فیلتراسیون اتاق تمیز

فیلتراسیون اتاق تمیز

هر هوایی که وارد محیطی می شود نیاز به فیلتراسیون دارد. سیستم تهویه در اتاق تمیز که شامل فیلترهای متفاوت جهت جداسازی ذرات معلق موجود در هوا و آلودگی ها ، نیز سیستم فیلتراسیون اتاق تمیز نام دارد. تصفیه هوا شامل جداسازی ذرات هواست. روش حذف بر حسب اندازه ذرات متفاوت است و در مراحل مختلفی صورت می گیرد. تکنیک جداسازی آن ها نیازمند آگاهی دقیق از نوع ذرات است. هنگامی که ذرات خیلی کوچک باشند همانند مولکول های فاز گازی رفتار می کنند و مشکل است بگوییم آن ها در هوا معلق هستند یا مانند بخار در سراسر هوا منتشر شده اند.

کمترین مرز جداکردن ذرات 0.01 میکرون است. می توان گفت جدایش ذرات کمتر از این سایز امکان ندارد و نیازمند تکنیک های مواد گازی است و بالای این سایز قابل تفکیک می باشد.

تمام هوای وارد شده به اتاق تمیز باید از یک یا چند فیلتر گذر کرده باشد. فیلتر های HEPA & ULPA بیشترین کاربرد را در این مورد دارند.

فیلتر های هوا از کانال ها ، درزگیر ها ، قاب ، نگه دارنده و لایی تشکیل شده است. هوا از بالا وارد فیلتر شده ، از فیلتر گذر می کند ، پاک شده و از انتهای آن خارج می شود. هرچه راندمان فیلتر بالاتر باشد هوای تمیز تری در خروجی داریم.

فیلتر های HEPA از سال ها قبل مورد استفاده قرار می گرفت ، اما با پیشرفت تکنولوژی و نیاز به محیط های تمیزتر اخیرا از فیلتر های ULPA استفاده می شود. در مورد هر فیلتر دو پارامتر حائز اهمیت است. پارامتر اول بازده یک فیلتر است که در حقیقت بازده تصفیه ذرات معلق است. این مقدار در فیلتر های هپا تا حدود 99.99% است و در فیلتر های اولپا تا حدود 99.999% است. و پارامتر دوم حداقل اندازه ذراتی است که توسط فیلتر از هوا خارج می شود. این مقدار در فیلتر های هپا 0.3µm و در فیلتر های اولپا 0.13µm می باشد.

مراحل تمیز کردن هوای ورودی توسط فیلتراسیون در اتاق تمیز

• پیش فیلتر کردن ذرات بزرگی که توسط فیلتر فلزی انجام می شود.
• از فیلتر های با بازده بالاتر برای جداسازی ذرات کوچک تر از هوا توسط فیلتر کیسه ای انجام می شود.
• استفاده از فیلتر هایی با بازده بسیار بالا که توسط ULPA فیلتر انجام می شود.
• استفاده از فیلتر نهایی که توسط فیلتر هپا انجام می شود.

 نکته: هوای درون اتاق های تمیز از طریق فیلتر های HEPA & ULPA به صورت خطی و متلاطم به جریان در می آید.

تصفیه هوای اتاق تمیز

برای تصفیه ذرات هوا یا گاز ، دستگاه ها و روش های مختلفی وجود دارد. طراحی هر یک از آن ها برای برآورده کردن مقصود خاصی است. مثلا روش و دستگاه مربوط به تصفیه ذرات کوچکتر از 0.1 میکرون با تصفیه هوای مربوط به ذرات 5 میکرون و بالاتر هوا متفاوت است. به طور کلی برای تمیز کردن هوا روش هایی مانند روش های جاذبه ای ، اینرسی ، شست و شو ، صافی ( فیلتر ) و استفاده از اثر الکتروستاتیکی وجود دارد. در این روش ها عمده وزن ذرات هوا تصفیه می شود.

ذرات 0.1 میکرونی موجود در هوا کمتر از 1% وزن کل ذرات را شامل می شوند ولی از نظر تعداد 65% آن را تشکیل می دهد. برای جلوگیری از ورود آلودگی های هوا به محیط مورد نظر ، تصفیه هوا با استفاده از فیلتر است. فیلتر کردن یا فیلتراسیون ، فرآیندی است که در آن یک مایع و یا گاز ( سیال) به دلیل اختلاف فشار یا اختلاف پتانسیل الکتریکی یا اختلاف غلظت از فیلتر عبور می کند. با انجام عمل فیلتراسیونی ذراتی که اندازه حفره های فیلتر کوچک تر هستند از آن عبور کرده و ذرات با اندازه بزرگتر ، از سیال جدا می شوند و در پشت فیلتر می مانند.

در فرآیند تصفیه ایده آل ، ذرات دائما در اولین برخورد ، جذب الیاف فیلتر شده و یا به ذرات جذب شده می چشبند. برای ذرات کوچکی که در جریان هوا با سرعت کم قرار دارند، انرژی چسبندگی ( نیروهای وان دروالسی ) تا حد زیادی از انرژی جنبشی ذرات بیشتر است. در این حالت بعید است ذراتی که قبلا بین الیاف فیلتر گیر کرده اند، از فیلتر جداشوند. توانایی فیلتر برای جمع اوری ذرات و عمل تصفیه هوا به طور عمده ناشی از پدیده های فیزیکی و مکانیکی زیر است:

اثر گیر اندازی ( Straining effect )

ذرات بزرگ تر از 0.1 میکرون حین عبور از منافذ کوچک صافی ، متوقف می شوند و ذرات کوچک تر عبور می کنند . ذرات پس از برخورد ، سعی می کنند تا با لغزیدن و انحراف از محل برخورد، مسیر فواصل را طی کرده و فرار کنند ولی به علت نیروهای چسبندگی میان ذرات با سطح فیبر ها در محل های بین رشته ها متوقف می شوند. هرچه تراکم و دانسیته فیبر های سازنده محیط بیشتر باشد، احتمال شکار این ذرات توسط الیاف بیشتر می گردد.

اثر جدایی ( Interception effect )

 ذرات کوچک هوا در حین عبور از الیاف فیلتر با بدنه آن ها تماس پیدا می کنند و جذب می شوند. هرچه منافذ عبوری کوچک تر باشد امکان تماس ذرات و در نتیجه جذب آن ها بیشتر می شود.

اثر اینرسی ( Inertia effect )

ذرات بزرگ در حین حرکت دارای نیروی اینرسی بیشتری هستند . این ذرات هنگام عبور هوا از منافذ فیلتر ، از مسیر چرخش یافته هوا پیروی ننموده و مستقیما به الیاف فیلتر برخورد می نماید و متوقف می شود. در این حالت اگر سرعت هوا بیشتر و ذرات بزرگتر باشند، تصفیه ذرات ناشی از اثر اینرسی بیشتر می شود.

اثر پراکندگی ( Diffusion effect )

ذرات کوچک و سبک کاملا از مسیر جریان هوا پیروی نمی کنند و حرکتی مغشوش و نا منظم دارند . حین عبور جریان هوا از منافذ ، بعضی از این ذرات مسیر جداگانه ای را طی کرده و به بدنه الیاف فیلتر برخورد می کنند. هرچه سرعت جریان هوا کمتر و منافذ کوچکتر شود امکان توقف ذرات ناشی از این اثر افزایش می یابد. این اثر با کاهش سرعت عبور جریان هوا بین مواد فیلتر ، الیاف نازک تر و زمانی که تعداد الیاف با تراکم بافت بیشتر باشد ، افزایش می یابد.

اثر الکتروستاتیک ( Electrostatic effect )

اثرات الکتروستاتیک بین الیاف فیلتر و ذرات نیز می تواند حائز اهمیت باشد ، به ویژه برای الیاف پلیمری مصنوعی که در ابتدا می تواند به صورت الکتروستاتیکی بسیار شارژ شده باشد. اثرات الکتروستاتیک به شارژ بین الیاف و ذرات بستگی دارد. این اثر با کاهش سرعت بین مواد فیلتر با قطر الیاف کوچک تر افزایش می یابد. همچنین زمانی که تعداد بیشتری از الیاف با تراکم فیبر زیاد وجود داشته باشد، افزایش می یابد. شارژ الکتروستاتیک را مشکل بتوان کنترل کرد و در نتیجه راندمان در فیلتر نو متفاوت خواهد بود. در شرایط بهره برداری واقعی، این اثر خنثی کننده است. به علاوه در سطح شارژ اولیه ، افت در راندمان و نهایتا به نوع گرد و غبار بستگی خواهد داشت. در محیط های شهری که انتشار گاز های خروجی از اگزوز وسایل نقلیه وجود دارد ، این خاصیت در مواد فیلتر به سرعت خنثی شده و تنها مکانیزم مکانیکی فیلتر باقی خواهد ماند.

اثر الکتروستاتیک می تواند با ترکیب عوامل مکانیکی در مکانیزم فیلترینگ افزایش می یابد. در این فیلتر جذب ذرات در فضای بین الیاف فیلتر. که به طور معمول بسیار بزرگ تر از اندازه ذرات است. به طور عمده در اثر پراکندگی و جدایی صورت گرفته است. کوچک بودن منافذ صافی ، عامل موثر و مشترک تمام اثر های فوق برای تصفیه هوا است. البته بدیهی است منافذ نمی توانند آن قدر کوچک باشند که ذرات عبور نکنند و افت شدید در سیستم ایجاد شود.

راندمان جذب ذرات فیلتر هوا

از مجموعه عملکرد مکانیزم های مختلف فیلتراسیون اتاق تمیز ، راندمان کل فیلتر به دست می آید. بدیهی است که فرض کنیم که راندمان دارای یک مقدار حداقل است. دو اثر جدایی و اینرسی با بزرگ تر شدن اندازه ی ذرات افزایش می یابد، در حالی که اثر پراکندگی کاهش می یابد. بنابراین باید اندازه ذراتی که باید فیلتر شوند مشخص باشد. در حالی که تشخیص نوع ذراتی که به طرف فیلتر می روند و جذب آن می شوند، غیر ممکن و یا خیلی مشکل است. راندمان پایین بستگی به سرعت ذرات و مواد استفاده شده در فیلتر دارد. در سرعت پایین اثر پراکندگی افزایش می یابد و راندمان حداقل به سمت ذرات بزرگتر حرکت می کند. شکل زیر راندمان کل و هر یک از مکانیزم های تصفیه در یک فیلتر را نشان می دهد. این منحنی نشان می دهد که منحنی بازده جمع آوری ذرات در محدوده 0.1 میکرون تا 0.3 میکرون حداقل است.