фильтрации.
