室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù)4章(微?？刂茩C(jī)理與方法)課件

室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù)第四章：空氣中微?？刂茩C(jī)理與方法室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù)第四章：空氣中微?？刂茩C(jī)理與方法空氣中懸浮的微粒污染將直接影響到各生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品的質(zhì)量。良好的生產(chǎn)環(huán)境是保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的必要條件。為了有效控制空氣中微粒對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的污染,必須對(duì)空氣中微粒的類型、微粒運(yùn)動(dòng)特性、分布規(guī)律及其影響因素等全面了解,在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的控制方法與策略。本章節(jié)針對(duì)上述內(nèi)容討論空氣中微?？刂埔恍┗纠碚摵头椒ā８攀觯旱谒恼拢嚎諝庵形⒘？刂茩C(jī)理與方法空氣中懸浮的微粒污染將直接影響到各生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品的質(zhì)微粒控制技術(shù)基礎(chǔ)4.1微?？刂萍夹g(shù)4.2空氣過濾器及其應(yīng)用4.3靜電過濾技術(shù)4.4第四章：空氣中微粒控制機(jī)理與方法微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)4.1微?？刂萍夹g(shù)4.2空氣過濾器及其應(yīng)用4由ISO中指出,氣溶膠系指沉降速度可以忽略的固體粒子、液體粒子或固體和液體粒子在氣體介質(zhì)中的懸浮體。概述：4.1微粒控制技術(shù)基礎(chǔ)了解空氣中微粒的特性,及其在空氣中如何運(yùn)動(dòng)及其分布規(guī)律是空氣潔凈技術(shù)(微?？刂?的重要基礎(chǔ)。微粒:氣溶膠狀態(tài)污染物俗稱為微粒。由ISO中指出,氣溶膠系指沉降速度可以忽略的固體粒子1.微粒的分類1)按微粒來源分類①無機(jī)性微粒:如金屬塵粒、礦物塵粒和建材塵粒等。②有機(jī)性微粒:如植物纖維;動(dòng)物毛、發(fā)、角質(zhì)、皮屑;化學(xué)染料和塑料等。③生物微粒:如各種藻類、菌類、原生動(dòng)物和病毒等。2)按微粒形成方式分類

①分散性微粒:系指固體或液體在分裂、破碎、氣流和振蕩等作用下變成懸浮狀態(tài)的粒子。②凝結(jié)性微粒:指通過燃燒、升華、蒸氣凝結(jié)及氣體反應(yīng)而形成的粒子。3)按微粒大小分類

微粒大小為10-7～10-1cm,隨著微粒大小的變化,其物理性質(zhì)和規(guī)律都將發(fā)生變化。

①可見微粒:肉眼可見,微粒直徑大于10μm。②顯微微粒:在普通顯微鏡下可以看見,微粒直徑為0.25～10μm。③超顯微微粒:在超顯微鏡或電子顯微鏡下可以看見,微粒直徑小于0.25μm。4.1.1微粒的類型、粒徑及其統(tǒng)計(jì)分布4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)1.微粒的分類1)按微粒來源分類2)按微粒形成方式分類①分在ISO14644－1標(biāo)準(zhǔn)中,將微粒直徑為0.1～0.5μm的稱為微粒,將微粒直徑小于0.1μm的稱為超微粒,而將直徑大于0.5μm的稱為大粒子。4)按微粒通俗分類①灰塵:包括所有固體分散性微粒。這類微粒在空氣中的運(yùn)動(dòng)受到重力、擴(kuò)散等多種因素的作用,它是空氣潔凈技術(shù)接觸最多的一種粉塵微粒。②煙:包括所有固態(tài)凝結(jié)體微粒以及液態(tài)粒子和固態(tài)粒子因凝結(jié)作用而產(chǎn)生的微粒,還有從液態(tài)過渡到結(jié)晶態(tài)粒子而產(chǎn)生的微粒。一般情況下,煙的微粒大小遠(yuǎn)在0.5μm以下(如香煙的煙、木材的煙、油煙、煤煙等),在空氣中主要做布朗運(yùn)動(dòng),有相當(dāng)強(qiáng)的擴(kuò)散能力。在靜止空氣總很難沉降。③霧:包括所有液態(tài)分散性微粒和液態(tài)凝集性微粒。其微粒大小因生成狀態(tài)而異,介于0.1～10μm之間。微粒運(yùn)動(dòng)性質(zhì)主要受斯托克斯定律支配。例如,從SO2氣體產(chǎn)生的硫酸霧,因加熱和壓縮空氣的作用產(chǎn)生油霧。④煙霧:包括液態(tài)和固態(tài),既含有凝集性微粒,又含有分散性微粒。微粒大小從十分之幾微米到幾十微米。4.1微粒控制技術(shù)基礎(chǔ)圖4.1為氣溶膠微粒的大小和范圍。在ISO14644－1標(biāo)準(zhǔn)中,將微粒直徑為0.1～0圖4.1微粒的大小和范圍4.1微粒控制技術(shù)基礎(chǔ)圖4.1微粒的大小和范圍4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)2.微粒粒徑1)單一微粒粒徑在潔凈技術(shù)中,粒徑是指通過微粒內(nèi)部的某個(gè)長(zhǎng)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”。粒徑的確定可分為2大類：一類是按微粒幾何性質(zhì)直接進(jìn)行測(cè)定和定義的，如顯微鏡法確定的粒徑；另一類是按微粒某種物理性質(zhì)間接進(jìn)行測(cè)定和定義的。如采用光電法、沉降法確定的直徑，實(shí)際上是一種當(dāng)量直徑或等價(jià)直徑。①顯微鏡觀測(cè)法用顯微鏡測(cè)定時(shí),可采用以下3種方法表示,如圖4.2所示:(1)定向直徑dF;(2)定向面積等分直徑dM;(3)投影圓直徑dH

。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)2.微粒粒徑1)單一微粒粒徑在潔凈技術(shù)中,粒徑是指通圖4.2用顯微鏡觀察粒徑的3種方法沉降直徑dS表示在靜止空氣中沉降速度與所測(cè)微粒沉降速度相等的、具有和微粒相同密度的球體直徑?？諝鈩?dòng)力學(xué)直徑da表示在空氣中與微粒的沉降速度相等的單位密度的球的直徑。若用表示微粒單位密度,則da為：②沉降法4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)圖4.2用顯微鏡觀察粒徑的3種方法沉降直徑dS表示在靜③光散射法用光散射式粒子計(jì)數(shù)器測(cè)定時(shí),可得到等體積直徑de,表示與微粒體積相等的球的直徑。若微粒體積為V，則de為:2)平均粒徑氣溶膠粒子是粒徑不等的粒子集合體,由于微粒的形狀各不相同，為了簡(jiǎn)便地反映所研究的粒子群的全部粒子的粒徑特征,通常用“平均粒徑”的概念。算術(shù)平均粒徑：式中:d--粒子直徑；n--粒子個(gè)數(shù)。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)③光散射法用光散射式粒子計(jì)數(shù)器測(cè)定時(shí),可得到等體積表4.1平均粒徑的計(jì)算公式4.1微粒控制技術(shù)基礎(chǔ)表4.1平均粒徑的計(jì)算公式4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)3.粒徑分布在空氣潔凈技術(shù)中,經(jīng)常要接觸許多關(guān)于微粒大小的數(shù)據(jù),盡管微粒大小的數(shù)據(jù)看上去是雜亂無章的,但通過對(duì)這些微粒數(shù)據(jù)做一番科學(xué)的整理分析,就可找出微粒按粒徑分布和按密度分布的規(guī)律,從而可為測(cè)塵、防塵、除塵和凈化采取技術(shù)措施提供理論依據(jù)。表4.2給出了以粒數(shù)分布表示的微粒頻率分布。表4.2頻率分布4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)3.粒徑分布在空氣潔凈技術(shù)中,經(jīng)常要接觸許多關(guān)于微粒圖4.3粒徑相對(duì)頻率分布圖4.3給出了微粒分布的頻率。圖中虛線則為由直方圖光滑后的粒徑分布曲線。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)圖4.3粒徑相對(duì)頻率分布圖4.3給出了微粒分布的頻4.1.2室內(nèi)微粒運(yùn)動(dòng)特性及影響因素1.微粒運(yùn)動(dòng)特性微粒伴隨著氣流力、慣性力、沉降和擴(kuò)散而運(yùn)動(dòng)。作用于微粒上的力大致可分為:①質(zhì)量力；②分子作用力；③場(chǎng)力(如電磁場(chǎng)力、濃度、溫度場(chǎng)力等)；④粒子間的吸引力；⑤氣流力。對(duì)于潔凈室的污染控制來說,

氣流力(這里是指送、回風(fēng)氣流和熱對(duì)流及人工攪動(dòng)引起的氣流力等)的影響因素最大；其次為質(zhì)量力(重力、慣性力)、分子擴(kuò)散力。

1)微粒的重力沉降作用

圖4.4為空間中的微粒,將受到重力F1、浮力F2和介質(zhì)阻力F3的共同作用。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)4.1.2室內(nèi)微粒運(yùn)動(dòng)特性及影響因素1.微粒運(yùn)動(dòng)特性當(dāng)阻力、浮力、重力平衡,即F1-F2=F3時(shí),微粒達(dá)到等速沉降,此時(shí)的速度v=vs,稱vs為沉降速度或斯托克斯速度(m/s),可由斯托克斯速度式求出：式中：

—微粒直徑(m);

—微粒和空氣的密度(kg/m3);

—阻力系數(shù)。取決于微粒在氣流中的流動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于非球形微粒,當(dāng)達(dá)到等速沉降時(shí),其沉降速度vs(cm/s)(斯托克斯速度)可簡(jiǎn)化為：式中,在氣溶膠技術(shù)中一般設(shè)=1000kg/m3,而對(duì)大氣塵微粒一般設(shè)=2000kg/m3,若以大氣塵微粒密度為例,則可得到vs與關(guān)系式:圖4.4球形微粒沉降時(shí)受到的力4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)當(dāng)阻力、浮力、重力平衡,即F1-F2=F3時(shí),微粒達(dá)從計(jì)算結(jié)果可以得出,對(duì)于＝1μm的微粒,vs＝0.006cm/s,從工作區(qū)(離地面0.8m)降到地面就需4h;而對(duì)于0.5μm以下的微粒,其擴(kuò)散距離接近甚至超過了沉降距離,所以就更不容易沉降了。因此,重力沉降作用對(duì)極小微粒不會(huì)有多大影響。2)慣性力對(duì)微粒運(yùn)動(dòng)的影響微粒在慣性力作用下的運(yùn)動(dòng),就是在獲得初速度后,外力隨即消失而只依靠慣性力作用下的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)t→∞時(shí),即可求得穩(wěn)定時(shí)微粒慣性運(yùn)動(dòng)距離SR為：根據(jù)牛頓定律,結(jié)合斯托克斯方程即可推導(dǎo)出微粒運(yùn)動(dòng)與時(shí)間t的關(guān)系式為：4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)從計(jì)算結(jié)果可以得出,對(duì)于＝1μm的微粒,vs＝0式中：

—微粒獲得的初速度,cm/s;

C—微粒滑動(dòng)修正系數(shù),其值隨粒徑增大而減小;

—表征微粒從某一初始穩(wěn)定狀態(tài)變化到某一終了穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間。在氣溶膠力學(xué)中被稱為“張弛時(shí)間”。表4.3給出了微粒在慣性力作用下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。表4.3在慣性力作用下(2000C)時(shí)微粒(=2g/cm3)的水平運(yùn)動(dòng)距離由表中可見,以1000cm/s的初速度被拋射出去的微粒,由于速度迅速衰減,所以微粒水平運(yùn)動(dòng)的距離極短,單靠機(jī)械力飛揚(yáng)是不大現(xiàn)實(shí)的。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)式中：—微粒獲得的初速度,cm/s;表4.3給出了微3)微粒的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)空氣中的微粒由于與做布朗運(yùn)動(dòng)的空氣分子相撞擊而產(chǎn)生顯著不均衡位移,如圖4.5所示。圖4.5分子和微粒的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)微粒擴(kuò)散的平均位移量為：

式中：t—時(shí)間，s；D—微粒的分子擴(kuò)散系數(shù)，cm2/s。4.1微粒控制技術(shù)基礎(chǔ)3)微粒的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)空氣中的微粒由于與做布朗運(yùn)動(dòng)的空氣表4.4給出了不同粒徑的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)距離。表4.4t=1s的微粒擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)距離從表中可見,微粒單依靠擴(kuò)散而運(yùn)動(dòng)的距離是微不足道的。4)微粒在表面上的沉積微粒在表面上的沉積分室內(nèi)有送風(fēng)和無送風(fēng)2種情況，前者比后者的表面沉積要大得多，且有送風(fēng)的潔凈環(huán)境相對(duì)無送風(fēng)情況多得多。所以，這里只介紹前一種情況。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)表4.4給出了不同粒徑的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)距離。表4.4t=1s的微粒在送風(fēng)室內(nèi)表面上的沉積的計(jì)算，日本學(xué)者菅原文子等曾給出了簡(jiǎn)化計(jì)算公式：式中：Ng——

沉積在表面上的微粒數(shù)；f

——

沉積面積；t——

沉積的時(shí)間；N

——

潔凈室的含塵濃度。上式中，只考慮了微粒的沉降沉積的作用，而在實(shí)際的送風(fēng)室內(nèi)，氣流中的微粒是通過多種途徑沉積到平面上的，除沉降沉積外，還有慣性沉積、攔截沉積、擴(kuò)散沉積等因素的影響，考慮到這些因素的影響，對(duì)上式進(jìn)行了修正，修正系數(shù)用α表示，則上式變?yōu)椋菏街校害痢拚禂?shù),與粒徑有關(guān)的參數(shù),由表4.5選取。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)微粒在送風(fēng)室內(nèi)表面上的沉積的計(jì)算，日本學(xué)者菅原文子等表4.5α值（≥30cm平面）若假設(shè)潔凈室含塵濃度為N=1000pc/L=1pc/cm3，對(duì)于空氣中0.5μm以上的標(biāo)準(zhǔn)粒徑分布可算出:ds=0.98μm≈1μm，即潔凈室空氣中0.5μm的微粒沉積量,可以看作全都是直徑為1μm的微粒的沉積量。這樣就可以計(jì)算出當(dāng)空氣含塵濃度為1000pc/L,具有0.3m/s氣流速度的潔凈室內(nèi)每小時(shí)每平方厘米面積上總微粒沉積量為：由計(jì)算結(jié)果可知，微粒在垂直表面上的沉積量和在底（平）面上的沉積量相比是很小的，所以對(duì)潔凈室墻面要求用高級(jí)的不銹鋼之類材料是完全沒有必要的。4.1微粒控制技術(shù)基礎(chǔ)表4.5α值（≥30cm平面）若假設(shè)潔凈室含塵濃2.氣流對(duì)微粒運(yùn)動(dòng)的影響從上述的討論中可以看出,微粒在重力、慣性力和擴(kuò)散力作用下,自身運(yùn)動(dòng)的速度和距離是很微小的,對(duì)于1μm微粒來說,其運(yùn)動(dòng)速度在0.004～0.006cm/s,而室內(nèi)氣流的速度(包括熱氣流的對(duì)流速度)則一般在0.1m/s以上。在運(yùn)動(dòng)的氣流中,小微粒幾乎以完全相同的速度跟隨氣流運(yùn)動(dòng),只是相對(duì)于氣流有一個(gè)滯后的時(shí)間,但這對(duì)所研究的問題便沒有影響。所以,在室內(nèi)空氣總微粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)主要是由氣流分布作用決定的,室內(nèi)微粒所受到的氣流的作用主要有:關(guān)于氣流對(duì)微粒運(yùn)動(dòng)影響將在潔凈室單向流特性中介紹。①送風(fēng)氣流(包括一次流和二次流);

②人行走時(shí)引起的氣流;③室內(nèi)熱對(duì)流氣流。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)2.氣流對(duì)微粒運(yùn)動(dòng)的影響從上述的討論中可以看出,微粒4.2微?？刂萍夹g(shù)概述：把固態(tài)或液態(tài)的微粒從氣流中分離出來，一般有4種方法：從空氣潔凈技術(shù)角度看，室內(nèi)空氣中微粒濃度相對(duì)較低，微粒尺寸很小，而且要確保末級(jí)過濾效果，所以主要采用帶有阻隔性質(zhì)的過濾分離來消除氣流中的微粒，其次是電力分離的辦法。①機(jī)械分離;②電力分離;③洗滌分離;④過濾分離。4.2微?？刂萍夹g(shù)概述：把固態(tài)或液態(tài)的微粒從氣流中分離出來4.2.1纖維過濾技術(shù)微粒過濾器可分為2大類：①表面過濾器;②深層過濾器。有金屬網(wǎng)、多孔板、化學(xué)微孔濾膜等形式,空氣中的微粒在表面被捕集。其中微孔濾膜表面帶有大量電荷,均勻的分布著0.1～10μm的小孔，平均1cm2上有107～108個(gè)小孔,孔隙率高達(dá)70～80%。這些孔沿厚度方向可以近似看成毛細(xì)管。比孔徑大的微粒100%被截留于表面,一般認(rèn)為濾膜能截留的最小微粒徑為平均孔徑的1/10～1/15。微孔濾膜具有很高過濾效率,除廣泛用液體過濾外,主要用于小氣量如采樣過濾器;有時(shí)也用于特殊要求的無菌、無塵的末段過濾。1)表面過濾器①高填充率;②低填充率(又稱為低空隙率和高空隙率)。2)深層過濾器4.2微?？刂萍夹g(shù)4.2.1纖維過濾技術(shù)微粒過濾器可分為2大類：①表面過濾填充率α為：高填充率過濾：

填充層具有活性炭層、各種厚度濾紙層、多孔質(zhì)的濾材濾膜等,所形成的微細(xì)孔濾膜相當(dāng)于毛細(xì)管的作用,具有表面捕集和微細(xì)孔內(nèi)部捕集,但主要是后者起作用,微孔濾膜過濾器具有很高的效率,比纖維過濾器可靠,主要用于氣體凈化中無塵無菌的末級(jí)過濾。低填充率過濾器：

包括纖維填充層、無紡布和濾紙的過濾器,雖然這類過濾器內(nèi)部纖維配置也很復(fù)雜,但由于空隙率較大,過濾器阻力較小,效率很高,具有極好的使用價(jià)值,特別在空氣潔凈技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用極廣,所以受到重視。4.2微粒控制技術(shù)填充率α為：高填充率過濾：低填充率過濾器：4.2微?？刂萍?.2.2纖維過濾器的基本過濾過程過濾材料的性質(zhì)、被過濾微粒的性質(zhì)以及他們相互間的作用,對(duì)過濾過程均有極其重要的影響。過濾過程可歸結(jié)為2個(gè)階段。1)穩(wěn)定階段在這個(gè)階段,過濾器對(duì)微粒的捕集效率和阻力是不隨時(shí)間而改變的，而是由過濾器的固有結(jié)構(gòu)、微粒的性質(zhì)和氣流的特點(diǎn)決定。對(duì)于過濾微粒濃度很低的氣流,如在空氣潔凈技術(shù)中過濾室內(nèi)空氣,穩(wěn)定階段對(duì)于過濾器非常重要。2)非穩(wěn)定階段在非穩(wěn)定階段,捕集效率和阻力不取決于微粒的性能,而是隨時(shí)間的變化而變化。主要是隨著微粒的沉積、氣體的侵蝕、水蒸氣的影響而變化。盡管非穩(wěn)定階段與穩(wěn)定階段相比要長(zhǎng)得多,且對(duì)一般工業(yè)用過濾器有決定意義,但是在空氣潔凈技術(shù)中的高效空氣過濾器則意義不大。4.2微粒控制技術(shù)4.2.2纖維過濾器的基本過濾過程過濾材料的性質(zhì)、4.2.3纖維過濾器的過濾機(jī)理根據(jù)對(duì)纖維過濾器研究的結(jié)論,過濾層捕集微粒的作用效應(yīng)至少有5種：1)攔截效應(yīng)對(duì)于粒徑在亞微米范圍內(nèi)的小塵粒,塵粒隨著氣流流線運(yùn)動(dòng),當(dāng)流線緊靠纖維表面時(shí),塵粒由于與纖維表面發(fā)生接觸而被攔截(阻留)下來。2)慣性效應(yīng)微粒隨氣流在纖維層內(nèi)穿過時(shí),其流線要多次的拐彎,在流線拐彎時(shí),微粒由于慣性來不及跟隨流線繞過纖維,因而脫離流線向纖維靠近,并碰撞在纖維上而沉積下來。3)擴(kuò)散效應(yīng)由于氣體分子熱運(yùn)動(dòng),微粒越小,布朗運(yùn)動(dòng)越顯著。對(duì)常溫下0.1μm的微粒每秒鐘擴(kuò)散距離達(dá)17μm,比纖維間距離大幾倍至幾十倍,這就使微粒有更大的機(jī)會(huì)與纖維接觸,并附著在纖維上。微粒越小,過濾速度越低,擴(kuò)散效應(yīng)就越顯著。4.2微粒控制技術(shù)4.2.3纖維過濾器的過濾機(jī)理根據(jù)對(duì)纖維過濾器研究的結(jié)論,4)重力效應(yīng)微粒通過纖維層時(shí),在重力作用下,發(fā)生脫離氣流流線的位移而沉降在纖維表面上,對(duì)于粒徑小于0.5μm的微粒的過濾,重力沉降完全可以忽略。(見圖4.6d)圖4.6纖維過濾器的濾塵機(jī)理5)靜電效應(yīng)當(dāng)含塵氣流通過纖維濾料時(shí),由于氣流摩擦等原因,纖維和微粒都可能帶上電荷,產(chǎn)生吸引微粒的靜電效應(yīng)。(見圖4.6e)

上述各種作用效應(yīng),對(duì)某種微粒的捕集,可能是由于上述5種機(jī)理的共同作用,也可能是由于其中某一種或幾種過濾機(jī)理起主要作用,這主要是由微粒的粒徑、纖維直徑、纖維層的填充率和氣流速度等條件決定的。4.2微?？刂萍夹g(shù)4)重力效應(yīng)微粒通過纖維層時(shí),在重力作用下,發(fā)生脫離4.2.4影響纖維過濾器效率的因素主要因素有：①微粒直徑；②纖維粗細(xì)；③過濾速度；④填充率。1)微粒尺寸的影響由于各種效應(yīng)的作用,粒徑較小的微粒在擴(kuò)散效應(yīng)作用下,在濾材上沉積。當(dāng)粒徑由小到大時(shí),擴(kuò)散效率逐漸下降,攔截、慣性效率逐漸增大;粒徑較大的微粒在攔截和慣性效應(yīng)的作用下在纖維上沉積。與微粒的粒徑有關(guān)的效率曲線就有一個(gè)最低點(diǎn),此點(diǎn)的總效率最低或穿透率最大,出現(xiàn)在0.1～0.4μm,如圖4.7所示。圖4.7效率與粒徑的關(guān)系4.2微?？刂萍夹g(shù)4.2.4影響纖維過濾器效率的因素主要因素有：①微粒直徑；圖4.8給出了直徑微粒1.5μm的玻璃纖維層過濾器的最大穿透率受濾速影響的試驗(yàn)結(jié)果。圖4.8不同濾速時(shí)穿透率和粒徑的關(guān)系2)微粒形狀影響由于球形微粒與纖維濾料接觸時(shí)的接觸面積比不規(guī)則形狀微粒要小,所以實(shí)際上不規(guī)則形狀微粒的沉積幾率較大,球形粒子具有較大穿透率。3)微粒種類影響實(shí)驗(yàn)表明,過濾固態(tài)微粒比過濾液態(tài)微粒效率要高。①固態(tài)微粒的凝聚較液態(tài)顯著；②電荷對(duì)固態(tài)微粒的影響較液態(tài)大；③固態(tài)微粒能明顯增加過濾器負(fù)荷；④液態(tài)微粒被捕集到纖維上時(shí)發(fā)生破損；⑤不同相態(tài)密度上的差異等。其原因歸納起來：4.2微?？刂萍夹g(shù)圖4.8給出了直徑微粒1.5μm的玻璃纖維層過濾器的最大穿透4)過濾速度的影響與最大穿透粒徑一樣,每種過濾器都有最大穿透速度,如圖4.9所示。隨著過濾速度增大擴(kuò)散效率下降,慣性和慣性效率增大,總效率則是先下降隨后上升,即存在一個(gè)最低效率或者最大穿透率的濾速。圖4.10為某單一玻璃纖維的效率和濾速的定量關(guān)系。當(dāng)纖維粒徑為20μm時(shí),0.7μm微粒的最大穿透率在流速為0.8m/s附近,而2μm微粒的這個(gè)數(shù)值則在0.2～0.3m/s。所以,在設(shè)計(jì)過濾器時(shí),應(yīng)根據(jù)需要過濾掉粒徑范圍和纖維直徑選取合理濾速。

圖4.9濾速對(duì)各類效率的影響圖4.10濾速對(duì)單一纖維效率的影響4.2微?？刂萍夹g(shù)4)過濾速度的影響與最大穿透粒徑一樣,每種過濾器都有最大穿透5)纖維填充率的影響實(shí)驗(yàn)證明,若增大纖維濾料的填充率,則纖維層的密實(shí)度隨之增大,纖維間的流速加快,慣性效率和攔截效率都會(huì)提高,擴(kuò)散效率下降,而總效率得到提高。但此時(shí)阻力的增加比總效率的提高要快得多。所以,一般不采用增大填充率來提高過濾效率。6)氣流溫度、濕度、壓力的影響被過濾氣流溫度升高,其擴(kuò)散效率增加,但因溫度的升高,氣體的粘性增大,從而使依靠重力效應(yīng)和慣性效應(yīng)的大微粒的沉積效率下降,同時(shí)也增加了過濾阻力。實(shí)驗(yàn)表明,被過濾氣流的濕度增加,微粒的穿透能力提高,從而降低了過濾效率。由于濕空氣使靜電效應(yīng)消失,布朗運(yùn)動(dòng)減弱,使微粒容易被后來的氣流夾帶繼續(xù)穿透。①t的影響：②ψ的影響：4.2微?？刂萍夹g(shù)5)纖維填充率的影響實(shí)驗(yàn)證明,若增大纖維濾料的填充率被過濾的氣流壓力降低,將使氣流密度減小,空氣分子自由行程變大,從而使擴(kuò)散效應(yīng)、慣性效應(yīng)都增加,而對(duì)攔截效應(yīng)影響不大。若是壓力、溫度同時(shí)增加,由于壓力的增加比溫度的增加給予粘性的影響大得多,所以慣性效率下降。③p的影響：7)容塵量的影響容塵量:是指運(yùn)行中的過濾器終阻力(清洗時(shí)的阻力)達(dá)到其初阻力1倍(或其他倍數(shù))的數(shù)值時(shí)過濾器上的積塵量。4.2微粒控制技術(shù)被過濾的氣流壓力降低,將使氣流密度減小,空氣分子自由4.3空氣過濾器及其應(yīng)用概述：空氣過濾則是應(yīng)用微粒捕集技術(shù)將各種微粒（有生命和無生命的微粒）捕集下來，以滿足室內(nèi)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)工藝對(duì)空氣質(zhì)量的要求以及潔凈間、無菌室等特殊要求。4.3空氣過濾器及其應(yīng)用概述：空氣過濾則是應(yīng)用微粒特性指標(biāo)有4項(xiàng)：①面速或?yàn)V速；②效率；③阻力；④容塵量。1)面速和濾速①面速:指過濾器斷面上通過氣流的速度即：式中:Q—風(fēng)量，m3/h；F—過濾器截面積，即迎風(fēng)面積，m2。面速反映過濾器的通過能力和安裝面積,面速越大,安裝過濾器所需面積越小。所以,面速是反映過濾器結(jié)構(gòu)特性的重要參數(shù)。②濾速:指濾料面積上通過氣流的速度v,即:4.3.1空氣過濾器的特性4.3空氣過濾器及其應(yīng)用特性指標(biāo)有4項(xiàng)：①面速或?yàn)V速；1)面速和濾速①面速:指過濾或式中：—濾料凈面積，即除去黏結(jié)等占去的面積，m2。—濾速，單位一般為L(zhǎng)/（cm2·min）或cm/s；濾速反映濾料的通過能力,特別是反映濾料的過濾性能,過濾器利用的濾速越低,越可獲取較高的過濾效率。高級(jí)或超高級(jí)過濾器的濾速一般為2～3cm/s,亞高效過濾器為5～7cm/s。2)凈化效率凈化效率是表示空氣凈化效果的重要技術(shù)指標(biāo),可用效率、穿透率和凈化系數(shù)來表示。4.3空氣過濾器及其應(yīng)用或式中：—濾料凈面積，即除去黏結(jié)等占去的面積，m2?！獮V速①效率:最常用的表示方法是計(jì)數(shù)效率：

式中:G1、G2—過濾器進(jìn)、出口氣流中微粒的質(zhì)量或數(shù)量,(mg/h或粒/h)；Q

—過濾器的風(fēng)量,(m3/h或L/h);N1、N2—過濾器進(jìn)、出口氣流中的含塵計(jì)數(shù)濃度或計(jì)重濃度,(mg/m3或粒/m3)。②穿透率:即效率的反義詞,用K表達(dá)穿透率:

若比較=0.9999，=0.9998時(shí),看不出差異的實(shí)際意義,但換算成穿透率則有:=0.01%,=0.02%,說明比大1倍,即用這個(gè)過濾器比透過來的微粒多1倍。③凈化系數(shù):凈化系數(shù)用穿透率K的倒數(shù)來表示,即：4.3空氣過濾器及其應(yīng)用①效率:最常用的表示方法是計(jì)數(shù)效率：式中:②穿透率:即效表示經(jīng)過過濾器以后微粒濃度降低的程度。當(dāng)K=0.01%時(shí),=100/0.01=10000,說明過濾器入口和出口的微粒濃度相差1萬倍。④過濾器的串聯(lián)效率:若已知各級(jí)過濾器的過濾器效率為,,…,,則串聯(lián)后的總凈化效率可表示為：

3)阻力空氣過濾器的阻力由2部分組成：濾料阻力的大小與在纖維層中流動(dòng)的氣流狀態(tài)是層流還是紊流有關(guān)。由于纖維極細(xì),濾速很低,Re也很小,因此纖維層內(nèi)的氣流屬于層流。對(duì)于一個(gè)給定的過濾器,其填料層厚度、填充率、纖維直徑、纖維斷面的形狀系數(shù)為定值,此時(shí),濾料阻力可表示為：①濾料的阻力;②過濾器結(jié)構(gòu)的阻力?！?.3空氣過濾器及其應(yīng)用表示經(jīng)過過濾器以后微粒濃度降低的程度。當(dāng)K=0.01式中:A—結(jié)構(gòu)系數(shù)，與纖維層結(jié)構(gòu)特性有關(guān);

v—濾速。圖4.11給出了幾種濾紙(布)的阻力與流量的關(guān)系。圖4.11濾紙(布)的阻力與流量的關(guān)系曲線過濾器的結(jié)構(gòu)阻力與氣流速度不成直線關(guān)系。氣流通過過濾器的濾材和支撐材料構(gòu)成的通路時(shí),迎風(fēng)面風(fēng)速達(dá)到m/s的量級(jí),通常比濾速要大得多。此時(shí)的Re相對(duì)也較大,所以此時(shí)的氣流特征已不是層流,阻力和速度將不成直線關(guān)系,因此,過濾器結(jié)構(gòu)阻力可表示為:式中：B—過濾器結(jié)構(gòu)阻力系數(shù)；

u—過濾器的迎面風(fēng)速；

n—無量綱指數(shù),由試驗(yàn)確定。4.3空氣過濾器及其應(yīng)用式中:A—結(jié)構(gòu)系數(shù)，與纖維層結(jié)構(gòu)特性有關(guān);圖4.11給出了則過濾器的全阻力為：顯然,不同過濾器有不同的A,B值,若以濾速v來統(tǒng)一表示,全阻力可寫成：式中,c,m--經(jīng)驗(yàn)系數(shù)與指數(shù),國(guó)產(chǎn)過濾器c=3～10,m=1.1～1.36。通常把過濾器上沒有積塵的阻力,稱為初阻力;把需要更換或清洗時(shí)過濾器阻力稱為終阻力,對(duì)粗、中效過濾器其終阻力一般為1～2倍初阻力,而高效過濾器的終阻力為初阻力的1倍。4)容塵量及壽命①容塵量：通常將運(yùn)行中的過濾器的終阻力達(dá)到其初阻力1倍(或其他倍數(shù))的數(shù)值時(shí),或效率下降到初始效率的85%以下時(shí)(一般對(duì)預(yù)過濾器來說)過濾器上的積塵量,作為該過濾器的標(biāo)準(zhǔn)容塵量(簡(jiǎn)稱容塵量)。過濾器的容塵量P用下式表達(dá)：4.3空氣過濾器及其應(yīng)用則過濾器的全阻力為：顯然,不同過濾器有不同的A,B值,若以濾式中：P—過濾器上的積塵量，g；T—過濾器的使用時(shí)間，d；N1—過濾器前空氣的含塵濃度，mg/m3；Q

—過濾器的風(fēng)量，m3/h；T—過濾器一天的運(yùn)行時(shí)間，h；η—過濾器的計(jì)重效率。過濾器的容塵量并不與濾料面積成簡(jiǎn)單的正比關(guān)系,各過濾器的單位濾料面積容塵量都不相同。對(duì)于風(fēng)量為1000m3/h時(shí),折疊式無紡布過濾器的容塵量為100g左右,玻璃纖維過濾器為250～350g,高效過濾器為400～500g。即使同類過濾器,若尺寸不同,容塵量也不同。②使用壽命：當(dāng)過濾器在額定風(fēng)量Q0下運(yùn)行,積塵量P從0增加到過濾器的終阻力等于初阻力的既定倍數(shù)(一般為1倍)時(shí),此過濾器不能再使用,其上的積塵量已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)容塵量P0,則過濾器的使用壽命T0為:4.3空氣過濾器及其應(yīng)用式中：P—過濾器上的積塵量，g；過濾器的容塵量并不式中：M—大氣含塵濃度,mg/m3；

Nr—回風(fēng)濃度,對(duì)于濃度最高的10萬級(jí)潔凈室,也不會(huì)超過0.001～0.01mg/m3；s—回風(fēng)量對(duì)送風(fēng)量之比；ηn—過濾器前的新風(fēng)通路上過濾器計(jì)重效率；

ηr—過濾器前的回風(fēng)通路上過濾器計(jì)重效率。若設(shè)P0=450g,M＝0.3mg/m3,＝0.005mg/m3,s＝0.7,＝0.7,＝0.65,t＝24h,(對(duì)高效過濾器),Q0＝1000m3/h,則可求出高效過濾器使用期限為660d,如果每天工作12h,則T0可延長(zhǎng)到1320d,相當(dāng)于3.5a以上。4.3空氣過濾器及其應(yīng)用式中：M—大氣含塵濃度,mg/m3；若設(shè)P0=454.3.2空氣過濾器的分類按過濾器的效率分類:粗效、中效、高中效、亞高效和高效過濾器5種類別。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《高效空氣過濾器》(GB13544-92)把高效過濾器又分為A類、B類、C類和D類4種類型,見表4.7。表4.7我國(guó)空氣過濾器分類性能指標(biāo)類型4.3空氣過濾器及其應(yīng)用4.3.2空氣過濾器的分類按過濾器的效率分類:粗效1)粗效過濾器①濾材:金屬絲網(wǎng)、粗孔無紡布、泡沫塑料等。

②過濾對(duì)象:＞5μm的懸浮微粒;＞10μm的沉降性微粒。注意:凈化空調(diào)用粗過濾器嚴(yán)禁選用浸油過濾器。

2)中效過濾器①濾材:中、細(xì)孔泡沫塑料,中、細(xì)孔無紡布,復(fù)合無紡布或纖維(如玻璃纖維氈)等濾料。②過濾對(duì)象:1～10μm的懸浮性微粒。3)高、中效過濾器①濾材:比中效較細(xì)的材料。②過濾對(duì)象:1～5μm的懸浮性微粒。

這類過濾器可以用作一般凈化程度的系統(tǒng)末端過濾器,或用于保護(hù)高效過濾器而用作中間過濾器。4.3空氣過濾器及其應(yīng)用1)粗效過濾器①濾材:金屬絲網(wǎng)、粗孔無紡布、泡沫塑料等。4)亞高效過濾器①濾材:玻璃纖維濾紙、棉短纖維濾紙。②過濾對(duì)象:<1μm以下亞微粒。它既可以作為潔凈室末端過濾器使用,達(dá)到一定的空氣潔凈度級(jí)別;也可以用作高效過濾器的預(yù)過濾器,進(jìn)一步提高和確保送風(fēng)的潔凈度;同時(shí)還可以作為新風(fēng)的末級(jí)過濾,以提高新風(fēng)品質(zhì)。過濾效率應(yīng)以過濾0.5μm的微粒為準(zhǔn),靜電除塵器也屬于亞高效空氣過濾器。5)高效過濾器①濾材:超細(xì)玻璃纖維紙,合成纖維紙和石棉纖維紙等。②過濾對(duì)象:<0.5μm以下微粒。高效過濾器主要用于潔凈室、潔凈廠房的終端空氣過濾。各類過濾器效率和壓力見表4.7所示。4.3空氣過濾器及其應(yīng)用4)亞高效過濾器①濾材:玻璃纖維濾紙、棉短纖維濾紙。②過濾國(guó)產(chǎn)高效過濾器濾芯結(jié)構(gòu)分為有分隔板過濾器和無分隔板過濾器2類,如圖4.13所示。(a)有分隔板結(jié)構(gòu)(b)無分隔板結(jié)構(gòu)圖4.13高效過濾器外觀圖1-濾紙;2-分隔板;3-外殼4.3空氣過濾器及其應(yīng)用國(guó)產(chǎn)高效過濾器濾芯結(jié)構(gòu)分為有分隔板過濾器和無分隔板過表4.8列出了國(guó)內(nèi)某制造廠生產(chǎn)的無隔板高效過濾器性能表。表4.8無隔板高效過濾器/(m3.h-1)4.3空氣過濾器及其應(yīng)用表4.8列出了國(guó)內(nèi)某制造廠生產(chǎn)的無隔板高效過濾器性能表。表4國(guó)際上通常把末端空氣過濾器分為高效空氣過濾器(HighEfficiencyParticulateairFilter,HEPA)和超低穿透率空氣過濾器(UltraLowPenetratingAirFilter,ULPA)2大類。通常將粒徑不小于0.12μm,效率99.9995％以上的稱為超低穿透率空氣過濾器。對(duì)于空氣過濾器的效率分類方式和規(guī)格性各國(guó)不盡相同,圖4.14是國(guó)產(chǎn)過濾器與其他國(guó)家的對(duì)比情況。在評(píng)價(jià)過濾器效率時(shí),需要注意以下2點(diǎn)：①指明效率檢測(cè)所采用的方法;②確定效率值所對(duì)應(yīng)的粒徑。6)新型空氣過濾器上述5種過濾器都屬于粒子類過濾器,在空氣凈化中主要用于控制空氣中微粒、微生物的濃度。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,尤其是超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)技術(shù)的飛躍發(fā)展,空氣中能夠危害產(chǎn)品質(zhì)量和人員健康的化學(xué)4.3空氣過濾器及其應(yīng)用國(guó)際上通常把末端空氣過濾器分為高效空氣過濾器(Hig污染物或重金屬物質(zhì)日益受到人們的特別關(guān)注。國(guó)際上,把化學(xué)污染物質(zhì)稱為“分子級(jí)污染物”

(AirborneMolecularContamination,AMC),并根據(jù)分子污染的性質(zhì)不同將其分為酸性(MA)、堿性(MB)、可凝性(MC)、參雜性(MD)4種類型,對(duì)每一類型分為5個(gè)污染濃度等級(jí),表6.7。為了控制潔凈室內(nèi)空氣中各類化學(xué)污染物濃度,應(yīng)采用多種污染物控制技術(shù)措施,包括潔凈室建造材料污染物控制、人員污染物控制、原輔材料污染物控制、生產(chǎn)工藝方法污染控制、室內(nèi)外污染物控制等。目前,國(guó)內(nèi)外都在研究開發(fā)各種類型的化學(xué)過濾器。表4.9是日本一家公司生產(chǎn)化學(xué)過濾器技術(shù)數(shù)據(jù)。表4.10化學(xué)過濾器技術(shù)數(shù)據(jù)4.3空氣過濾器及其應(yīng)用污染物或重金屬物質(zhì)日益受到人們的特別關(guān)注。國(guó)際上,把化學(xué)污染4.3空氣過濾器及其應(yīng)用4.3空氣過濾器及其應(yīng)用康斐爾公司生產(chǎn)多種類型的化學(xué)過濾器,見表4.10和表4.11所示。表4.10GigasorbENC化學(xué)過濾器的規(guī)格由于化學(xué)過濾器主要用于處理空氣中有害氣體,因此過濾器自身滋生不能釋放AMC之類的物質(zhì)(包括濾料、分隔線、密封膠及測(cè)試用的粒子殘留物)。目前化學(xué)過濾器常用活性炭作濾料。由于活性炭可能會(huì)散發(fā)顆粒造成二次污染,因此化學(xué)過濾器還必須設(shè)置在高效過濾器前面。4.3空氣過濾器及其應(yīng)用康斐爾公司生產(chǎn)多種類型的化學(xué)過濾器,見表4.10和表4.11表4.11GigasorbENP組合過濾器4.3空氣過濾器及其應(yīng)用表4.11GigasorbENP組合過濾器4.3空氣4.3.3空氣過濾器的選配與應(yīng)用空氣過濾器的選擇應(yīng)根據(jù)潔凈室的空氣潔凈度等級(jí)、產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的特殊要求合理配置和選用。如:對(duì)于6級(jí)(1000級(jí))和比6級(jí)潔凈度差的潔凈室的凈化空調(diào)系統(tǒng)，通常采用3級(jí)空氣過濾,即粗效、中效和高效過濾器;粗效、中效(或高中效)過濾器通常設(shè)在空氣處理裝置(AHU)內(nèi),且將中效或中高效設(shè)在正壓段,亞高效或高效過濾器一般設(shè)在潔凈室內(nèi)凈化空調(diào)系統(tǒng)的末端。對(duì)于5級(jí)(100級(jí))和更嚴(yán)格的潔凈室的凈化空調(diào)系統(tǒng)中空氣過濾器的配置,應(yīng)根據(jù)潔凈室的總體設(shè)計(jì)方案及采用的凈化空調(diào)系統(tǒng)的要求配置各類過濾器。過濾器的風(fēng)量選擇：一般應(yīng)按小于或等于額定風(fēng)量選用。在工程實(shí)際應(yīng)用中,習(xí)慣按低于額定風(fēng)量來選配。4.3空氣過濾器及其應(yīng)用4.3.3空氣過濾器的選配與應(yīng)用空氣過濾器的選擇應(yīng)空氣過濾器在系統(tǒng)位置的設(shè)置:①粗效過濾器設(shè)在空氣處理裝置的進(jìn)口段,用以去除大氣中的微粒和各種污染物等；②中效過濾器集中在系統(tǒng)的正壓段。這是考慮到若設(shè)在負(fù)壓段時(shí),易使沒有經(jīng)過中效過濾器的污染物較多的漏入系統(tǒng)中,增加后續(xù)的高效過濾器的使用壽命；③高效過濾器是實(shí)現(xiàn)潔凈室的關(guān)鍵設(shè)備,宜設(shè)在凈化空調(diào)的末端。一般設(shè)在潔凈室的頂棚上。對(duì)可能產(chǎn)生有害氣體或有害微生物的潔凈室,高效過濾器的設(shè)置應(yīng)盡量靠近潔凈室。以防這些有害污染物污染管道或由于管道漏風(fēng)使未經(jīng)過濾的臟空氣污染生產(chǎn)環(huán)境；④超高效過濾器是控制潔凈室潔凈度的最后一道防線。因此,該設(shè)備必須將其設(shè)置在凈化空調(diào)系統(tǒng)的末端中,以確保潔凈室所要求的空氣潔凈度等級(jí)。4.3空氣過濾器及其應(yīng)用空氣過濾器在系統(tǒng)位置的設(shè)置:①粗效過濾器設(shè)在空氣處理裝置的在凈化空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先根據(jù)用戶的潔凈度要求來確定最末一級(jí)過濾器的效率,然后選擇起保護(hù)作用的過濾器。對(duì)起保護(hù)作用的過濾器統(tǒng)稱為“預(yù)過濾器”。在凈化空調(diào)系統(tǒng)中,預(yù)過濾器匹配的優(yōu)劣,對(duì)潔凈室末端高效過濾器的使用壽命將產(chǎn)生極大的影響。一般來說,高效過濾器的使用壽命為5～15年。若是高效過濾器前一級(jí)的過濾器選擇不當(dāng),則高效過濾器將會(huì)喪失應(yīng)有的功能而報(bào)廢。所以,要妥善匹配各級(jí)過濾器的效率。過濾器效率的匹配,一般應(yīng)遵循2個(gè)基本原則:①相鄰兩級(jí)過濾器的效率規(guī)格選擇不能相差太大。顯然,相鄰的2個(gè)過濾器規(guī)格相差太大,則前一級(jí)起不到保護(hù)作用。②相鄰兩級(jí)的規(guī)格相差不能太小。若太小,則后一級(jí)承擔(dān)凈化負(fù)荷太少,有可能增加所需的過濾器的數(shù)量,增加阻力和能耗。4.3空氣過濾器及其應(yīng)用在凈化空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先根據(jù)用戶的潔凈度要求來綜上所述,凈化空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),對(duì)過濾器的選配要達(dá)到：①末級(jí)過濾器的性能要可靠；②預(yù)過濾器的效率規(guī)格要合理；③初級(jí)過濾器的維護(hù)要方便等。4.3空氣過濾器及其應(yīng)用綜上所述,凈化空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),對(duì)過濾器的選配要達(dá)到：①末級(jí)4.4靜電過濾技術(shù)靜電過濾技術(shù)在空調(diào)及其他室內(nèi)空氣凈化中的應(yīng)用與用于工業(yè)粉塵治理方面的主要區(qū)別是：(1)工業(yè)除塵的目的是去除工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵，以防止其污染大氣環(huán)境；而用于空氣凈化中的目的是對(duì)含塵濃度極低的空氣，進(jìn)行凈化處理，滿足衛(wèi)生的要求；(2)空調(diào)凈化用的靜電除塵設(shè)備是采用正電暈放電，工業(yè)上用的電除塵器采用的負(fù)電極剛好相反。概述：4.4靜電過濾技術(shù)靜電過濾技術(shù)在空調(diào)及其他室內(nèi)空氣電離段是一系列等距離平行安裝的平板狀接地電極，當(dāng)采用正電暈時(shí)，在電離極的金屬絲上加有足夠高的直流正電壓，兩邊的極板接地，這樣就在電離極附近形成不均勻電場(chǎng)，空氣中的少數(shù)自由電子從電場(chǎng)獲取能量，和氣體分子激烈碰撞，即形成碰撞電離，出現(xiàn)不完全放電－電暈放電。在電暈極周圍可以看見一圈淡藍(lán)色的光環(huán)，稱為電暈。這樣，在電離極附近充滿正離子和電子，電子移向?qū)Ь€并在其上

用于空調(diào)凈化方面多采用雙區(qū)式電場(chǎng)，如圖4.18所示圖4.18雙區(qū)式凈電過濾原理4.4靜電過濾技術(shù)4.4.1空氣中微粒的荷電電離段是一系列等距離平行安裝的平板狀接地電極，當(dāng)采用中和，而正離子在電場(chǎng)作用下在有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)過程中，遇到中性的微粒就附著在上面，使微粒帶正電，這就是所謂的電場(chǎng)荷電。離子不僅在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)，而且還有熱運(yùn)動(dòng)，離子在熱運(yùn)動(dòng)過程中附著于微粒而使微粒帶電，這就是所謂的擴(kuò)散荷電。4.4靜電過濾技術(shù)電場(chǎng)荷電主要對(duì)于1μm以上微粒起作用，此時(shí)微粒獲取的最大電量為：式中：E1—電離極空間電場(chǎng)強(qiáng)度，V/cm;N—電荷的數(shù)目；e—單位電荷量，48×10-10靜電系單位；dp—微粒直徑cm;k

—系數(shù)，k＝ε—微粒的介電常數(shù)，平均可取ε=2～3。中和，而正離子在電場(chǎng)作用下在有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)過程中，遇到中性的微對(duì)于1μm以下，特別是對(duì)0.2μm以下的微粒，擴(kuò)散電荷起主要作用，但目前還沒有簡(jiǎn)單計(jì)算最大擴(kuò)散荷電量的公式。根據(jù)式(4.29)，lμm以上微粒所帶的電荷數(shù)與其粒徑的平方成正比。但由于擴(kuò)散電荷的作用，使得1μm及其以下的微粒所帶電荷數(shù)比按上式計(jì)算的結(jié)果要大。4.4靜電過濾技術(shù)4.4.2荷電微粒的吸附荷電微粒進(jìn)入由平行鋁板組成的空間，由于帶正電和接地的金屬板交錯(cuò)排列，于是就在整個(gè)空間形成一個(gè)均勻電場(chǎng)。帶電微粒在電場(chǎng)中受到正極板的斥力——靜電力作用，而在接地極板上沉集下來。所以靜電力為：Fe

=QE2=neE2式中：Fe—靜電力；

Q—微粒所帶電量；E2

—微粒所處位置的電場(chǎng)強(qiáng)度，V/cm。對(duì)于1μm以下，特別是對(duì)0.2μm以下的微粒，擴(kuò)散電荷起當(dāng)微粒雷諾數(shù)（Re＜1)時(shí)，球形微粒在氣流中受到的阻力將由式(4.6)給出，當(dāng)阻力和靜電力平衡時(shí)，則考慮滑動(dòng)修正，可得到微粒在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度Ue,即：式中，各項(xiàng)符號(hào)含義與前述相同。從該式可以看出，對(duì)于既定的微粒群，在其他條件不變肘，Ue和n/dp成正比。前面已提出，對(duì)于＜1微米的微粒，由于n/dp穩(wěn)定，所以Ue也趨向穩(wěn)定，不再減??；而若注意到隨著粒徑的減小，滑動(dòng)修正系數(shù)c將變大，則分離速度還要加大一些。所以和其他種類過濾器相比，靜電過濾器裝置更適合吸附微細(xì)粒子。4.4靜電過濾技術(shù)當(dāng)微粒雷諾數(shù)（Re＜1)時(shí)，球形微粒在氣流中受對(duì)于集塵極為平板式的靜電過濾器的集塵效率可表示如下：4.4.3靜電過濾效率4.4靜電過濾技術(shù)式中：NL、NO——分別為出入口微粒的濃度；

F——集塵極板總有效面積；

ue

——微粒在電勢(shì)中運(yùn)動(dòng)的速度；Q——通過集塵極的總風(fēng)量；e——單位電荷量。從上式可以看出，當(dāng)集塵極板高（寬）度一定，其有效面積越大，即長(zhǎng)度相應(yīng)地越長(zhǎng)時(shí)，其效率越高。對(duì)于集塵極為平板式的靜電過濾器的集塵效率可表示如下：4.4.4.4靜電過濾技術(shù)顯然：Q↓,則η↑；ue↑，則η↑，而ue主要取決于電離極和集塵極電壓，集塵極電壓一般可加到7000～8000V，過高的電離極電壓也容易放電，故一般不超過15000V。這里需要說明一點(diǎn)，由于公式中的ue只是理論值，由于該式?jīng)]有全面反映其影響因素，故實(shí)際測(cè)出的分離速度比理論值要小得多。但這種情況對(duì)空調(diào)凈化作用的靜電過濾來說其差別要小一些。4.4靜電過濾技術(shù)顯然：Q↓,則η↑；ue↑，則η室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù)第四章：空氣中微?？刂茩C(jī)理與方法室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù)第四章：空氣中微?？刂茩C(jī)理與方法空氣中懸浮的微粒污染將直接影響到各生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品的質(zhì)量。良好的生產(chǎn)環(huán)境是保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的必要條件。為了有效控制空氣中微粒對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的污染,必須對(duì)空氣中微粒的類型、微粒運(yùn)動(dòng)特性、分布規(guī)律及其影響因素等全面了解,在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的控制方法與策略。本章節(jié)針對(duì)上述內(nèi)容討論空氣中微?？刂埔恍┗纠碚摵头椒?。概述：第四章：空氣中微粒控制機(jī)理與方法空氣中懸浮的微粒污染將直接影響到各生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品的質(zhì)微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)4.1微?？刂萍夹g(shù)4.2空氣過濾器及其應(yīng)用4.3靜電過濾技術(shù)4.4第四章：空氣中微粒控制機(jī)理與方法微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)4.1微?？刂萍夹g(shù)4.2空氣過濾器及其應(yīng)用4由ISO中指出,氣溶膠系指沉降速度可以忽略的固體粒子、液體粒子或固體和液體粒子在氣體介質(zhì)中的懸浮體。概述：4.1微粒控制技術(shù)基礎(chǔ)了解空氣中微粒的特性,及其在空氣中如何運(yùn)動(dòng)及其分布規(guī)律是空氣潔凈技術(shù)(微?？刂?的重要基礎(chǔ)。微粒:氣溶膠狀態(tài)污染物俗稱為微粒。由ISO中指出,氣溶膠系指沉降速度可以忽略的固體粒子1.微粒的分類1)按微粒來源分類①無機(jī)性微粒:如金屬塵粒、礦物塵粒和建材塵粒等。②有機(jī)性微粒:如植物纖維;動(dòng)物毛、發(fā)、角質(zhì)、皮屑;化學(xué)染料和塑料等。③生物微粒:如各種藻類、菌類、原生動(dòng)物和病毒等。2)按微粒形成方式分類

①分散性微粒:系指固體或液體在分裂、破碎、氣流和振蕩等作用下變成懸浮狀態(tài)的粒子。②凝結(jié)性微粒:指通過燃燒、升華、蒸氣凝結(jié)及氣體反應(yīng)而形成的粒子。3)按微粒大小分類

微粒大小為10-7～10-1cm,隨著微粒大小的變化,其物理性質(zhì)和規(guī)律都將發(fā)生變化。

①可見微粒:肉眼可見,微粒直徑大于10μm。②顯微微粒:在普通顯微鏡下可以看見,微粒直徑為0.25～10μm。③超顯微微粒:在超顯微鏡或電子顯微鏡下可以看見,微粒直徑小于0.25μm。4.1.1微粒的類型、粒徑及其統(tǒng)計(jì)分布4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)1.微粒的分類1)按微粒來源分類2)按微粒形成方式分類①分在ISO14644－1標(biāo)準(zhǔn)中,將微粒直徑為0.1～0.5μm的稱為微粒,將微粒直徑小于0.1μm的稱為超微粒,而將直徑大于0.5μm的稱為大粒子。4)按微粒通俗分類①灰塵:包括所有固體分散性微粒。這類微粒在空氣中的運(yùn)動(dòng)受到重力、擴(kuò)散等多種因素的作用,它是空氣潔凈技術(shù)接觸最多的一種粉塵微粒。②煙:包括所有固態(tài)凝結(jié)體微粒以及液態(tài)粒子和固態(tài)粒子因凝結(jié)作用而產(chǎn)生的微粒,還有從液態(tài)過渡到結(jié)晶態(tài)粒子而產(chǎn)生的微粒。一般情況下,煙的微粒大小遠(yuǎn)在0.5μm以下(如香煙的煙、木材的煙、油煙、煤煙等),在空氣中主要做布朗運(yùn)動(dòng),有相當(dāng)強(qiáng)的擴(kuò)散能力。在靜止空氣總很難沉降。③霧:包括所有液態(tài)分散性微粒和液態(tài)凝集性微粒。其微粒大小因生成狀態(tài)而異,介于0.1～10μm之間。微粒運(yùn)動(dòng)性質(zhì)主要受斯托克斯定律支配。例如,從SO2氣體產(chǎn)生的硫酸霧,因加熱和壓縮空氣的作用產(chǎn)生油霧。④煙霧:包括液態(tài)和固態(tài),既含有凝集性微粒,又含有分散性微粒。微粒大小從十分之幾微米到幾十微米。4.1微粒控制技術(shù)基礎(chǔ)圖4.1為氣溶膠微粒的大小和范圍。在ISO14644－1標(biāo)準(zhǔn)中,將微粒直徑為0.1～0圖4.1微粒的大小和范圍4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)圖4.1微粒的大小和范圍4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)2.微粒粒徑1)單一微粒粒徑在潔凈技術(shù)中,粒徑是指通過微粒內(nèi)部的某個(gè)長(zhǎng)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”。粒徑的確定可分為2大類：一類是按微粒幾何性質(zhì)直接進(jìn)行測(cè)定和定義的，如顯微鏡法確定的粒徑；另一類是按微粒某種物理性質(zhì)間接進(jìn)行測(cè)定和定義的。如采用光電法、沉降法確定的直徑，實(shí)際上是一種當(dāng)量直徑或等價(jià)直徑。①顯微鏡觀測(cè)法用顯微鏡測(cè)定時(shí),可采用以下3種方法表示,如圖4.2所示:(1)定向直徑dF;(2)定向面積等分直徑dM;(3)投影圓直徑dH

。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)2.微粒粒徑1)單一微粒粒徑在潔凈技術(shù)中,粒徑是指通圖4.2用顯微鏡觀察粒徑的3種方法沉降直徑dS表示在靜止空氣中沉降速度與所測(cè)微粒沉降速度相等的、具有和微粒相同密度的球體直徑?？諝鈩?dòng)力學(xué)直徑da表示在空氣中與微粒的沉降速度相等的單位密度的球的直徑。若用表示微粒單位密度,則da為：②沉降法4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)圖4.2用顯微鏡觀察粒徑的3種方法沉降直徑dS表示在靜③光散射法用光散射式粒子計(jì)數(shù)器測(cè)定時(shí),可得到等體積直徑de,表示與微粒體積相等的球的直徑。若微粒體積為V，則de為:2)平均粒徑氣溶膠粒子是粒徑不等的粒子集合體,由于微粒的形狀各不相同，為了簡(jiǎn)便地反映所研究的粒子群的全部粒子的粒徑特征,通常用“平均粒徑”的概念。算術(shù)平均粒徑：式中:d--粒子直徑；n--粒子個(gè)數(shù)。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)③光散射法用光散射式粒子計(jì)數(shù)器測(cè)定時(shí),可得到等體積表4.1平均粒徑的計(jì)算公式4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)表4.1平均粒徑的計(jì)算公式4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)3.粒徑分布在空氣潔凈技術(shù)中,經(jīng)常要接觸許多關(guān)于微粒大小的數(shù)據(jù),盡管微粒大小的數(shù)據(jù)看上去是雜亂無章的,但通過對(duì)這些微粒數(shù)據(jù)做一番科學(xué)的整理分析,就可找出微粒按粒徑分布和按密度分布的規(guī)律,從而可為測(cè)塵、防塵、除塵和凈化采取技術(shù)措施提供理論依據(jù)。表4.2給出了以粒數(shù)分布表示的微粒頻率分布。表4.2頻率分布4.1微粒控制技術(shù)基礎(chǔ)3.粒徑分布在空氣潔凈技術(shù)中,經(jīng)常要接觸許多關(guān)于微粒圖4.3粒徑相對(duì)頻率分布圖4.3給出了微粒分布的頻率。圖中虛線則為由直方圖光滑后的粒徑分布曲線。4.1微粒控制技術(shù)基礎(chǔ)圖4.3粒徑相對(duì)頻率分布圖4.3給出了微粒分布的頻4.1.2室內(nèi)微粒運(yùn)動(dòng)特性及影響因素1.微粒運(yùn)動(dòng)特性微粒伴隨著氣流力、慣性力、沉降和擴(kuò)散而運(yùn)動(dòng)。作用于微粒上的力大致可分為:①質(zhì)量力；②分子作用力；③場(chǎng)力(如電磁場(chǎng)力、濃度、溫度場(chǎng)力等)；④粒子間的吸引力；⑤氣流力。對(duì)于潔凈室的污染控制來說,

氣流力(這里是指送、回風(fēng)氣流和熱對(duì)流及人工攪動(dòng)引起的氣流力等)的影響因素最大；其次為質(zhì)量力(重力、慣性力)、分子擴(kuò)散力。

1)微粒的重力沉降作用

圖4.4為空間中的微粒,將受到重力F1、浮力F2和介質(zhì)阻力F3的共同作用。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)4.1.2室內(nèi)微粒運(yùn)動(dòng)特性及影響因素1.微粒運(yùn)動(dòng)特性當(dāng)阻力、浮力、重力平衡,即F1-F2=F3時(shí),微粒達(dá)到等速沉降,此時(shí)的速度v=vs,稱vs為沉降速度或斯托克斯速度(m/s),可由斯托克斯速度式求出：式中：

—微粒直徑(m);

—微粒和空氣的密度(kg/m3);

—阻力系數(shù)。取決于微粒在氣流中的流動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于非球形微粒,當(dāng)達(dá)到等速沉降時(shí),其沉降速度vs(cm/s)(斯托克斯速度)可簡(jiǎn)化為：式中,在氣溶膠技術(shù)中一般設(shè)=1000kg/m3,而對(duì)大氣塵微粒一般設(shè)=2000kg/m3,若以大氣塵微粒密度為例,則可得到vs與關(guān)系式:圖4.4球形微粒沉降時(shí)受到的力4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)當(dāng)阻力、浮力、重力平衡,即F1-F2=F3時(shí),微粒達(dá)從計(jì)算結(jié)果可以得出,對(duì)于＝1μm的微粒,vs＝0.006cm/s,從工作區(qū)(離地面0.8m)降到地面就需4h;而對(duì)于0.5μm以下的微粒,其擴(kuò)散距離接近甚至超過了沉降距離,所以就更不容易沉降了。因此,重力沉降作用對(duì)極小微粒不會(huì)有多大影響。2)慣性力對(duì)微粒運(yùn)動(dòng)的影響微粒在慣性力作用下的運(yùn)動(dòng),就是在獲得初速度后,外力隨即消失而只依靠慣性力作用下的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)t→∞時(shí),即可求得穩(wěn)定時(shí)微粒慣性運(yùn)動(dòng)距離SR為：根據(jù)牛頓定律,結(jié)合斯托克斯方程即可推導(dǎo)出微粒運(yùn)動(dòng)與時(shí)間t的關(guān)系式為：4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)從計(jì)算結(jié)果可以得出,對(duì)于＝1μm的微粒,vs＝0式中：

—微粒獲得的初速度,cm/s;

C—微粒滑動(dòng)修正系數(shù),其值隨粒徑增大而減小;

—表征微粒從某一初始穩(wěn)定狀態(tài)變化到某一終了穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間。在氣溶膠力學(xué)中被稱為“張弛時(shí)間”。表4.3給出了微粒在慣性力作用下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。表4.3在慣性力作用下(2000C)時(shí)微粒(=2g/cm3)的水平運(yùn)動(dòng)距離由表中可見,以1000cm/s的初速度被拋射出去的微粒,由于速度迅速衰減,所以微粒水平運(yùn)動(dòng)的距離極短,單靠機(jī)械力飛揚(yáng)是不大現(xiàn)實(shí)的。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)式中：—微粒獲得的初速度,cm/s;表4.3給出了微3)微粒的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)空氣中的微粒由于與做布朗運(yùn)動(dòng)的空氣分子相撞擊而產(chǎn)生顯著不均衡位移,如圖4.5所示。圖4.5分子和微粒的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)微粒擴(kuò)散的平均位移量為：

式中：t—時(shí)間，s；D—微粒的分子擴(kuò)散系數(shù)，cm2/s。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)3)微粒的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)空氣中的微粒由于與做布朗運(yùn)動(dòng)的空氣表4.4給出了不同粒徑的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)距離。表4.4t=1s的微粒擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)距離從表中可見,微粒單依靠擴(kuò)散而運(yùn)動(dòng)的距離是微不足道的。4)微粒在表面上的沉積微粒在表面上的沉積分室內(nèi)有送風(fēng)和無送風(fēng)2種情況，前者比后者的表面沉積要大得多，且有送風(fēng)的潔凈環(huán)境相對(duì)無送風(fēng)情況多得多。所以，這里只介紹前一種情況。4.1微粒控制技術(shù)基礎(chǔ)表4.4給出了不同粒徑的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)距離。表4.4t=1s的微粒在送風(fēng)室內(nèi)表面上的沉積的計(jì)算，日本學(xué)者菅原文子等曾給出了簡(jiǎn)化計(jì)算公式：式中：Ng——

沉積在表面上的微粒數(shù)；f

——

沉積面積；t——

沉積的時(shí)間；N

——

潔凈室的含塵濃度。上式中，只考慮了微粒的沉降沉積的作用，而在實(shí)際的送風(fēng)室內(nèi)，氣流中的微粒是通過多種途徑沉積到平面上的，除沉降沉積外，還有慣性沉積、攔截沉積、擴(kuò)散沉積等因素的影響，考慮到這些因素的影響，對(duì)上式進(jìn)行了修正，修正系數(shù)用α表示，則上式變?yōu)椋菏街校害痢拚禂?shù),與粒徑有關(guān)的參數(shù),由表4.5選取。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)微粒在送風(fēng)室內(nèi)表面上的沉積的計(jì)算，日本學(xué)者菅原文子等表4.5α值（≥30cm平面）若假設(shè)潔凈室含塵濃度為N=1000pc/L=1pc/cm3，對(duì)于空氣中0.5μm以上的標(biāo)準(zhǔn)粒徑分布可算出:ds=0.98μm≈1μm，即潔凈室空氣中0.5μm的微粒沉積量,可以看作全都是直徑為1μm的微粒的沉積量。這樣就可以計(jì)算出當(dāng)空氣含塵濃度為1000pc/L,具有0.3m/s氣流速度的潔凈室內(nèi)每小時(shí)每平方厘米面積上總微粒沉積量為：由計(jì)算結(jié)果可知，微粒在垂直表面上的沉積量和在底（平）面上的沉積量相比是很小的，所以對(duì)潔凈室墻面要求用高級(jí)的不銹鋼之類材料是完全沒有必要的。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)表4.5α值（≥30cm平面）若假設(shè)潔凈室含塵濃2.氣流對(duì)微粒運(yùn)動(dòng)的影響從上述的討論中可以看出,微粒在重力、慣性力和擴(kuò)散力作用下,自身運(yùn)動(dòng)的速度和距離是很微小的,對(duì)于1μm微粒來說,其運(yùn)動(dòng)速度在0.004～0.006cm/s,而室內(nèi)氣流的速度(包括熱氣流的對(duì)流速度)則一般在0.1m/s以上。在運(yùn)動(dòng)的氣流中,小微粒幾乎以完全相同的速度跟隨氣流運(yùn)動(dòng),只是相對(duì)于氣流有一個(gè)滯后的時(shí)間,但這對(duì)所研究的問題便沒有影響。所以,在室內(nèi)空氣總微粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)主要是由氣流分布作用決定的,室內(nèi)微粒所受到的氣流的作用主要有:關(guān)于氣流對(duì)微粒運(yùn)動(dòng)影響將在潔凈室單向流特性中介紹。①送風(fēng)氣流(包括一次流和二次流);

②人行走時(shí)引起的氣流;③室內(nèi)熱對(duì)流氣流。4.1微?？刂萍夹g(shù)基礎(chǔ)2.氣流對(duì)微粒運(yùn)動(dòng)的影響從上述的討論中可以看出,微粒4.2微粒控制技術(shù)概述：把固態(tài)或液態(tài)的微粒從氣流中分離出來，一般有4種方法：從空氣潔凈技術(shù)角度看，室內(nèi)空氣中微粒濃度相對(duì)較低，微粒尺寸很小，而且要確保末級(jí)過濾效果，所以主要采用帶有阻隔性質(zhì)的過濾分離來消除氣流中的微粒，其次是電力分離的辦法。①機(jī)械分離;②電力分離;③洗滌分離;④過濾分離。4.2微?？刂萍夹g(shù)概述：把固態(tài)或液態(tài)的微粒從氣流中分離出來4.2.1纖維過濾技術(shù)微粒過濾器可分為2大類：①表面過濾器;②深層過濾器。有金屬網(wǎng)、多孔板、化學(xué)微孔濾膜等形式,空氣中的微粒在表面被捕集。其中微孔濾膜表面帶有大量電荷,均勻的分布著0.1～10μm的小孔，平均1cm2上有107～108個(gè)小孔,孔隙率高達(dá)70～80%。這些孔沿厚度方向可以近似看成毛細(xì)管。比孔徑大的微粒100%被截留于表面,一般認(rèn)為濾膜能截留的最小微粒徑為平均孔徑的1/10～1/15。微孔濾膜具有很高過濾效率,除廣泛用液體過濾外,主要用于小氣量如采樣過濾器;有時(shí)也用于特殊要求的無菌、無塵的末段過濾。1)表面過濾器①高填充率;②低填充率(又稱為低空隙率和高空隙率)。2)深層過濾器4.2微?？刂萍夹g(shù)4.2.1纖維過濾技術(shù)微粒過濾器可分為2大類：①表面過濾填充率α為：高填充率過濾：

填充層具有活性炭層、各種厚度濾紙層、多孔質(zhì)的濾材濾膜等,所形成的微細(xì)孔濾膜相當(dāng)于毛細(xì)管的作用,具有表面捕集和微細(xì)孔內(nèi)部捕集,但主要是后者起作用,微孔濾膜過濾器具有很高的效率,比纖維過濾器可靠,主要用于氣體凈化中無塵無菌的末級(jí)過濾。低填充率過濾器：

包括纖維填充層、無紡布和濾紙的過濾器,雖然這類過濾器內(nèi)部纖維配置也很復(fù)雜,但由于空隙率較大,過濾器阻力較小,效率很高,具有極好的使用價(jià)值,特別在空氣潔凈技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用極廣,所以受到重視。4.2微?？刂萍夹g(shù)填充率α為：高填充率過濾：低填充率過濾器：4.2微粒控制技4.2.2纖維過濾器的基本過濾過程過濾材料的性質(zhì)、被過濾微粒的性質(zhì)以及他們相互間的作用,對(duì)過濾過程均有極其重要的影響。過濾過程可歸結(jié)為2個(gè)階段。1)穩(wěn)定階段在這個(gè)階段,過濾器對(duì)微粒的捕集效率和阻力是不隨時(shí)間而改變的，而是由過濾器的固有結(jié)構(gòu)、微粒的性質(zhì)和氣流的特點(diǎn)決定。對(duì)于過濾微粒濃度很低的氣流,如在空氣潔凈技術(shù)中過濾室內(nèi)空氣,穩(wěn)定階段對(duì)于過濾器非常重要。2)非穩(wěn)定階段在非穩(wěn)定階段,捕集效率和阻力不取決于微粒的性能,而是隨時(shí)間的變化而變化。主要是隨著微粒的沉積、氣體的侵蝕、水蒸氣的影響而變化。盡管非穩(wěn)定階段與穩(wěn)定階段相比要長(zhǎng)得多,且對(duì)一般工業(yè)用過濾器有決定意義,但是在空氣潔凈技術(shù)中的高效空氣過濾器則意義不大。4.2微?？刂萍夹g(shù)4.2.2纖維過濾器的基本過濾過程過濾材料的性質(zhì)、4.2.3纖維過濾器的過濾機(jī)理根據(jù)對(duì)纖維過濾器研究的結(jié)論,過濾層捕集微粒的作用效應(yīng)至少有5種：1)攔截效應(yīng)對(duì)于粒徑在亞微米范圍內(nèi)的小塵粒,塵粒隨著氣流流線運(yùn)動(dòng),當(dāng)流線緊靠纖維表面時(shí),塵粒由于與纖維表面發(fā)生接觸而被攔截(阻留)下來。2)慣性效應(yīng)微粒隨氣流在纖維層內(nèi)穿過時(shí),其流線要多次的拐彎,在流線拐彎時(shí),微粒由于慣性來不及跟隨流線繞過纖維,因而脫離流線向纖維靠近,并碰撞在纖維上而沉積下來。3)擴(kuò)散效應(yīng)由于氣體分子熱運(yùn)動(dòng),微粒越小,布朗運(yùn)動(dòng)越顯著。對(duì)常溫下0.1μm的微粒每秒鐘擴(kuò)散距離達(dá)17μm,比纖維間距離大幾倍至幾十倍,這就使微粒有更大的機(jī)會(huì)與纖維接觸,并附著在纖維上。微粒越小,過濾速度越低,擴(kuò)散效應(yīng)就越顯著。4.2微?？刂萍夹g(shù)4.2.3纖維過濾器的過濾機(jī)理根據(jù)對(duì)纖維過濾器研究的結(jié)論,4)重力效應(yīng)微粒通過纖維層時(shí),在重力作用下,發(fā)生脫離氣流流線的位移而沉降在纖維表面上,對(duì)于粒徑小于0.5μm的微粒的過濾,重力沉降完全可以忽略。(見圖4.6d)圖4.6纖維過濾器的濾塵機(jī)理5)靜電效應(yīng)當(dāng)含塵氣流通過纖維濾料時(shí),由于氣流摩擦等原因,纖維和微粒都可能帶上電荷,產(chǎn)生吸引微粒的靜電效應(yīng)。(見圖4.6e)

上述各種作用效應(yīng),對(duì)某種微粒的捕集,可能是由于上述5種機(jī)理的共同作用,也可能是由于其中某一種或幾種過濾機(jī)理起主要作用,這主要是由微粒的粒徑、纖維直徑、纖維層的填充率和氣流速度等條件決定的。4.2微粒控制技術(shù)4)重力效應(yīng)微粒通過纖維層時(shí),在重力作用下,發(fā)生脫離4.2.4影響纖維過濾器效率的因素主要因素有：①微粒直徑；②纖維粗細(xì)；③過濾速度；④填充率。1)微粒尺寸的影響由于各種效應(yīng)的作用,粒徑較小的微粒在擴(kuò)散效應(yīng)作用下,在濾材上沉積。當(dāng)粒徑由小到大時(shí),擴(kuò)散效率逐漸下降,攔截、慣性效率逐漸增大;粒徑較大的微粒在攔截和慣性效應(yīng)的作用下在纖維上沉積。與微粒的粒徑有關(guān)的效率曲線就有一個(gè)最低點(diǎn),此點(diǎn)的總效率最低或穿透率最大,出現(xiàn)在0.1～0.4μm,如圖4.7所示。圖4.7效率與粒徑的關(guān)系4.2微?？刂萍夹g(shù)4.2.4影響纖維過濾器效率的因素主要因素有：①微粒直徑；圖4.8給出了直徑微粒1.5μm的玻璃纖維層過濾器的最大穿透率受濾速影響的試驗(yàn)結(jié)果。圖4.8不同濾速時(shí)穿透率和粒徑的關(guān)系2)微粒形狀影響由于球形微粒與纖維濾料接觸時(shí)的接觸面積比不規(guī)則形狀微粒要小,所以實(shí)際上不規(guī)則形狀微粒的沉積幾率較大,球形粒子具有較大穿透率。3)微粒種類影響實(shí)驗(yàn)表明,過濾固態(tài)微粒比過濾液態(tài)微粒效率要高。①固態(tài)微粒的凝聚較液態(tài)顯著；②電荷對(duì)固態(tài)微粒的影響較液態(tài)大；③固態(tài)微粒能明顯增加過濾器負(fù)荷；④液態(tài)微粒被捕集到纖維上時(shí)發(fā)生破損；⑤不同相態(tài)密度上的差異等。其原因歸納起來：4.2微粒控制技術(shù)圖4.8給出了直徑微粒1.5μm的玻璃纖維層過濾器的最大穿透4)過濾速度的影響與最大穿透粒徑一樣,每種過濾器都有最大穿透速度,如圖4.9所示。隨著過濾速度增大擴(kuò)散效率下降,慣性和慣性效率增大,總效率則是先下降隨后上升,即存在一個(gè)最低效率或者最大穿透率的濾速。圖4.10為某