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    空氣過濾器的過濾理論
    來源:http://www.zhibo1473.com/  發布時間:2012-09-30 07:51:28  點擊數:5743

    空氣過濾器的過濾理論
    空氣過濾器平時是怎么過濾塵埃的呢,相信大部分人都比較感興趣,其實空氣過濾器和水過濾器一樣,都要利用某些介質來對空氣進行過濾,下面RFILTER就介紹一下空氣過濾器的過濾原理供大家參考:

    一、引言
     
      空氣是維持生命存在的保障,工業生產的迅猛發展造成空氣中含有大量的有害氣體和細小的懸浮顆粒物,削減空氣中懸浮顆粒物的排放量對于環境保護、保障人體健康是至關重要的,空氣質量已成為全世界關注的焦點,因此,空氣過濾技術的研究及發展日趨重要。
     
      空氣過濾即氣濾是指將空氣中的污染粒子接近完全地去除,它比“空氣凈化”又進一步,空氣凈化適用于許多工業過程中對污染空氣的處理要求不太嚴格的場合??諝膺^濾技術是近百年來隨著科學技術和現代化工業的發展而逐步形成的一門綜合技術,它的主要任務是應用空氣凈化設備控制粉塵微粒的污染或通過空氣循環過濾將空氣的懸浮顆粒物捕集,以便回收利用和保護環境及人類的身體健康,它在空調通風除塵及其它領域得到了廣泛應用。
     
      近年來,空氣過濾技術在濾料的研制及開發,過濾機理的研究及過濾設備的開發與應用取得發展,因此,本文主要介紹了空氣過濾技術近幾年來國內外的發展狀況及取得的成果,提出空氣過濾技術的研究及發展有待研究解決的問題。
     
    二、濾料及過濾器的研究與發展
     
    1、我國濾料及過濾器的發展及應用
     
      濾料是可將分散于彌散的流體中的固體顆料分離出來的多孔材料,彌散的介質可以是氣體或液體,濾料決定著過濾過程的結果和效益,它的發展決定著空氣過濾技術的發展,它廣泛地應用于室內外空氣質量品質的控制。此外,在空調的新風過濾,循環空氣的處理及利用,環境保護及機械、電力、煤炭、陶瓷、化工、醫藥、輕工、化肥、農藥、糧食加工、港口運輸、交通筑路等各行各業都需廣泛使用過程過濾技術和合纖濾料。濾料的種類有:纖維濾料、微孔濾膜及覆膜濾料。
     
      我國濾料生產發展迅速,50年代初,我國還沒有濾料生產廠,市場上也沒有專用的濾料產品,60年代逐步將化纖紡織品作為過濾介質,應用到工業各個領域中,滿足不同行業的需要,做各種不同用途的過濾材料,化纖過濾布具有耐酸,耐堿,強力高,纖維光潔等特性。70年代未,國產濾料208滌綸絨布的誕生為過濾技術推廣應用提供了第一批濾料,80年代又仿照日本產品開發了729聚酯機織濾料,并專為過濾除塵的需要研制出針刺氈濾料,提高了袋式除塵器的濾塵效率。90年代中期,我國科技人員開發成功覆膜濾料,即采用特殊工藝,將聚四氟乙烯微孔薄膜復合在機織布,非織造布濾料或玻璃纖維濾料上,該濾料過濾時形成一次粉塵層,實現了表面過濾,為高效低阻和節能提供了優質過濾材料
     
      目前濾料的發展趨勢是:(1)將由二維結構的機織過濾布向三維結構的非織造過濾布方向發展;將由短纖纖化機織過濾布向長絲過濾布發展;復絲加捻過濾布向單絲過濾布發展。(2)常規化纖過濾布向高性能多功能、高質量的過濾布方向發展,合纖濾料向覆膜濾料方向發展
     
      目前,我國多數合纖濾料生產企業后整理和復合設備還不夠完善,使產品的品種和性能開發受到一定限制,一些特殊用途的濾料的不得不依靠進口。因此,今后應對現有濾料進行后整理,并應用復合工藝技術,研制及開發新型濾料,提高國產濾料的性能,形成針對性和適用性強的產品。
     
      空氣過濾技術是通過將濾料制成不同形式的過濾器實現空氣過濾,為增加過濾器有效面積、優化過濾性能,空氣過濾器的結構形式已由原單一的單板形式發展到褶狀板形或筒形、長園柱形、堆疊園盤形及矩陣形。國產高效過濾器誕生于1964年,80年代初,國外過濾器開始進入我國,它促進了我國過濾器地發展,近年來,國內已開始研究國產駐極體靜電空氣過濾器,所謂駐極體是指具有長期儲存電荷的電解質材料,即采用一些方法使纖維長期具有電荷,利用靜電捕集機理通過過濾器捕集效率。但目前國內過濾器地生產存在生產標準和檢測標準不統一、效率測試方法不嚴格、產品規格花樣繁多及尺寸不統一等問題,同時,國產亞高效、超高效過濾器有待開發,在微電子及精密機械行業,高效過濾器地凈化效果已無法滿足要求【6】。這些問題需采用規范管理及增加研究投入的辦法去進一步地加以完善解決?,F在空氣過濾器常應用于住宅、辦公、商業及工業建筑的潔凈室;HVAC系統;激光外科手術應用;空調器等場合。
     
    2、國外濾料及過濾器發展狀況
     
      國外過濾材料開發的新動向為:向非織造布過濾材料,復合膜技術的過濾材料方面發展;向采用高技術高性能的玻璃纖維、聚四氟乙烯、芳香族聚酰胺纖維、碳纖維、金屬纖維等材料開發高功能的過濾材料方向發展
    【4】。
      國外在過濾材料研究生產應用,都已形成一個較完整的系統,每個濾布材料性能,通氣性能、強力、截留粒子能力,都有一套完整的測試和試驗手段,新材料開發的濾布不斷增加,為了減少清灰阻力,國外已從織布類濾料開始向纖維柵類濾料過渡,纖維柵類濾料是將長纖維上下縱向布置形成一根的柵欄,當一層柵欄過濾效果不理想時,再加另一層柵欄,直至達到理想的過濾效果。為了減少粉塵泄漏,提高過濾性能,降低成本,延長使用壽命,將細直徑的玻璃纖維與耐高溫的合成纖維優勢互補制成復合針刺氈濾料。近年來,國外在過濾技術方面,隨著高科技的介入,紡織新材料的發展,過濾技術已向醫療、提取新材料等高新技術領域發展。
      在空氣過濾器發展方面:近年來,駐極體靜電空氣過濾器為國外應用較多的高性能空氣過濾器,一些發達國家如美日等國,前幾年來已開發出生產64MD級別以上半導體元件的空氣過濾效率達99.999999%(0.12~0.17μm)以上的超高效空氣過濾器,國內企業在這方面距國外有很大差距。
    三、空氣過濾理論的研究與發展
      空氣過濾技術的發展離不開空氣過濾理論的研究與發展,理論的發展與進步,推動空氣過濾技術的發展。
      過濾理論,特別是空氣過濾理論的研究早在上世紀已經開始,而空氣過濾器的研制與發展只有近20多年的歷史,過濾理論由早期的經典過濾理論發展到現代過濾理論及微孔過濾理論。
      對微細顆粒運動規律的最早認識起源于1800年初期,當時植物學家Rebert Brown觀察了微細顆粒懸浮在液體中的運動(布朗運動),1922年Freundlich發展了對氣溶膠過濾規律的認識,提出在0.1~0.2μm半徑范圍內氣溶膠顆粒存在最大滲透率。然而,1931年Albrecht率先對氣流通過單一圓柱纖維運動進行了研究,建立了Albrecht理論,隨后Sell(1931)對其進行了必要的改進[8]。
      1936年Kaufmann首先把布朗運動和慣性沉淀的概念一同應用到纖維過濾理論中,推導出過濾作用的數學公式。1942年Langmuir繼續對過濾理論進行研究,認為過濾是截留和擴散的集合及慣性粒子在過濾纖維上的沉淀是可以忽略的[9]。
      1952年C.N. Davies(戴維斯)把擴散、截留和慣性三種機制結合起來并用公式表示出來,從而建立了新的過濾理論---孤立纖維理論[10]。1958年Friedlander[11]及1967年Yoshioka和他的同事發展了獨立纖維理論,他們對較大Reynold數情況下顆粒的慣性和擴散沉積及包括重力效應和過濾器阻塞現象[12][13]進行了研究和總結。1967年Pickaar和Clarenburg試圖提出一個纖維過濾器微孔結構的數學理論,1987年Pich和1993年Brown在其專著中描述了過濾理論的最新發展。
      早期的經典過濾理論主要以“單一纖維模型”為基礎,認為,過濾效率由三種機制決定:(1)慣性效應,(2)截留效應(3)擴散效應。整個顆粒的捕集依靠多種捕集機理的聯合作用。
      現代過濾理論證明了慣性沉淀的正確性和最大穿透力粒子的存在,認為過濾效率是截留效應、布朗擴散效應、重力效應、沉淀效應與壓力效應的集合。過濾可能存在的機理:(1)攔截、(2)慣性碰撞、(3) 擴散、 (4 )靜電效應、(5) 庫侖吸引一排拆、(6)映像力、(7) 電泳力、(8) 沉淀(重力)。這方面具備代表性的是C.N. Davies(戴維斯)的過濾理論與S.Kuwarbara(庫韋巴拉,1959)的流場分布。
      1992年Payet;Gougeon和Attoui[14]也考慮了氣體在單一纖維上的滑動,對經典理論引入修正系數,使得理論與實驗數據更好地吻合。1995年Rosnert[13]提出分散在單一纖維體表面的顆粒以不規則的分布和常常形成樹枝狀結構為特征,建立了最新改善的理論和顆粒在單一纖維體上的空間分布,利用此理論和計算程序可預測顆粒的沉積。
      2001年D.Thomas等對過濾器產生阻塞的情況下,進行了空氣過濾的理論與實驗研究,提出了過濾器在濾餅存在的情況下,過濾效率及壓力損失的計算模型[15],近幾年來,國外許多學者對空氣過濾器在積塵情況下的效率性能及濾餅的形成和機理進行了理論實驗及模擬研究,取得了一定的成果

    四、結語
      過濾理論的研究目前尚不完善,國內有關過濾機理的研究文獻很少,不同結構過濾器的捕集效率和壓力損失的理論計算;空氣及顆粒參數對捕集效率及壓力損失影響;過濾器的負荷特性對捕集效率及壓力損失影響及濾料的結構特性對捕集效率及壓力損失影響等問題,有待研究解決,因此,進一步研究過濾理論對空氣過濾技術的發展具有重大意義和應用價值。

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