過濾器的原理與分類

一、過濾原理

大氣中存在大量的懸浮塵埃粒子，它們的存在極大地影響產(chǎn)品的精密化、微型化、高質(zhì)量、高純度和高可靠性。

空氣中懸浮的粒狀污染物質(zhì)是由固體或液體微粒子所組成。大氣塵可分為狹義大氣塵和廣義大氣塵：狹義大氣塵是指大氣中的固態(tài)粒子，即真正的灰塵；大氣塵的現(xiàn)代概念既包括固態(tài)微粒也包括液態(tài)微粒的多分散的氣溶膠，是專指大氣中的懸浮微粒，粒徑小于10μm，這就是廣義的大氣塵。對于大于10μm的粒子，因?yàn)檩^重，經(jīng)過一段時(shí)間的無規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)后，在重力的作用下，它們會逐漸沉降到地面上，是通風(fēng)除塵的主要目標(biāo)；大氣中0.1---10μm的灰塵粒子也在空氣中做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，因重量較輕，則容易隨氣流漂浮，而很難沉降到地面上。因此，空氣潔凈技術(shù)中的大氣塵的概念和一般除塵技術(shù)中的灰塵的概念是有所區(qū)別的。

通風(fēng)除塵用的尼龍網(wǎng)過濾器、金屬網(wǎng)過濾器、泡沫海綿過濾器過濾的灰塵，因?yàn)闉V料的孔徑較大，一般大于10μm，主要是過濾大于10μm的灰塵，因此對0.1~~10μm的粒子，過濾效率很低；如果是對環(huán)境的凈化有一定的潔凈度要求，必須采取潔凈技術(shù)中的空氣過濾技術(shù)，才能達(dá)到凈化要求。空氣凈化的主要任務(wù)是根據(jù)各種產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、不同工序、各類房間的空氣潔凈度級別需要，采取空氣過濾技術(shù)來捕集大氣中的0.1---10μm懸浮塵埃粒子和微生物，使?jié)崈羰一蚓植績艋瘏^(qū)域中的塵埃粒子濃度或含菌濃度控制在允許范圍之內(nèi)，以保證潔凈度的級別要求。

空氣中的懸浮粒子除微小液滴成球形外，其它粒子為結(jié)晶狀、片狀、塊狀、針狀、鏈狀等，很難從幾何形狀去度量其尺寸。在潔凈技術(shù)中，粒徑的意義是指通過微粒內(nèi)部的某個(gè)長度因次，并不含有規(guī)則幾何形狀的意義，只是便于比較粒子大小的一種“名義尺寸”。

空氣中的懸浮粒子分為非生物性粒子和生物粒子：非生物粒子是由固體、液體的破碎、蒸發(fā)、燃燒、凝聚產(chǎn)生的，其形成過程有物理作用或化學(xué)作用。生物粒子有微生物、植物的花粉、花絮及絨毛等；微生物一般包括病毒、立克次氏菌、細(xì)菌、菌類、原生蟲及藻類，其中與凈化關(guān)系較直接的是細(xì)菌和菌類。空氣中的微生物主要附著在灰塵上，因此過濾掉空氣中的灰塵可以有效地清除空氣中的微生物，這也是生物凈化的主要理論依據(jù)。

根據(jù)不同國家和時(shí)間的大氣塵中微粒的統(tǒng)計(jì)，大氣塵中微粒數(shù)量隨著粒徑的增加而顯著減少，即在雙對數(shù)坐標(biāo)圖上，數(shù)量和粒徑呈直線關(guān)系，特別是對0.1---5μm；數(shù)量與質(zhì)量的分布關(guān)系，亞微米級的微粒數(shù)量占總數(shù)的比例接近100%，而重量僅占總量的2%--3%；這也是潔凈相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以在不同國家通用的理論依據(jù)。

統(tǒng)計(jì)表示，農(nóng)村中的灰塵濃度大約在10萬粒/升左右，郊區(qū)中的灰塵濃度大約在20萬粒/升左右，城市中的灰塵濃度大約在30萬粒/升左右，污染嚴(yán)重的地區(qū)可達(dá)到100萬粒/升以上。

1.空氣過濾技術(shù)主要采用過濾分離方法：通過設(shè)置不同性能的過濾器，除去空氣中的懸塵埃粒子和微生物，也即通過濾料將塵埃粒子捕集截留下來，以保證送入風(fēng)量的潔凈度要求。它所用的濾料為較細(xì)直徑的纖維，既能使氣流順利通過，也能有效地捕集塵埃粒子。

2.潔凈技術(shù)控制過濾的灰塵一般是0.1---10μm的塵埃粒子，粒徑較小，包含有固態(tài)微粒和液態(tài)微粒；大氣中懸浮的有機(jī)微粒有微生物、植物的花粉、花絮與絨毛，微生物一般包括病毒、立克次氏菌、細(xì)菌、菌類、原生蟲和藻類。空氣凈化控制的主要是細(xì)菌和菌類、病毒。因?yàn)槲⑸镏饕街趬m埃粒子上，因此將空氣中的塵埃粒子有效地控制，也就能有效地控制空氣中的細(xì)菌、菌類及病毒。要做到這一點(diǎn)，必須通過阻隔性質(zhì)的微粒過濾器，方可加以過濾。一般地，普通過濾器對細(xì)菌的過濾效率可達(dá)99.996%，基本上可以滿足生物潔凈室的過濾凈化要求。。

過濾器的過濾層捕集微粒的作用主要有5種：

1.攔截效應(yīng)：當(dāng)某一粒徑的粒子運(yùn)動(dòng)到纖維表面附近時(shí)，其中心線到纖維表面的距離小于微粒半徑，灰塵粒子就會被濾料纖維攔截而沉積下來。

2.慣性效應(yīng)：當(dāng)微粒質(zhì)量較大或速度較大時(shí)，由于慣性而碰撞在纖維表面而沉積下來。

3.擴(kuò)散效應(yīng)：小粒徑的粒子布朗運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)而容易碰撞到纖維表面上。

4.重力效應(yīng)：微粒通過纖維層時(shí)，因重力沉降而沉積在纖維上。

5.靜電效應(yīng)：纖維或粒子都可能帶電荷，產(chǎn)生吸引微粒的靜電效應(yīng)，而將粒子吸到纖維表面上。

隨著捕集灰塵越來越多，則濾層的過濾效率也隨著下降，而阻力增大；當(dāng)?shù)揭欢ǖ淖枇χ祷蛐式档侥持禃r(shí)，過濾器就需及時(shí)加以更換，以保證凈化潔凈度的要求。

過濾器的濾料zui常用的形式有：無紡布、化學(xué)纖維材料、玻璃纖維材料；它們在額定風(fēng)量下，阻力較小而效率較高，更換、維護(hù)方便，適用范圍廣，在空調(diào)凈化系統(tǒng)中有著*的使用價(jià)值和應(yīng)用領(lǐng)域。

二、凈化原理

為保證產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境或其它用途的潔凈室所要求的空氣潔凈度要求，必須采用多項(xiàng)綜合技術(shù)措施：

1．采用產(chǎn)生污染物少的生產(chǎn)工藝及設(shè)備；

2．采取必要的隔離負(fù)壓措施，防止生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的污染物向四周擴(kuò)散；

3．減少人員及物料帶入室內(nèi)的污染物質(zhì)；

4．加強(qiáng)潔凈室的管理，按規(guī)定進(jìn)行清掃、滅菌等工作；

5．人、物必須進(jìn)行分流，不允許人流、物流相互交叉；

除采取上述措施外，zui重要的技術(shù)措施是：

通過相應(yīng)的裝置，送入足夠量的、經(jīng)過處理的潔凈空氣，以替換或稀釋室內(nèi)在正常工作時(shí)所產(chǎn)生的污染物質(zhì)污染的空氣；同時(shí)，帶走室內(nèi)的污染物質(zhì)。即為空氣凈化的基本原理。

具體而言，潔凈室內(nèi)的空氣凈化處理就是根據(jù)房間的不同的潔凈度等級要求，采用不同的方式送入經(jīng)過處理的數(shù)量不等的清潔空氣，同時(shí)排走相應(yīng)數(shù)量的攜帶有在室內(nèi)所產(chǎn)生的污染物質(zhì)沾污的臟空氣；依靠這樣的動(dòng)態(tài)平衡，使室內(nèi)環(huán)境維持在所需要的空氣潔凈度等級。

空氣潔凈度是潔凈環(huán)境中空氣含懸浮粒子量的多少的程度，通常空氣中含塵濃度高則空氣潔凈度低，含塵濃度低則潔凈度高；按空氣中懸浮粒子濃度來劃分潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境中空氣潔凈度等級，就是以每立方米空氣中的zui大允許粒子數(shù)來確定其空氣潔凈度等級。

因原有的潔凈標(biāo)準(zhǔn)是美國首先制定的，故其單位是英制，也是應(yīng)用的一種；

用英制表示時(shí)，潔凈度等級名稱為每立方英尺空氣中≥0.5μm塵粒的zui大允許粒子數(shù);

用單位表示時(shí),潔凈度等級名稱為每立方米空氣中≥0.5μm塵粒的zui大允許粒子數(shù)的常用對數(shù)值。

三、無塵室的單向流和非單向流

由于潔凈技術(shù)控制的是大氣中的懸浮微粒濃度，且送入生產(chǎn)區(qū)域或無塵室內(nèi)的風(fēng)量比通風(fēng)除塵、一般空調(diào)房間所需的風(fēng)量大得多，故其氣流組織形式與它們有明顯的不同：

1、潔凈氣流流型要考慮到減少或避免渦流，要有利于迅速有效地排除污染物；

2、要盡量限制和減少室內(nèi)塵源散發(fā)的塵和菌的擴(kuò)散；

3、兼顧維持室內(nèi)的溫、濕度及工作人員的舒適性要求。

氣流流型主要分為三類：

1、向流：單一方向呈平行流線，且橫斷面上風(fēng)速一致的氣流；

有兩種型式：垂直單向流和水平單向流。

2、非單向流：指不符合單向流定義的氣流。

3、混合流：由單向流和非單向流組合的氣流。

一般地，單向流潔凈室的潔凈度可達(dá)到1—100級，非單向流潔凈室的潔凈度在1000—100,000級，混合流潔凈室的潔凈度局部區(qū)域可達(dá)1—100級。

四、靜壓差和換氣次數(shù)

為避免無塵室內(nèi)的潔凈度受鄰室的污染，或污染鄰室，潔凈度不同的潔凈室之間，或潔凈室與一般房間之間要保持適當(dāng)?shù)撵o壓差，靜壓差不得小于5Pa。

由于送入潔凈室內(nèi)的潔凈送風(fēng)量不同，則室內(nèi)的潔凈度也不同，根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般的經(jīng)驗(yàn)換氣次數(shù)如下，作為初步潔凈室送風(fēng)量的估算值：

1．對于10萬級，換氣次數(shù)一般在15次/小時(shí)以上；

2．對于1萬級，換氣次數(shù)一般在25次/小時(shí)以上；

3．對于1000級，換氣次數(shù)一般在50次/小時(shí)以上；

4．100級，其送風(fēng)量按送風(fēng)截面風(fēng)速0.2---0.45m/s計(jì)算。

空氣過濾器選用、使用及維護(hù)常識

大氣中的塵埃粒子濃度是影響潔凈室潔凈度的重要因素，而如果要有效地、可調(diào)節(jié)地控制生產(chǎn)潔凈度，采用通常空調(diào)用的尼龍網(wǎng)過濾器、金屬網(wǎng)過濾器及海棉過濾器，則無法控制生產(chǎn)環(huán)境中的塵埃粒子濃度和達(dá)到較高的潔凈度要求。而要達(dá)到現(xiàn)代化生產(chǎn)所需的潔凈環(huán)境，必須采用濾紙過濾器和纖維層過濾器，也就是凈化技術(shù)中所用的空氣過濾器。

一、空氣過濾器的分類

潔凈室用空氣過濾器種類較多，按結(jié)構(gòu)形式分有：

1．平板式過濾器

2．折疊式過濾器

3．袋式過濾器

4．有隔板折疊形過濾器

5．無隔板折疊形過濾器

按過濾效率分類，是zui為常見的方法；按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14295-93《空氣過濾器》及GB13554-92《空氣過濾器》的規(guī)定，在額定風(fēng)量下有：

1．粗效過濾器

2．中效過濾器

3．高中效過濾器

4．亞過濾器

5．過濾器（超過濾器）

二、空氣過濾器的選用與配置

1．對于小型的凈化設(shè)備，如潔凈工作臺、風(fēng)淋室、層流罩等，由于處理的風(fēng)量小，一般新風(fēng)進(jìn)風(fēng)面采用粗效過濾器或中效過濾器，送風(fēng)末端必須選用過濾器或超過濾器；

2．對于凈化空調(diào)系統(tǒng)中空氣過濾器的選用與配置，一般根據(jù)潔凈室的空氣潔凈度級別和生產(chǎn)工藝的特殊要求，進(jìn)行合理化選用與配置。

A．對于1000---10萬級的潔凈室凈化系統(tǒng)，通常采用三級空氣過濾形式，即粗效、中效和過濾器；粗效、中效一般放在空氣處理裝置中，且將中效過濾器放在正壓段，亞或過濾器一般位于凈化空調(diào)系統(tǒng)的末端。

B．對于100---1000級的凈化空調(diào)系統(tǒng)，通常在新風(fēng)處理裝置中設(shè)置粗效、中效、亞過濾器，在潔凈室循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)中，還要設(shè)置過濾器或超過濾器；一般地過濾器位于凈化空調(diào)系統(tǒng)的末端，即位于潔凈室的頂棚上；對于超過濾器，則必須設(shè)在凈化空調(diào)系統(tǒng)的末端，以確保所需的空氣潔凈度級別要求。

3．當(dāng)已知整個(gè)凈化系統(tǒng)的空氣處理風(fēng)量時(shí)，可根據(jù)所選過濾器的額定風(fēng)量，確定所需過濾器的個(gè)數(shù)。

三、空氣過濾器的使用場合及過濾范圍

1．粗效過濾器

主要用于凈化空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)進(jìn)口處作預(yù)過濾器，截留大氣中的大粒徑微粒。過濾對象是大于5μm以上的懸浮微粒和10μm以上的沉降性微粒以及各種異物，防止其進(jìn)入系統(tǒng)。濾材一般為噴膠棉、滌綸無紡布、聚丙烯纖維。其過濾效率以過濾≥5μm粒子為準(zhǔn)。

2．中效空氣過濾器

由于其前面已有預(yù)過濾器截留了大粒徑微粒，它又可以作為一般空調(diào)系統(tǒng)的zui后過濾器和凈化空調(diào)系統(tǒng)中、過濾器的預(yù)過濾器。濾材一般為滌綸無紡布、聚丙烯纖維、玻璃纖維。

主要用于截留1—10μm懸浮微粒，效率以過濾≥1μm粒子為準(zhǔn)。

3．高中效過濾器

可用做一般凈化程度的系統(tǒng)末端過濾器，也可以做為過濾器的中間過濾器；濾材一般為滌綸無紡布、聚丙烯纖維、玻璃纖維。

主要用于截留1---5μm粒子，效率以過濾≥1μm粒子為準(zhǔn)。

4．亞過濾器

主要作為潔凈室末端過濾器，也可做為過濾器的預(yù)過濾器和新風(fēng)系統(tǒng)的末級過濾，提高新風(fēng)的品質(zhì)。濾材一般為聚丙烯纖維、玻璃纖維。主要用于截留1μm以下的粒子，效率以過濾≥0.5μm粒子為準(zhǔn)。

5.過濾器(超過濾器)

主要是潔凈室的末端過濾器，以保證實(shí)現(xiàn)各級潔凈度的級別。

其效率以過濾≥0.5μm粒子為準(zhǔn)。濾材一般為超細(xì)玻璃纖維。

四、空氣過濾器的不同效率表示方法

當(dāng)被過濾氣體中的含塵濃度以計(jì)重濃度表示時(shí)，則效率為計(jì)重效率；以計(jì)數(shù)濃度表示時(shí)，則效率為計(jì)效效率；以其它物理量作相對表示時(shí)，則為比色效率或濁度效率等。

zui常用的表示方法是用過濾器進(jìn)出口氣流中的塵粒濃度表示的計(jì)數(shù)效率。

1．在額定風(fēng)量下，按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14295-93《空氣過濾器》及GB13554-92《空氣過濾器》的規(guī)定，不同過濾器的效率范圍如下：

粗效過濾器，對≥5微米粒子，過濾效率80＞E≥20，初阻力≤50Pa

中效過濾器，對≥1微米粒子，過濾效率70＞E≥20，初阻力≤80Pa

高中效過濾器，對≥1微米粒子，過濾效率99＞E≥70，初阻力≤100Pa

亞過濾器，對≥0.5微米粒子，過濾效率E≥95，初阻力≤120Pa

過濾器，對≥0.5微米粒子，過濾效率E≥99.99，初阻力≤220Pa　

超過濾器,對≥0.1微米粒子，過濾效率E≥99.999，初阻力≤280Pa

2.由于現(xiàn)在許多企業(yè)選用的是進(jìn)口的過濾器，而它們表示效率的方法與國內(nèi)的不同，為便于比較，將它們之間的換算關(guān)系列表如下：

按歐洲標(biāo)準(zhǔn)，粗效過濾器分為四級（G1~~G4）：

G1效率對粒徑≥5.0μm,過濾效率E≥20%(對應(yīng)美國標(biāo)準(zhǔn)C1)

G2效率對粒徑≥5.0μm,過濾效率50＞E≥20%(對應(yīng)美國標(biāo)準(zhǔn)C2~C4)

G3效率對粒徑≥5.0μm,過濾效率70＞E≥50%(對應(yīng)美國標(biāo)準(zhǔn)L5)

G4效率對粒徑≥5.0μm,過濾效率90＞E≥70%(對應(yīng)美國標(biāo)準(zhǔn)L6)

中效過濾器分為兩級(F5~~F6)：

F5效率對粒徑≥1.0μm,過濾效率50＞E≥30%(對應(yīng)美國標(biāo)準(zhǔn)M9、M10)

F6效率對粒徑≥1.0μm,過濾效率80＞E≥50%(對應(yīng)美國標(biāo)準(zhǔn)M11、M12)

高中效過濾器分為三級（F7~~F9）：

F7效率對粒徑≥1.0μm,過濾效率99＞E≥70%(對應(yīng)美國標(biāo)準(zhǔn)H13)

F8效率對粒徑≥0.5μm,過濾效率90＞E≥75%(對應(yīng)美國標(biāo)準(zhǔn)H14)

F9效率對粒徑≥0.5μm,過濾效率99＞E≥90%(對應(yīng)美國標(biāo)準(zhǔn)H15)

亞過濾器分為兩級(H10、H11)：

H10效率對粒徑≥0.5μm,過濾效率99＞E≥95%(對應(yīng)美國標(biāo)準(zhǔn)H15)

H11效率對粒徑≥0.5μm,過濾效率99.9＞E≥99%(對應(yīng)美國標(biāo)準(zhǔn)H16)

過濾器分為兩級(H12、H13)：

H12效率對粒徑≥0.5μm,過濾效率E≥99.9%(對應(yīng)美國標(biāo)準(zhǔn)H16)

H13效率對粒徑≥0.5μm,過濾效率E≥99.99%(對應(yīng)美國標(biāo)準(zhǔn)H17)