过滤器的原理与分类

一、过滤原理

大气中存在大量的悬浮尘埃粒子，它们的存在极大地影响产品的精密化、微型化、高质量、高纯度和高可靠性。

空气中悬浮的粒状污染物质是由固体或液体微粒子所组成。大气尘可分为狭义大气尘和广义大气尘：狭义大气尘是指大气中的固态粒子，即真正的灰尘；大气尘的现代概念既包括固态微粒也包括液态微粒的多分散的气溶胶，是专指大气中的悬浮微粒，粒径小于10μm，这就是广义的大气尘。对于大于10μm的粒子，因为较重，经过一段时间的无规则的布朗运动后，在重力的作用下，它们会逐渐沉降到地面上，是通风除尘的主要目标；大气中0.1---10μm的灰尘粒子也在空气中做无规则的运动，因重量较轻，则容易随气流漂浮，而很难沉降到地面上。因此，空气洁净技术中的大气尘的概念和一般除尘技术中的灰尘的概念是有所区别的。

通风除尘用的尼龙网过滤器、金属网过滤器、泡沫海绵过滤器过滤的灰尘，因为滤料的孔径较大，一般大于10μm，主要是过滤大于10μm的灰尘，因此对0.1~~10μm的粒子，过滤效率很低；如果是对环境的净化有一定的洁净度要求，必须采取洁净技术中的空气过滤技术，才能达到净化要求。空气净化的主要任务是根据各种产品的生产工艺、不同工序、各类房间的空气洁净度级别需要，采取空气过滤技术来捕集大气中的0.1---10μm悬浮尘埃粒子和微生物，使洁净室或局部净化区域中的尘埃粒子浓度或含菌浓度控制在允许范围之内，以保证洁净度的级别要求。

空气中的悬浮粒子除微小液滴成球形外，其它粒子为结晶状、片状、块状、针状、链状等，很难从几何形状去度量其尺寸。在洁净技术中，粒径的意义是指通过微粒内部的某个长度因次，并不含有规则几何形状的意义，只是便于比较粒子大小的一种“名义尺寸”。

空气中的悬浮粒子分为非生物性粒子和生物粒子：非生物粒子是由固体、液体的破碎、蒸发、燃烧、凝聚产生的，其形成过程有物理作用或化学作用。生物粒子有微生物、植物的花粉、花絮及绒毛等；微生物一般包括病毒、立克次氏菌、细菌、菌类、原生虫及藻类，其中与净化关系较直接的是细菌和菌类。空气中的微生物主要附着在灰尘上，因此过滤掉空气中的灰尘可以有效地清除空气中的微生物，这也是生物净化的主要理论依据。

根据不同国家和时间的大气尘中微粒的统计，大气尘中微粒数量随着粒径的增加而显著减少，即在双对数坐标图上，数量和粒径呈直线关系，特别是对0.1---5μm；数量与质量的分布关系，亚微米级的微粒数量占总数的比例接近100%，而重量仅占总量的2%--3%；这也是洁净相关标准可以在不同国家通用的理论依据。

统计表示，农村中的灰尘浓度大约在10万粒/升左右，郊区中的灰尘浓度大约在20万粒/升左右，城市中的灰尘浓度大约在30万粒/升左右，污染严重的地区可达到100万粒/升以上。

1.空气过滤技术主要采用过滤分离方法：通过设置不同性能的过滤器，除去空气中的悬尘埃粒子和微生物，也即通过滤料将尘埃粒子捕集截留下来，以保证送入风量的洁净度要求。它所用的滤料为较细直径的纤维，既能使气流顺利通过，也能有效地捕集尘埃粒子。

2.洁净技术控制过滤的灰尘一般是0.1---10μm的尘埃粒子，粒径较小，包含有固态微粒和液态微粒；大气中悬浮的有机微粒有微生物、植物的花粉、花絮与绒毛，微生物一般包括病毒、立克次氏菌、细菌、菌类、原生虫和藻类。空气净化控制的主要是细菌和菌类、病毒。因为微生物主要附着在尘埃粒子上，因此将空气中的尘埃粒子有效地控制，也就能有效地控制空气中的细菌、菌类及病毒。要做到这一点，必须通过阻隔性质的微粒过滤器，方可加以过滤。一般地，普通过滤器对细菌的过滤效率可达99.996%，基本上可以满足生物洁净室的过滤净化要求。。

过滤器的过滤层捕集微粒的作用主要有5种：

1.拦截效应：当某一粒径的粒子运动到纤维表面附近时，其中心线到纤维表面的距离小于微粒半径，灰尘粒子就会被滤料纤维拦截而沉积下来。

2.惯性效应：当微粒质量较大或速度较大时，由于惯性而碰撞在纤维表面而沉积下来。

3.扩散效应：小粒径的粒子布朗运动较强而容易碰撞到纤维表面上。

4.重力效应：微粒通过纤维层时，因重力沉降而沉积在纤维上。

5.静电效应：纤维或粒子都可能带电荷，产生吸引微粒的静电效应，而将粒子吸到纤维表面上。

随着捕集灰尘越来越多，则滤层的过滤效率也随着下降，而阻力增大；当到一定的阻力值或效率降到某值时，过滤器就需及时加以更换，以保证净化洁净度的要求。

过滤器的滤料zui常用的形式有：无纺布、化学纤维材料、玻璃纤维材料；它们在额定风量下，阻力较小而效率较高，更换、维护方便，适用范围广，在空调净化系统中有着*的使用价值和应用领域。

二、净化原理

为保证产品生产环境或其它用途的洁净室所要求的空气洁净度要求，必须采用多项综合技术措施：

1．采用产生污染物少的生产工艺及设备；

2．采取必要的隔离负压措施，防止生产工艺产生的污染物向四周扩散；

3．减少人员及物料带入室内的污染物质；

4．加强洁净室的管理，按规定进行清扫、灭菌等工作；

5．人、物必须进行分流，不允许人流、物流相互交叉；

除采取上述措施外，zui重要的技术措施是：

通过相应的装置，送入足够量的、经过处理的洁净空气，以替换或稀释室内在正常工作时所产生的污染物质污染的空气；同时，带走室内的污染物质。即为空气净化的基本原理。

具体而言，洁净室内的空气净化处理就是根据房间的不同的洁净度等级要求，采用不同的方式送入经过处理的数量不等的清洁空气，同时排走相应数量的携带有在室内所产生的污染物质沾污的脏空气；依靠这样的动态平衡，使室内环境维持在所需要的空气洁净度等级。

空气洁净度是洁净环境中空气含悬浮粒子量的多少的程度，通常空气中含尘浓度高则空气洁净度低，含尘浓度低则洁净度高；按空气中悬浮粒子浓度来划分洁净室及相关受控环境中空气洁净度等级，就是以每立方米空气中的zui大允许粒子数来确定其空气洁净度等级。

因原有的洁净标准是美国首先制定的，故其单位是英制，也是应用的一种；

用英制表示时，洁净度等级名称为每立方英尺空气中≥0.5μm尘粒的zui大允许粒子数;

用单位表示时,洁净度等级名称为每立方米空气中≥0.5μm尘粒的zui大允许粒子数的常用对数值。

三、无尘室的单向流和非单向流

由于洁净技术控制的是大气中的悬浮微粒浓度，且送入生产区域或无尘室内的风量比通风除尘、一般空调房间所需的风量大得多，故其气流组织形式与它们有明显的不同：

1、洁净气流流型要考虑到减少或避免涡流，要有利于迅速有效地排除污染物；

2、要尽量限制和减少室内尘源散发的尘和菌的扩散；

3、兼顾维持室内的温、湿度及工作人员的舒适性要求。

气流流型主要分为三类：

1、向流：单一方向呈平行流线，且横断面上风速一致的气流；

有两种型式：垂直单向流和水平单向流。

2、非单向流：指不符合单向流定义的气流。

3、混合流：由单向流和非单向流组合的气流。

一般地，单向流洁净室的洁净度可达到1—100级，非单向流洁净室的洁净度在1000—100,000级，混合流洁净室的洁净度局部区域可达1—100级。

四、静压差和换气次数

为避免无尘室内的洁净度受邻室的污染，或污染邻室，洁净度不同的洁净室之间，或洁净室与一般房间之间要保持适当的静压差，静压差不得小于5Pa。

由于送入洁净室内的洁净送风量不同，则室内的洁净度也不同，根据理论计算和实践经验，一般的经验换气次数如下，作为初步洁净室送风量的估算值：

1．对于10万级，换气次数一般在15次/小时以上；

2．对于1万级，换气次数一般在25次/小时以上；

3．对于1000级，换气次数一般在50次/小时以上；

4．100级，其送风量按送风截面风速0.2---0.45m/s计算。

空气过滤器选用、使用及维护常识

大气中的尘埃粒子浓度是影响洁净室洁净度的重要因素，而如果要有效地、可调节地控制生产洁净度，采用通常空调用的尼龙网过滤器、金属网过滤器及海棉过滤器，则无法控制生产环境中的尘埃粒子浓度和达到较高的洁净度要求。而要达到现代化生产所需的洁净环境，必须采用滤纸过滤器和纤维层过滤器，也就是净化技术中所用的空气过滤器。

一、空气过滤器的分类

洁净室用空气过滤器种类较多，按结构形式分有：

1．平板式过滤器

2．折叠式过滤器

3．袋式过滤器

4．有隔板折叠形过滤器

5．无隔板折叠形过滤器

按过滤效率分类，是zui为常见的方法；按国家标准GB/T14295-93《空气过滤器》及GB13554-92《空气过滤器》的规定，在额定风量下有：

1．粗效过滤器

2．中效过滤器

3．高中效过滤器

4．亚过滤器

5．过滤器（超过滤器）

二、空气过滤器的选用与配置

1．对于小型的净化设备，如洁净工作台、风淋室、层流罩等，由于处理的风量小，一般新风进风面采用粗效过滤器或中效过滤器，送风末端必须选用过滤器或超过滤器；

2．对于净化空调系统中空气过滤器的选用与配置，一般根据洁净室的空气洁净度级别和生产工艺的特殊要求，进行合理化选用与配置。

A．对于1000---10万级的洁净室净化系统，通常采用三级空气过滤形式，即粗效、中效和过滤器；粗效、中效一般放在空气处理装置中，且将中效过滤器放在正压段，亚或过滤器一般位于净化空调系统的末端。

B．对于100---1000级的净化空调系统，通常在新风处理装置中设置粗效、中效、亚过滤器，在洁净室循环风系统中，还要设置过滤器或超过滤器；一般地过滤器位于净化空调系统的末端，即位于洁净室的顶棚上；对于超过滤器，则必须设在净化空调系统的末端，以确保所需的空气洁净度级别要求。

3．当已知整个净化系统的空气处理风量时，可根据所选过滤器的额定风量，确定所需过滤器的个数。

三、空气过滤器的使用场合及过滤范围

1．粗效过滤器

主要用于净化空调系统的新风进口处作预过滤器，截留大气中的大粒径微粒。过滤对象是大于5μm以上的悬浮微粒和10μm以上的沉降性微粒以及各种异物，防止其进入系统。滤材一般为喷胶棉、涤纶无纺布、聚丙烯纤维。其过滤效率以过滤≥5μm粒子为准。

2．中效空气过滤器

由于其前面已有预过滤器截留了大粒径微粒，它又可以作为一般空调系统的zui后过滤器和净化空调系统中、过滤器的预过滤器。滤材一般为涤纶无纺布、聚丙烯纤维、玻璃纤维。

主要用于截留1—10μm悬浮微粒，效率以过滤≥1μm粒子为准。

3．高中效过滤器

可用做一般净化程度的系统末端过滤器，也可以做为过滤器的中间过滤器；滤材一般为涤纶无纺布、聚丙烯纤维、玻璃纤维。

主要用于截留1---5μm粒子，效率以过滤≥1μm粒子为准。

4．亚过滤器

主要作为洁净室末端过滤器，也可做为过滤器的预过滤器和新风系统的末级过滤，提高新风的品质。滤材一般为聚丙烯纤维、玻璃纤维。主要用于截留1μm以下的粒子，效率以过滤≥0.5μm粒子为准。

5.过滤器(超过滤器)

主要是洁净室的末端过滤器，以保证实现各级洁净度的级别。

其效率以过滤≥0.5μm粒子为准。滤材一般为超细玻璃纤维。

四、空气过滤器的不同效率表示方法

当被过滤气体中的含尘浓度以计重浓度表示时，则效率为计重效率；以计数浓度表示时，则效率为计效效率；以其它物理量作相对表示时，则为比色效率或浊度效率等。

zui常用的表示方法是用过滤器进出口气流中的尘粒浓度表示的计数效率。

1．在额定风量下，按国家标准GB/T14295-93《空气过滤器》及GB13554-92《空气过滤器》的规定，不同过滤器的效率范围如下：

粗效过滤器，对≥5微米粒子，过滤效率80＞E≥20，初阻力≤50Pa

中效过滤器，对≥1微米粒子，过滤效率70＞E≥20，初阻力≤80Pa

高中效过滤器，对≥1微米粒子，过滤效率99＞E≥70，初阻力≤100Pa

亚过滤器，对≥0.5微米粒子，过滤效率E≥95，初阻力≤120Pa

过滤器，对≥0.5微米粒子，过滤效率E≥99.99，初阻力≤220Pa

超过滤器,对≥0.1微米粒子，过滤效率E≥99.999，初阻力≤280Pa

2.由于现在许多企业选用的是进口的过滤器，而它们表示效率的方法与国内的不同，为便于比较，将它们之间的换算关系列表如下：

按欧洲标准，粗效过滤器分为四级（G1~~G4）：

G1效率对粒径≥5.0μm,过滤效率E≥20%(对应美国标准C1)

G2效率对粒径≥5.0μm,过滤效率50＞E≥20%(对应美国标准C2~C4)

G3效率对粒径≥5.0μm,过滤效率70＞E≥50%(对应美国标准L5)

G4效率对粒径≥5.0μm,过滤效率90＞E≥70%(对应美国标准L6)

中效过滤器分为两级(F5~~F6)：

F5效率对粒径≥1.0μm,过滤效率50＞E≥30%(对应美国标准M9、M10)

F6效率对粒径≥1.0μm,过滤效率80＞E≥50%(对应美国标准M11、M12)

高中效过滤器分为三级（F7~~F9）：

F7效率对粒径≥1.0μm,过滤效率99＞E≥70%(对应美国标准H13)

F8效率对粒径≥0.5μm,过滤效率90＞E≥75%(对应美国标准H14)

F9效率对粒径≥0.5μm,过滤效率99＞E≥90%(对应美国标准H15)

亚过滤器分为两级(H10、H11)：

H10效率对粒径≥0.5μm,过滤效率99＞E≥95%(对应美国标准H15)

H11效率对粒径≥0.5μm,过滤效率99.9＞E≥99%(对应美国标准H16)

过滤器分为两级(H12、H13)：

H12效率对粒径≥0.5μm,过滤效率E≥99.9%(对应美国标准H16)

H13效率对粒径≥0.5μm,过滤效率E≥99.99%(对应美国标准H17)