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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(zhì)來對空氣進(jìn)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(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展造成空氣中含有大量的有害氣體和細(xì)小的懸浮顆粒物，削減空氣中懸浮顆粒物的排放量對于環(huán)境保護(hù)、保障人體健康是至關(guān)重要的，空氣質(zhì)量已成為全世界關(guān)注的焦點,因此，空氣過濾技術(shù)的研究及發(fā)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(jìn)一步，空氣凈化適用于許多工業(yè)過程中對污染空氣的處理要求不太嚴(yán)格的場合?？諝膺^濾技術(shù)是近百年來隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展而逐步形成的一門綜合技術(shù)，它的主要任務(wù)是應(yīng)用空氣凈化設(shè)備控制粉塵微粒的污染或通過空氣循環(huán)過濾將空氣的懸浮顆粒物捕集，以便回收利用和保護(hù)環(huán)境及人類的身體健康，它在空調(diào)通風(fēng)除塵及其它領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
 
　　近年來，空氣過濾技術(shù)在濾料的研制及開發(fā)，過濾機(jī)理的研究及過濾設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用取得發(fā)展，因此，本文主要介紹了空氣過濾技術(shù)近幾年來國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r及取得的成果，提出空氣過濾技術(shù)的研究及發(fā)展有待研究解決的問題。
 
二、濾料及過濾器的研究與發(fā)展
 
1、我國濾料及過濾器的發(fā)展及應(yīng)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(zhì)可以是氣體或液體，濾料決定著過濾過程的結(jié)果和效益，它的發(fā)展決定著空氣過濾技術(shù)的發(fā)展，它廣泛地應(yīng)用于室內(nèi)外空氣質(zhì)量品質(zhì)的控制。此外，在空調(diào)的新風(fēng)過濾，循環(huán)空氣的處理及利用，環(huán)境保護(hù)及機(jī)械、電力、煤炭、陶瓷、化工、醫(yī)藥、輕工、化肥、農(nóng)藥、糧食加工、港口運輸、交通筑路等各行各業(yè)都需廣泛使用過程過濾技術(shù)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(chǎn)發(fā)展迅速，50年代初，我國還沒有濾料生產(chǎn)廠，市場上也沒有專用的濾料產(chǎn)品，60年代逐步將化纖紡織品作為過濾介質(zhì)，應(yīng)用到工業(yè)各個領(lǐng)域中，滿足不同行業(yè)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(chǎn)濾料208滌綸絨布的誕生為過濾技術(shù)推廣應(yīng)用提供了第一批濾料，80年代又仿照日本產(chǎn)品開發(fā)了729聚酯機(jī)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(fā)成功覆膜濾料，即采用特殊工藝，將聚四氟乙烯微孔薄膜復(fù)合在機(jī)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(xiàn)了表面過濾，為高效低阻和節(jié)能提供了優(yōu)質(zhì)過濾材料
 
　　目前濾料的發(fā)展趨勢是：(1)將由二維結(jié)構(gòu)的機(jī)織過濾布向三維結(jié)構(gòu)的非織造過濾布方向發(fā)展；將由短纖纖化機(jī)織過濾布向長絲過濾布發(fā)展；復(fù)絲加捻過濾布向單絲過濾布發(fā)展。(2)常規(guī)化纖過濾布向高性能多功能、高質(zhì)量的過濾布方向發(fā)展，合纖濾料向覆膜濾料方向發(fā)展
 
　　目前，我國多數(shù)合纖濾料生產(chǎn)企業(yè)后整理和復(fù)合設(shè)備還不夠完善，使產(chǎn)品的品種和性能開發(fā)受到一定限制，一些特殊用途的濾料的不得不依靠進(jìn)口。因此，今后應(yīng)對現(xiàn)有濾料進(jìn)行后整理，并應(yīng)用復(fù)合工藝技術(shù)，研制及開發(fā)新型濾料，提高國產(chǎn)濾料的性能，形成針對性和適用性強的產(chǎn)品。
 
　　空氣過濾技術(shù)是通過將濾料制成不同形式的過濾器實現(xiàn)空氣過濾，為增加過濾器有效面積、優(yōu)化過濾性能，空氣過濾器的結(jié)構(gòu)形式已由原單一的單板形式發(fā)展到褶狀板形或筒形、長園柱形、堆疊園盤形及矩陣形。國產(chǎn)高效過濾器誕生于1964年，80年代初，國外過濾器開始進(jìn)入我國，它促進(jìn)了我國過濾器地發(fā)展，近年來，國內(nèi)已開始研究國產(chǎn)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(zhì)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(jī)理通過過濾器捕集效率。但目前國內(nèi)過濾器地生產(chǎn)存在生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和檢測標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、效率測試方法不嚴(yán)格、產(chǎn)品規(guī)格花樣繁多及尺寸不統(tǒng)一等問題，同時，國產(chǎn)亞高效、超高效過濾器有待開發(fā)，在微電子及精密機(jī)械行業(yè)，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(guī)范管理及增加研究投入的辦法去進(jìn)一步地加以完善解決?，F(xiàn)在空氣過濾器常應(yīng)用于住宅、辦公、商業(yè)及工業(yè)建筑的潔凈室；HVAC系統(tǒng)；激光外科手術(shù)應(yīng)用；空調(diào)器等場合。
 
2、國外濾料及過濾器發(fā)展?fàn)顩r
 
　　國外過濾材料開發(fā)的新動向為：向非織造布過濾材料，復(fù)合膜技術(shù)的過濾材料方面發(fā)展；向采用高技術(shù)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(fā)高功能的過濾材料方向發(fā)展
【4】。
　　國外在過濾材料研究生產(chǎn)應(yīng)用，都已形成一個較完整的系統(tǒng)，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(fā)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(dāng)一層?xùn)艡谶^濾效果不理想時，再加另一層?xùn)艡?，直至達(dá)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(xì)直徑的玻璃纖維與耐高溫的合成纖維優(yōu)勢互補制成復(fù)合針刺氈濾料。近年來，國外在過濾技術(shù)方面，隨著高科技的介入，紡織新材料的發(fā)展，過濾技術(shù)已向醫(yī)療、提取新材料等高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展。
　　在空氣過濾器發(fā)展方面：近年來，駐極體靜電空氣過濾器為國外應(yīng)用較多的高性能空氣過濾器，一些發(fā)達(dá)國家如美日等國，前幾年來已開發(fā)出生產(chǎn)64MD級別以上半導(dǎo)體元件的空氣過濾效率達(dá)99.999999%(0.12~0.17μm)以上的超高效空氣過濾器，國內(nèi)企業(yè)在這方面距國外有很大差距。
三、空氣過濾理論的研究與發(fā)展
　　空氣過濾技術(shù)的發(fā)展離不開空氣過濾理論的研究與發(fā)展，理論的發(fā)展與進(jìn)步，推動空氣過濾技術(shù)的發(fā)展。
　　過濾理論，特別是空氣過濾理論的研究早在上世紀(jì)已經(jīng)開始，而空氣過濾器的研制與發(fā)展只有近20多年的歷史，過濾理論由早期的經(jīng)典過濾理論發(fā)展到現(xiàn)代過濾理論及微孔過濾理論。
　　對微細(xì)顆粒運動規(guī)律的最早認(rèn)識起源于1800年初期，當(dāng)時植物學(xué)家Rebert Brown觀察了微細(xì)顆粒懸浮在液體中的運動(布朗運動)，1922年Freundlich發(fā)展了對氣溶膠過濾規(guī)律的認(rèn)識，提出在0.1~0.2μm半徑范圍內(nèi)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(jìn)行了研究，建立了Albrecht理論，隨后Sell(1931)對其進(jìn)行了必要的改進(jìn)[8]。
　　1936年Kaufmann首先把布朗運動和慣性沉淀的概念一同應(yīng)用到纖維過濾理論中，推導(dǎo)出過濾作用的數(shù)學(xué)公式。1942年Langmuir繼續(xù)對過濾理論進(jìn)行研究，認(rèn)為過濾是截留和擴(kuò)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(kuò)散、截留和慣性三種機(jī)制結(jié)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(fā)展了獨立纖維理論，他們對較大Reynold數(shù)情況下顆粒的慣性和擴(kuò)散沉積及包括重力效應(yīng)和過濾器阻塞現(xiàn)象[12][13]進(jìn)行了研究和總結(jié)。1967年P(guān)ickaar和Clarenburg試圖提出一個纖維過濾器微孔結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)理論，1987年P(guān)ich和1993年Brown在其專著中描述了過濾理論的最新發(fā)展。
　　早期的經(jīng)典過濾理論主要以“單一纖維模型”為基礎(chǔ)，認(rèn)為，過濾效率由三種機(jī)制決定：(1)慣性效應(yīng)，(2)截留效應(yīng)(3)擴(kuò)散效應(yīng)。整個顆粒的捕集依靠多種捕集機(jī)理的聯(lián)合作用。
　　現(xiàn)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(rèn)為過濾效率是截留效應(yīng)、布朗擴(kuò)散效應(yīng)、重力效應(yīng)、沉淀效應(yīng)與壓力效應(yīng)的集合。過濾可能存在的機(jī)理：(1)攔截、(2)慣性碰撞、(3) 擴(kuò)散、 (4 )靜電效應(yīng)、(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P(guān)ayet;Gougeon和Attoui[14]也考慮了氣體在單一纖維上的滑動，對經(jīng)典理論引入修正系數(shù)，使得理論與實驗數(shù)據(jù)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(guī)則的分布和常常形成樹枝狀結(jié)構(gòu)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(yù)測顆粒的沉積。
　　2001年D.Thomas等對過濾器產(chǎn)生阻塞的情況下，進(jìn)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(xué)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(jī)理進(jìn)行了理論實驗及模擬研究，取得了一定的成果

四、結(jié)語
　　過濾理論的研究目前尚不完善，國內(nèi)有關(guān)過濾機(jī)理的研究文獻(xiàn)很少，不同結(jié)構(gòu)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(shù)對捕集效率及壓力損失影響；過濾器的負(fù)荷特性對捕集效率及壓力損失影響及濾料的結(jié)構(gòu)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(jìn)一步研究過濾理論對空氣過濾技術(shù)的發(fā)展具有重大意義和應(yīng)用價值。