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【干货】图文讲述空气过滤器原理、分类、选型

2019-10-09 08:27:45 9326

【干货】图文讲述空气过滤器原理、分类、选型



空气过滤常识

1.空气的组成

其它气体:

氦、氖等惰性气体

水蒸气

- SO2、NOX、NH3、TVOC 等有害气体杂质


大气尘(气溶胶):

火山灰

海盐粒子

灰尘

沙土

花粉

细菌、病毒。

空气动力学直径:0.01-100 µm

包括:纤维、固态粉尘、液滴、花粉等;又称“总悬浮尘”(TotalSuspending Particles),评价室外大气环境等级的指标之一。

气体运动方式:气体以分子(气体分子< 0.001 µm)状态存在,它们做无规则的自由扩散运动 - 布朗运动。




哪些灰尘粒径小于1µm

油烟、香烟烟雾、金属尘粒、碳黑、病毒和某些细菌

空气中包括有害气体和灰尘

大气尘粒径范围:0.01 - 100 µm

总数99.9%的灰尘小于1µm

大于1µm的灰尘重量占了总重量的70%

灰尘粒径不同,运动方式不同

不同的地区和环境,灰尘浓度相差很大。

2.空气过滤

灰尘过滤器

吸附型过滤器(活性炭)

3.灰尘过滤器

过滤机理效应、过滤效率、阻力、使用寿命、容尘量

过滤机理效应

扩散效应、拦截效应、惯性效应、筛效应、静电效应

1)扩散效应

小于1µm的灰尘粒子不随气流运动,而是因空气分子的撞击做无规则运动,称为“布朗扩散运动”。如果撞在过滤器纤维上就被捕获。粒子越小,扩散运动越剧烈,撞击纤维的机会越多,过滤效果越好。


2)拦截效应

小而轻的灰尘粒子随气流而运动,当绕过纤维时,离纤维表面太近的灰尘就会被拦截下来。


3)惯性效应

较大的灰尘粒子在气流中做惯性运动。当气流绕过纤维时,惯性大的粒子来不及绕过而直接撞到纤维上。

灰尘越大,惯性力越强,撞击纤维的可能性越大,过滤效果越好。


4)筛效应

灰尘直径如果大于纤维之间的间隙,就会被拦住。

一般来说,灰尘直径远小于纤维间隙,也就是说,筛效应很少发生。



5)静电效应


静电的影响


两种过滤器在城市大气环境中的实际测试结果


采用带有静电的化纤滤料,可以提高初始效率。

一般来说,滤料的静电是在生产过程中自然产生的;但是,就目前可行的技术而言,还无法使滤料长期保持静电,当在实际使用时,静电会很快消失。只要采用纤维数量少、直径粗的化纤滤料,您就无法得到与玻纤滤料过滤器同样的长期的高效率。

滤料 - 效率

要使过滤器对小灰尘粒子效率高;

穿过滤料的风速低 = 所用滤料面积大

滤料中含有数量多的细纤维

静电 (只对新过滤器)


过滤器结构 - 阻力



灰尘过滤器

几种不同的过滤效应同时起作用。

过滤器效率随粒径不同而变化,效率最低点的称为MPPS(最易穿透粒径),它随滤料种类、过滤风速而变化。

好的过滤器 - 纤维细、蓬松、滤料面积大。

4.吸附型过滤器

多种吸附材料:活性炭、活性氧化铝、硅胶、沸石、“光触媒”(纳米级TiO2)...

在空气净化行业,目前最常用的是活性炭。

为什么使用活性炭过滤器?去除空气中 的气体污染物!

室内气体污染源、体臭(人、动物)、抽烟、建筑装饰材料、室内办公和生活设备、生产工艺过程

室外空气(汽车、燃烧、工业排放等)

通风及空调设备

什么是活性炭?

用有机含碳材料炭化、活化而成。发达的孔隙结构,绝大部分孔径< 500A(1A= 10-10m);比表面积很大,可达 1000-2000m²/g


活性炭种类


活性炭由哪些材料制成?

颗粒活性炭:椰壳、煤、木炭、木材、骨头;

纤维活性炭:粘胶纤维、聚丙烯腈纤维、酚醛树脂纤维、沥青。

两种吸附方式:


物理吸附:


化学吸附:


物理吸附的普遍性

物理吸附几乎可以吸附任何气体。

但对不同种类气体,吸附效果不同。

一般来说:

分子量大的气体易被吸附;

沸点高的气体易被吸附;

非极性分子比极性分子易被吸附;

有机气体比无机气体易被吸附。

化学吸附的强选择性

有时对活性炭进行化学浸渍处理,以增加其对某种或某几种气体的吸附能力,这时发生的吸附称为化学吸附。这种活性炭称为浸渍活性炭。

不经化学浸渍处理的活性炭称为非浸渍活性炭。

不同吸附方式的应用

物理吸附(非浸渍炭)

挥发性有机化合物(TVOC)

溶剂性气体

异味

化学吸附(浸渍炭)

SO2、NOX、H2S等酸性腐蚀性气体。

NH3 等碱性气体

甲醛(福尔马林)

核放射性气体

活性炭怎样吸附气体?


动态吸附过程 -“吸附波”

吸附效率 - 使用寿命


哪些因素影响吸附性能?

活性炭种类

气体浓度

气体种类

活性炭量

使用风量

滞留时间 = 活性炭体积 / 使用风量

温度、压力、湿度

活性炭过滤器的选用

影响活性炭过滤器吸附效果和使用寿命的主要因素有:污染物的种类和浓度、气流在过滤材料中的滞留时间、空气的温度和湿度。

实际选用时,要根据污染物种类、浓度和处理风量等条件,确定过滤器形式和活性炭种类。

活性炭过滤器的上下游均应有好的除尘过滤器,其效率规格应不低于F7。上游过滤器防止灰尘堵塞活性炭材料;下游过滤器拦住活性炭本身的发尘。

主要应用场合

民用建筑(办公楼、家庭、机场等)

药厂、医院

半导体、微电子

实验动物房

工业排风等环保要求

图书馆、博物馆等存放珍贵物品的场所

核电站

防毒面具

基本浓度单位和换算

常用基本浓度单位(体积浓度 / 摩尔浓度)

ppm: 百万分之一« 10-6 «cm3/m3

ppb: 十亿分之一 « 10-9 «mm3/m3

ppt: 万亿分之一 « 10-12

1 ppm = 1000 ppb = 1000,000 ppt

浓度换算ppm Û mg/m3

1 ppm = 24.04 x(mg/m3) /M - 20°C 和 一 个大气压下

1 ppb = 24.04 x (µg/m3) / M - M = 分子量

1 ppt = 24.04 x (ng/m3) / M

例如 NH3: 5 mg/m3 = 5 x 24.04 / 17 = 7.07 ppm

(对一般空气中的异味,常以甲苯为代表性气体,M = 92)


活性炭孔径一般分为三类:

大孔:1000-1000000A

过渡孔:20-1000A

微孔:20A

选择设计化学过滤器应考虑的重要参数:

气流;

污染物种类及其浓度;

温度和相对湿度;

允许阻力;

允许的安装空间;

期望过滤效率;

期望使用寿命。

5.过滤器阻力

过滤器对气流形成阻力。过滤器积灰,阻力增加,当阻力增大到某一规定值时,过滤器报废。

新过滤器的阻力称“初阻力”;对应过滤器报废时的阻力值称“终阻力”。

终阻力:终阻力的选择直接关系到过滤器的使用寿命、系统风量变化范围、系统能耗。

大多数情况下,终阻力是初阻力的2~4倍。

终阻力建议值

效率规格

建议终阻力Pa

G3(粗效)

100~200

G4(初中效)

150~250

F5~F6(中效)

250~300

F7~F8(高中效)

300~400

F9~H11(亚高效)

400~450

高效与超高效

400~600

过滤器越脏,阻力增长越快。过高的终阻力值并不意味着过滤器的使用寿命会明显延长,但它会使空调系统风量锐减。因此,没有必要将终阻力值定得过高。

低效率过滤器常使用直径≥10mm的粗纤维滤料。由于纤维间空隙大,过大的阻力有可能将过滤器上的积灰吹散,此时,阻力不再增高,但过滤效率降为零。因此,要严格限制G4以下过滤器的终阻力值。

每个过滤段都应安装阻力监测装置。终阻力要靠仪表来判定,不能仅凭操作者的感觉。

6.容尘量

容尘量是在特定试验条件下,过滤器容纳特定试验粉尘的重量。这里的“特定”是指:

a. 标准试验风洞,以及相关试验与测量设备;

b. 比实际大气粉尘颗粒大得多的标准“道路尘”;

c. 委托方与试验方商定、或标准规定的试验方法与计算方法;

d. 委托方与试验方商定的终止试验的条件。

容尘量与过滤器实际容纳粉尘的重量没有直接对应关系,孤立的容尘量数据对用户没有任何意义。

7.可吸入颗粒物

空气中的大颗粒粉尘被人的鼻腔阻拦,小颗粒粉尘可能随气流进入气管和肺部,这些粉尘被气管和肺部的“巨噬细胞”吞食并消化,巨噬细胞吃不净的那些细菌和病毒还会被白血球消灭掉。

人的鼻子的鼻毛、分泌物和黏膜可以将大多数大于10mm的粉尘过滤掉,只有小于10mm的颗粒物才会随气流进入气管和肺部。因此,人们将“可吸入颗粒物”定义为“空气中≤10mm的颗粒物”。

空气中的全部粉尘量为“总悬浮颗粒物”,去掉10mm以上的颗粒物,剩下的就是“可吸入颗粒物”,技术上标为TM10。我们经常听到的“可吸入颗粒物”就是这个TM10。如果将5mm以上的颗粒物去掉,剩下的“可吸入颗粒物”为TM5。

可吸入颗粒物与健康效应

浓度mg/m3

健康效应

总悬浮颗粒物

可吸入颗粒物

>0.29

>0.20

免疫功能改变的阈浓度,居民呼吸道疾病患病率开始增加。

0.21

0.15

居住区空气日平均最高允许浓度。

<0.16

<0.11

不引起小学生免疫功能改变的阈下浓度,不引起人群呼吸道患病率增加。


空气过滤器种类

1.粗效过滤器

尼龙网空气过滤器;

用途:空气质量要求不高的通风空调系统,或周围环境较恶劣,粉尘较高的场所作为初级预过滤。

特点:阻力小、易清洗、易维护。


铝网板式空气过滤器

用途:空气质量要求不高的通风空调系统,或周围环境较恶劣、粉尘、油脂较大的场所作为初级预过滤。

特点:耐用、容易清洗。


2.初效过滤器

初效空气过滤器适用于空调系统的初级过滤,主要用于过滤5um以上尘埃粒子。初效过滤器有板式、折叠式、袋式三种样式,外框材料有纸框、铝框、镀锌板框,过滤材料有无纺布、尼龙网、活性碳滤材、金属孔网等。

用途:一般通风空气处理设备中的过滤段或新风系统的初级过滤。

特点:可自行更换滤料,纸框初效为一次性。

3.中效过滤器

中效过滤器广泛适用于空调系统的中级过滤,主要用于过滤1-5um以上尘埃粒子,具有阻力小、风量大的优点。中效过滤器有袋式、框式和组合式、折叠式等。

用途:通风系统的过滤。电子、制药、机械仪表、冶金、石油、化工、轻工、食品等领域的一般空气净化。

特点:效率高、容尘量大、占用空间小。

4.袋式中效过滤器

用途:中央空调集中通风系统,或作为高效过滤器的前置过滤器,它可以减轻高效过滤器的负担,延长其使用寿命,也可用于工业领域的一般空气净化。

特点:阻力小、容尘量大。


5.高效过滤器

高效过滤器主要用于过滤0.3UM 以下的空气悬浮颗粒,作为各种过滤系统的末端过滤。采用超细玻璃纤维滤纸、PP高效纸、以胶版纸、铝箔板等材料折叠为分隔。密封胶密封。镀锌板、铝合金型材、不锈钢板为框。

PP纸:新型过滤材料,产品耐酸碱、耐腐蚀、熔点高、性能稳定、无毒、无味、分布均匀,具有低阻、高效、高强度、环保特点。

用途:洁净空调系统,高洁净度环境。

按GB/T6165-1985《高效空气过滤器性能试验方法透过率和阻力》规定的方法检验,其透过率≤0.1%(即效率≥99.9%)或对粒径≥0.1μm微粒的计数透过率≤0.001%(即效率≥99.999%)的过滤器为高效空气过滤器。

特点:效率高,阻力小。

6.亚高效过滤器

用途:各类洁净工程以及有特殊要求的中央空调和工艺性送风系统的未端过滤或洁净室的过滤。

特点:容尘量大,过滤效率高,阻力低。

V-BED高效滤网

v-bed 型的中、高效过滤器,这款产品是专为在低阻力下达到大风量需求设计开发的。Lv 的高效率系列可以在 250Pa 初期阻力的情况下风速达到 2.5m /s (即 500fpm) Lv 系列的过滤器的滤料选用的是进口的超细玻璃纤维,滤料经无隔板技术折叠成型后放在 V 型的框架内。

特点:使用寿命长,过滤效果较容易达到,风阻低。



过滤效率对照表

中国标准

欧洲标准
EN779-1993

美国DOP
0.3um效率/%

ASHRA标准
计重法效率
/%

ASHRAE标准
比色法效率
/%

粗效过滤器

G1


< 65


初效过滤器

G2


65-80


初效过滤器

G3


80-90


中效过滤器

G4


>=90


中效过滤器

F5



40-60

中效过滤器

F6

20-25


60-80

中效过滤器

F7

55-60


80-90

中效过滤器

F8

65-70


90-95

中效过滤器

F9

75-80


>=95

亚高效过滤器

H10

> 85



亚高效过滤器

H11

> 98



亚高效过滤器

H12

> 99.9



高效过滤器

H13

> 99.97



高效过滤器

H14

> 99.997



超高效过滤器

U15

> 99.9997



超高效过滤器

U16

> 99.99997



超高效过滤器

U17

> 99.999997


了解过滤效率检测方法

计重法;

比色法;

粒径计数法;

纳焰法;

DOP法;

油雾法;

大气尘径限数法。

计重法

测量过滤前后测量空气含尘的重量,再计算效率.用于粗效过滤器,例G3,G4一般为80%--90%

比色法

用滤纸测量过滤前后滤纸上积尘的透光率(光通量),转化为电量再计算效率.用于中,高,亚高效过滤器,例F5一般为40%--60%

粒径计数法

激光粒子计数器,测量过滤前后空气中的微粒的数量和粒径,用于高效过滤器,例H10一般为95%--99.9%


空气过滤器选型

一、合理确定过滤器:

根据净化级别选型;

最末一级过滤器决定空气洁净程度,上游的各级过滤器只是保护作用.

应当妥善匹配各级过滤器的效率,前后两级效率规格差别不可过大也不可过小

合理考虑使用环境,备件费用,运行能耗,维护费用,综合考虑选型

供应商:初、中效过滤器、亚高效过滤器,包括板式、袋式过滤器,过滤效率设备厂生产的产品

问题 : 前后两级效率规格差别为什么不可过大也不可过小

答案 :级与级之间的过滤器效率选择既不要相隔太近(太近过滤效率重复),也不要相隔太远(太远过滤效率相差太以致后一级的过滤器很容易被前一级的过滤器没有过滤的大微粒弄脏,使使用寿命严重下降)建议级与级之间间隔一般为2-3级。

二、根据净化级别选型

三、过滤段段长的分布

1初效过滤段内置空间为1模

2中高效过滤段内置空间为5模

3安装高中、亚高效过滤器F7、F8、F9、H10 时,由于密封性要求较高,过滤器不能从侧面进行拆检,所以在过滤段之前至少有6 模的空段,用于拆检过滤器

混合过滤段是将平板式初效过滤器置于混合段内,布置在混合段的出风一侧,不增加机组的长度。此种布置的混合过滤段段长不得低于7模

问题 各个过滤器框架的厚度

答案:板式过滤器框架厚度:71mm,袋式过滤器框架厚度:71mm.板式+袋式框架厚度:95mm。

四、洁净度100级、10000级及100000级的空气净化处理,应采用初、中、高效过滤器三级过滤。对于300000级空气净化处理,可采用亚高效过滤器代替高效过滤器。

五、空气过滤器的选用、布置方式应符合下列要求:

滤器的选用
    
根据场所的使用要求合理确定各级过滤器的效率
通常情况下,末端过滤器决定了空气的洁净程度,前级过滤器起保护末端过滤器的作用,即延长末端过滤器的使用寿命,减少维护费用,保护空调系统正常工作。 
具体过程:
1. 根据洁净度的要求确定末级过滤器的效率;
2. 选择末级过滤器的保护过滤器,如果需要,在选择中级过滤器的前级保护过滤器,通常起保护作用的过滤器称为预过滤器;
3. 选择预过滤器要和使用环境,备件费用,运行能耗(目前国内用用户关心能耗的不多),维护与供货等因素综合考虑后决定;
4. 特别关注的问题:洁净室末端的高效空气过滤器需要有效率不低于F8的过滤器的保护(主要应是针对新风的处理),空调系统也需要空气过滤器的保护; 
5. 确定过滤器的要点:末级过滤器的性能要可靠,预过滤器的效率规格要合理,且要维护方便。

6. 中效空气过滤器宜集中设置在净化空气调节的正压段;

7.高效或亚高效空气过滤器宜设置在净化空气调节系统的末端;

8.中效、高效空气过滤器宜按小于或等于额定风量选用。


六、对面积较大、空气洁净度较高、位置集中及消声、振动控制要求严格的洁净室(区)宜采用集中式净化空调系统。反之,则可采用分散式净化空调系统。

七、下列情况的空气净化系统宜分开设置:

⑴ 单向流洁净室与非单向流洁净室(区)

⑵ 高效空气净化系统与中效空气净化系统;

⑶ 运行班次或使用时间不同的洁净室(区)。

八、下列生产的空气净化系统应独立设置,其排风口与其他药品空气净化系统的进风口之间应相隔一定的距离。

⑴ 青霉素等强致敏性药品;

⑵ β-内酰胺结构类药品;

⑶ 避孕药品;

⑷ 激素类药品;

⑸ 抗肿瘤类药品;

⑹ 强毒微生物及芽胞菌制品;

⑺ 放射性药品;

⑻ 有菌(毒)操作区。

九、下列情况的空气净化系统的空气,如经处理仍不能避免交叉污染时,则不应循环使用。

⑴ 固体物料的粉碎、称量、配料、混合、制料、压片、包衣、灌装等工序;

⑵ 固体口服液制剂的颗料、成品干燥设备所使用的净化空气;

⑶ 用有机溶媒精制的原料药精制、干燥工序;

⑷ 病原体操作区;

⑸ 放射性药品生产区;

⑹ 工艺过程中产生大量有害物质、挥发性气体的生产工序。


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