Принципы удаления пыли HEPA: от перехвата до электростатической адсорбции

Частицы пыли в воздухе обычно подвергаются инерциальному движению или нерегулярному броуновскому движению под действием сил воздушного потока или находятся под влиянием внешних силовых полей, таких как электрические или магнитные поля. Когда частицы вступают в контакт с волокнами фильтрующей среды, межмолекулярные силы притяжения заставляют их прилипать к поверхностям волокон. Поскольку частицы проникают в фильтрующую среду, частые столкновения и удары увеличивают их возможности взаимодействия с волокнами, что в конечном итоге приводит к эффективному захвату. Более крупные частицы могут образовывать агломераты при столкновении и оседать на поверхности среды, тем самым повышая эффективность фильтрации.

Важно отметить, что волокнистые фильтры не являются простыми сито-подобными структурами. Они не полагаются на размер пор, чтобы непосредственно отфильтровывать частицы, а вместо этого достигают высокоэффективного удаления пыли с помощью нескольких физических механизмов.

Частицы пыли демонстрируют различные характеристики движения в воздушном потоке:

• Крупные частицы (> 0,3 мкм): в основном под влиянием инерционных сил. Когда воздушный поток перемещается вокруг волокон в фильтрующей среде, крупные частицы не могут следовать измененному пути воздушного потока из-за инерции, заставляя их сталкиваться и прилипать к поверхности волокна.
• Малые частицы (<0,1 мкм): управляются броуновским движением. Их легкая масса и неустойчивые траектории приводят к увеличению частоты столкновений с волокнами, тем самым повышая эффективность фильтрации.
• Средние частицы (0,1-0,3 мкм): пребывают в переходной зоне между инерционным доминированием и броуновской диффузией, что приводит к относительно низкой эффективности фильтрации. Частицы в этом диапазоне обычно используются в качестве критического показателя для оценки производительности высокоэффективных фильтров.

В некоторых случаях фильтрующие материалы или частицы могут нести заряд, что приводит к эффектам электростатической адсорбции: заряженные частицы изменяют свои траектории под действием электростатических сил, увеличивая вероятность их столкновения с волокнами; Фильтрующие материалы, такие как «электретные» материалы, демонстрируют улучшенные возможности захвата частиц, значительно повышая эффективность фильтрации без повышения сопротивления воздушному потоку. Электростатический эффект служит дополнительным механизмом в процессе фильтрации и напрямую не диктует эффективность фильтрации.

Для более крупных частиц (обычно выше 0,5 мкм) гравитационные силы заставляют их отклоняться от линий потока воздуха и оседать на поверхности волокон при прохождении через фильтрующую среду. Этот эффект выражен для более крупных частиц, но становится незначительным для тех, которые меньше 0,5 мкм. Поскольку частицы размером менее 0,5 мкм переносятся воздушным потоком до того, как произойдет гравитационное осаждение, этот механизм вносит минимальный вклад в фильтрацию ультратонких частиц.

Химические фильтры в основном очищают воздух, адсорбируя молекулы вредных газов.

• Физическая адсорбция: Использует такие материалы, как активированный уголь, микропористая структура которого обеспечивает исключительно большую удельную площадь поверхности. Например, активированный уголь размером с рисовое зерно может иметь внутреннюю площадь поверхности микропор в десятки квадратных метров. Когда молекулы вредных газов контактируют с активированным углем, они захватываются и иммобилизуются в микропорах посредством капиллярного действия или процессов физической адсорбции.
• Химическая адсорбция: Использует специально обработанные адсорбенты для запуска химических реакций с вредными веществами, превращая их в безвредные соединения или твердые остатки.

Важно отметить, что адсорбционная способность активированного угля постепенно уменьшается с течением времени. Как только насыщение достигнуто, фильтр необходимо заменить или регенерировать. Физическая адсорбция может быть регенерированной путем нагрева или обработки паром, тогда как химическая адсорбция обычно требует более сложной обработки.