第七章 气体中微粒的分离技术

L/(cm2∙min)
3600
cm/s
一、空气过滤器的特性
（二）净化效率
净化效率可用效率、穿透率和净化系数来表征。
1. 效率
效率可表示为计重效率、计数效率、比色效率、浊度效率等，最常用的是 计数效率和计重效率。
一、空气过滤器的特性
2. 穿透率 与效率相反，穿透率越高，净化效率越低。指出口浓度占入口浓度的比例。
三、空气过滤器的选配与应用
过滤器的风量：一般小于额定风量，要平衡阻力和过滤器效率。 过滤器的位置：中效过滤器集中在系统的正压段，高效过滤器是空气洁净 程度的关键设备，一般设在净化空调的末端，尽量靠近洁净室。 高效过滤器一般需要设置一级或多级预过滤器予以保护，寿命5~15年为宜。 其过滤效率的匹配遵循两个基本原则：
三、空气过滤器的选配与应用
第三节 静电分离技术
室内空气的静电过滤与工业用的电除尘装置的区别： —净化对象不同：工业是含尘量高的气体，室内过滤器针对含尘量极低的空 气 —电极不同：空调净化用的静电除尘设备是采用正极性的放电电极，工业用 的是负电极放电电极。
一、空气中微粒的荷电
按照微粒荷电和捕集是否在同一电场中进行，一般分为单区式和双区式两 种。用于空调净化方面多采用双区式电场。
（二）惯性效应
由于纤维错综排列，气流穿过时其流线要多次拐弯，对于质量或速度相对较大的颗粒会由 于惯性来不及改变方向，从而碰撞纤维而沉积下来。
（三）扩散效应
由于气体分子热运动造成微粒的布朗运动，从而形成微粒（<0.3 μm）的扩散作用，若接触 到纤维被截留下来成为扩散效应。微粒越小，过滤速度越小扩散效应越显著。
一、空气中微粒的荷电
微粒荷电的方式
一、空气中微粒的荷电
由静电理论可知，电场荷电主要对于1 μm以上的微粒起作用，此时微粒 获取的最大电量为：
扩散荷电主要对1 μm以下特别是 0.2 μm以下的微粒起主要作用
二、荷电微粒的吸附
捕集段由带正电荷接地的平行铝板交错排列构成，形成一个均匀电场，带 正电的微粒受到正极板的斥力而在接地极板上沉积下来。
与粗效过滤器要求和形式相似，但滤料一般采用中、细孔泡沫塑料/无纺布， 复合无纺布或纤维等滤料，用于净化空调系统的新风和回风的过滤，可作 为高中效或高效过滤器的预过滤器，主要针对1~10 μm的悬浮性微粒，其效 率以过滤1 μm为准。
（三）高中效过滤器
一般可用作一般净化程度的系统末端过滤器，也可作为保护高效过滤器而 用作中间过滤器，用于截留1~5 μm的悬浮性微粒，其效率以过滤1 μm为准。
K=(1-η）*100%
3. 净化系数 即穿透率的倒数，代表入口处和出口处微粒浓度的倍数。
一、空气过滤器的特性
4. 过滤器的串联效率 实际的空气净化系统，经常使用多个过滤器串联起来使用，其总净化效率 可表示为:
（三）阻力 空气过滤器的阻力由两部分构成:滤料的阻力和过滤器结构的阻力。 滤料的阻力是由气流通过滤料纤维层时迎面阻力造成，由于在纤维层流速 较低，Re较小纤维层内属于层流，在给定的过滤器下有：
深层过滤器：深层过滤器将颗粒物主要在过滤器表面和内部捕集，具有 较高的负载量，更适用于颗粒物过滤的净化技术。分为高填充率和低填充 率两类。填充率α为：
微孔滤膜
深层过滤器
玻璃纤维滤芯 家用空气过滤器
一、纤维过滤技术
高填充率过滤器的填充层包括活性炭层、各种厚度滤纸层、多孔介质滤材 滤膜等，所形成的内部空隙机构极为复杂，对微粒捕集的机理尚待研究， 且阻力较大，应用受限。
Re<1时，球形微粒的阻力和静电力平衡时考虑滑动修正微粒运动速度Ue为：
三、静电过滤效率
所当带集的尘电极荷板数高越度多一，定效时率，越其高有；效风面量积越越小大，，效效率率越越高高。；微粒运动速度Ue越大，效率越高；
总结
✓纤维过滤器的基本过滤过程 ✓纤维过滤器的过滤机理 ✓影响过滤器效率的因素 ✓空气过滤器的特性：四个指标 ✓空气过滤器的分类： ✓空气过滤器的选配 ✓静电分离技术
二、空气过滤器的分类
二、空气过滤器的分类
（六）新型空气过滤 器
粒子类过滤器和分子 级过滤器。
过滤AMC，四类物质 酸性（MA）、碱性 （MB）、可凝结性 （MC）、掺杂性 （MD）四种类型化 学物质。
三、空气过滤器的选配与应用
选配依据：根据洁净室的空气洁净度等级、产品生产工艺的特殊要求合理 配置和选用。
二、空气过滤器的分类
（一）粗效过滤器
主要用于净化空调系统的新风，滤芯多采用板式、折叠式、袋式和自动卷 绕式等多种形式，滤料一般采用易于清洗和更换的金属丝网，粗孔无纺布、 泡沫所料等，一般针对5μm以上的悬浮微粒和10μm以上的沉降性微粒。
折叠式
袋式
不锈钢网过滤器
二、空气过滤器的分类
（二）中效过滤器
第七章 气体中微粒的分离 技术
主要内容
第一节 纤维过滤分离技术 第二节 空气过滤器及其应用
第三节 静电分离技术
第一节 纤维过滤分离技术
将室内空气中分离的空气洁净技术主要有四种：机械分离、电离分离、 洗涤分离和过滤分离。
由于室内空气中颗粒物含量较低，颗粒尺寸较小，一般采用过滤分离 和电力分离两种。 一、纤维过滤技术
一、空气过滤器的特性
（四）容尘量及寿命
过滤器的容尘量和适用期限有直接关系。通常将运行中的过滤器的终阻力 超过其初阻力的1倍（或其他倍数）的数值时，或效率下降到初始效率的 85%以下时（一般对预过滤器）过滤器上的积尘量作为该过滤器的标准容 尘量（简称容尘量）。
一、空气过滤器的特性
当阻力达到终阻力时，积尘量已达到容尘量P0，则过滤器使用寿命为：
二、空气过滤器的分类
按照过滤器的效率通常可分为粗效、中效、高中效、亚高效和高效过滤器 5种类别。在国家标准《空气过滤器》（GB/T 14295-2008）中，分为粗效、 中效、高中效、亚高效四类，国家标准《高效空气过滤器》（GB/T 142952008）中，把高效过滤器分为A、B、C、D四种类型。
目前广泛应用的是低填充率的过滤器，包括纤维填充层，无纺布和滤纸的 过滤器，虽然内部空隙结构也很复杂，但由于空隙较大，允许将纤维孤立 看待，简化研究步骤，且阻力小，效率高，使用价值高。
二、纤维过滤器的基本过滤过程
（一）稳定阶段
过滤器对微粒的捕集效率和阻力不随时间改变，由过滤器的固有结构、微 粒性质和气流特点决定的阶段。稳定阶段构成 的通路时，流速较大，已不是层流 特征：其结构阻力为：
一、空气过滤器的特性
则过滤器的全阻力为： 不同的过滤器有不同的A，B值。若以滤速来统一表示，全阻力可写成：
初阻力：过滤器上没有积尘的阻力称为初阻力； 终阻力：需要更换或清洗的过滤器阻力称为终阻力。
二、空气过滤器的分类
（四）亚高效过滤器
即可作为洁净室末端过滤器使用，又可作为高效过滤器的预过滤器。我国已生产的有玻璃 纤维滤纸、棉短纤维滤纸、和静电过滤器等形式，主要过滤对象为1 μm以下亚微米级微粒， 过滤效率以过滤0.5 μm微粒为准
静电过滤器
二、空气过滤器的分类
（五）高效过滤器
主要用于洁净室的终端过 滤器。国产高效过滤器滤 芯主要有超细玻璃纤维纸、 合成纤维纸和石棉纤维纸 等，主要用于过滤0.5 μm 的微粒，过滤效率习惯以 过滤0.3 μm颗粒为准，或 以0.1μm微粒为准（超高 效过滤器）。需要在粗、 中效过滤器的保护下使用。 效率评价用钠焰法评价。
四、影响纤维过滤器效率的因素
（四）过滤速度的影响 每种过滤器都有最大穿透速度。
四、影响纤维过滤器效率的因素
（五）纤维填充率的影响 增加过滤器的纤维填充率，其纤维层密实度增大，纤维间流速增大，惯性效应和拦截效率 会提高，扩散效率下降，总效率提高。但阻力也会增大得更多。 （六）气流温度、湿度和压力的影响 气流温度升高，粘度增大，重力效应和惯性效应下降，增大阻力 湿度增加，微粒穿透能力提高，降低了过滤效率，同时使静电效应消失。 气压降低，扩散和惯性效应增加，压力增加，粘度增加，惯性效应和重力效应降低。 （七）容尘量的影响 过滤效率随容尘量的增加而增大。
纤维过滤技术是空气在一定压力下通过利用纤维充填的过滤介质或者形 成的表面过滤材料时颗粒物被截留在过滤器中的空气洁净技术。按照微 粒被捕集的位置，过滤器可分为表面过滤器和深层过滤器。
一、纤维过滤技术
表面过滤器：如金属网、多孔板、化学微孔滤膜等。其中化学微孔滤膜 由于其孔隙率高、过滤效率高而被广泛应用。但表面过滤器负荷量较小， 一般适用于小流量过滤，如空气颗粒物样品采集等。
三、纤维过滤器的过滤机理
（四）重力效应 由于重力作用使微粒脱离气流而沉降到纤维表面被截留的现象。一般只在微粒较 大（>0.5微米）时存在。 （五）静电效应 由于纤维和微粒带异种电荷而产生的静电吸引，从而将颗粒截留的现象。由于一 般情况下静电荷不能长时间稳定存在，这种机理影响较小。 一般的过滤过程是上述五种作用机理的共同作用。
第二节 空气过滤器及其应用
一、空气过滤器的特性
空气过滤器的指标包括：面速/滤速、效率、阻力、容尘量、滤料的选择和 过滤器的结构等。本节只介绍前四种。
（一）面速和滤速
面速：过滤器断面上通过的气流速度（m/s），面速越大，安装过滤器所 需面积越小。
一、空气过滤器的特性
滤速：滤料面积上通过气流的速度（L/(cm2∙min)或cm/s）
（二）非稳定阶段
捕集效率和阻力随着微粒的沉积、气体的侵蚀、水蒸气的影响而变化的阶 段。尽管非稳定阶段比稳定阶段要长得多，对工业过滤器有决定意义，但 对于空气洁净技术中的高效空气过滤器则意义不大。
三、纤维过滤器的过滤机理
至少五种作用机理
（一）拦截效应
对于亚微米级颗粒随气流运动，当靠纤维表面时，尘粒与纤维接触而被拦截（阻留）下来， 叫做拦截效应。
三、纤维过滤器的过滤机理