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空气过滤原理

作者:朗玛来源:www.nanmar.cn 浏览次数: 日期:2018年8月20日 20:53

1、 碰撞并粘住

空气中的尘埃粒子,或随气流作惯性运动,或作无规则布郎运动,或受某种场力的移动。当运动中的粒子撞到其它物体,物体表面间存在的范德瓦尔斯力使它们粘在一起。范德瓦尔斯力不是人们熟悉的万有引力,不是磁力,也不是静电力。而是分子与分子、分子团与分子团之间的力,其表现为两物体表面间的一种微弱引力,这种引力的量值比化学键小12个数量级。从微观上讲,单个原子或分子中带负电的电子云有个中心,带正电的原子核也有个中心,这两个中心不重合就有了电偶极,单个偶极可能瞬息万变或相对稳定,但多个偶极在一起就会对周围物体产生引力。进入过滤介质的粉尘有更多的机会撞击介质,一旦撞上介质就被粘住。微小粉尘相互碰撞会凝并成容易沉降的大颗粒,所以空气中的粉尘颗粒度相互稳定。室内粉尘撞到墙壁时就会留在那里,时间长了墙壁和天花板会褪色,气流速度高的局部会出现黑渍。

过滤器对各种形态的粉尘一样对待,只要它是颗粒物,不管它是固体、液体、细菌、花粉。

 

2、 纤维过滤材料

过滤材料应能:既有效拦截尘埃粒子,又不对气流形成过大阻力。非均匀排布的纤维材料符合这一要求,如各种非织造布、纸张。杂乱交织的纤维形成对粉尘的无数道屏障,纤维间宽阔的空间允许气流顺利通过。其它透气的多孔物质也可以做成过滤材料,如细砂、陶瓷、开孔型泡沫材料,但对通风用的空气过滤器来说,纤维材料因其透气性好、重量小、加工性能好而被广泛应用。为了达到良好的过滤效率,过滤介质中的纤维数量要尽可能地多,而为了减小气流阻力,纤维要尽可能细。此外,作为过滤材料的纤维介质应安全,不易老化,成本低廉。在空气过滤器成为工业产品后的近百年间,人们几乎尝试了所有天然和人造纤维材料,经反复筛选,目前广泛使用的材料有玻璃纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、植物纤维等。在矿物材料制成的纤维中,除玻璃纤维外的所有其它材料均因安全原因而被淘汰。使用什么化学纤维过滤材料一般只是成本问题。

 

3、 惯性原理和扩散原理

大颗粒粉尘在气流中作惯性运动。气流遇障绕行,粉尘因惯性偏离气流方向并撞到障碍物上。粒子越大,惯性力越强,撞击障碍物的可能性越大,因此过滤效果越好。

小颗粒粉尘作无规则的布朗运动。由于研究无规则运动时使用扩散(Diffusion)理论,所以有扩散原理一说。粉尘越小,无规则运动越剧烈,撞击障碍物的机会越多,因此过滤效果越好。空气中小于0.1μm(微米)的粉尘主要作布朗运动,粒子越小,过滤器的效率越高;大于0.5μm的粒子主要作惯性运动,粒子越大,过滤器的效率越高。扩散和惯性效果都不明显的那部分粉尘最难过滤,对过滤器性能而言,过滤效率最低的效率值最具代表性,所以在测量高效过滤器性能时,人们经常规定测量最难过滤那部分粉尘的过滤效率值。

应该指出,过滤机理与筛网的作用完全不同,过滤介质中能被肉眼观察到的“孔”经常是粉尘尺寸的数十倍,“过滤网”一词是将过滤器想象成筛网的一种误解。

 

4、 过滤器的阻力与使用寿命

纤维使气流绕行,产生微小阻力。无数纤维的阻力之和就是过滤器的阻力。

被捕捉的粉尘对气流产生附加阻力,使用中过滤器的阻力会逐渐增加。被捕捉到的粉尘与过滤介质合为一体而附加的障碍物,所以使用中过滤器的过滤效率也会有所提高。过滤器阻力随气流量的增加而提高,通过增大过滤材料面积,可以降低穿过滤料的相对风速,以减小过滤器阻力。被捕捉的粉尘大都聚集在过滤材料的迎风面上。滤料面积越大,能容纳的粉尘越多,过滤 的使用寿命就越长。滤料上积尘越多,阻力越大。当阻力大到不合理的程度时,过滤器的寿命就到头了。有时,过大的阻力会使过滤器上已捕捉到的灰尘飞散,出现这种危险时,过滤器也该报废。

 

5、 静电作用

若过滤材料带静电或粉尘带静电,过滤效果可以明显改善。其原因主要有两条:静电使粉尘改变运动轨迹并撞向障碍物;静电力使粉尘在介质上粘得更牢固。

能长期带静电的材料也被称为“驻极体”材料。材料带静电后阻力不变,过滤效率会明显改善。在大多数纤维介质空气过滤器中,静电效率只是起除惯性和扩散机理之外的辅助作用,实践中不应过分强调静电作用。

静电除尘器是在强电场作用下使粉尘带静电,然后用极板收集粉尘。目前的通风系统中使用这种静电除尘装置的场合不多,主要原因是这类设备的制造成本过高。

 

6、 化学过滤原理

化学过滤器有选择性地吸附有害气体分子,而不是像普通过滤器那样机械地清除杂质。

活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔,因此有很大的吸附面积,在一颗米粒大小的活性炭中,微孔的内表面积相当于一个大客厅内墙面的大小。容易凝结(沸点高)的游离分子接触活性炭后,有些在微孔中聚集成液体并因毛细管原理呆在那里,有些阻塞与分子尺寸相当的微孔而与材料成为一体,这类没有明显化学反应的吸附被称为物理吸附。有时人们要对活性炭进行化学处理,以增强它们的特定污染物的清除能力,此时的活性炭仍然是靠范德瓦尔斯力抓住气体分子,而后材料上的化学分子成分与污染物起反应,生成固体成分或无害气体,这种吸附称化学吸附。大气中的氮气、氧气、二氧化碳等主要成分的沸点很低,在常温条件下工作的活性炭管不住它们;活性炭是疏水性材料,所以对水蒸气的吸附能力也很有限。活性炭并不是唯一的吸附材料,所以多孔物持都有吸附作用,但活性炭吸附的那些物质刚好是空调领域要对付的那些有害气体。使用过程中材料的吸附能力不断减弱,当减弱到某一程度,过滤器报废。如果仅为物理吸附,用加热或水蒸气熏蒸的办法可使有害气体脱离活性炭,使活性炭再生。

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该资讯的关键词为:高效过滤器、空气过滤器、初效过滤器、中效过滤器 

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