Принципы улавливания аэрозоля
Существует два типа противоаэрозольных фильтров - абсолютные и не-абсолютные. Для улавливания частиц абсолютные фильтры используют "сито" из волокон, так что частицы, которые крупнее чем поры в фильтре не могут проникнуть через него. Но большинство фильтров, использующихся в респираторах - не абсолютные, что означает, что в них есть поры более крупные, чем улавливаемые частицы. В таких фильтрах для улавливания частиц используется сочетание эффекта зацепления, инерциального улавливания, диффузии и осаждения под действием электрических сил. То, какое именно сочетание этих способов проявится при улавливании, зависит от скорости протекания воздуха через фильтр и размера частиц. Ниже приводится краткое описание способов улавливания частиц.
а. Эффект касания.
Когда поток воздуха достигает фильтровальное волокно, расположенное на его пути поперёк потока, то чтобы обогнуть волокно, поток разделяется и сжимается. Обогнув волокно, поток снова соединяется (Фиг. 2-13). Если центр частицы, движущейся в этом потоке, окажется на расстоянии от волокна, меньшем радиуса частицы, то частица сталкивается с поверхностью волокна и захватывается им. Вероятность улавливания частиц таким способом возрастает с увеличением размера частиц. При улавливании частиц этим способом они движутся в струйке воздуха, не меняя своё положение, то есть - не двигаясь относительно воздуха.
b. Гравитационное осаждение
За счёт гравитационного осаждения улавливаются только крупные (больше 2 мкм) частицы. Поскольку для улавливания частиц этим способом используется сила тяжести, то скорость движения воздуха через фильтр должна быть низкой (Фиг. 2-14).
с. Инерционное улавливание.
При встрече с фильтровальным волокном поток воздуха сильно и быстро меняет направление движения (чтобы его обогнуть). А достаточно тяжёлые, инерционные частицы не могут сделать такой поворот, и избежать столкновения с волокном, и они ударяются о поверхность волокна (Фиг. 2-15). Инерция частиц зависит от их размера плотности, скорости и формы.
Маленькие частицы движутся под воздействием ударов молекул воздуха. Такие частицы могут случайным образом пересекать линию течения струйки воздуха и сталкиваться с волокном, мимо которого они проходят (Фиг. 2-16). Это случайное движение зависит от размера частиц и от температуры воздуха. При уменьшении размеров частиц и увеличении температуры диффузионная подвижность частиц увеличивается. Это увеличивает вероятность улавливания частиц. Уменьшение скорости движения воздуха через фильтр также увеличивает вероятность улавливания, поскольку частица находится рядом с волокном больше времени.
При электростатическом осаждении и у фильтровального волокна, и у частицы есть заряды (противоположные). Поэтому частица притягивается к волокнам (Фиг. 2-17). Этот механизм улавливания улучшает осаждение частиц другими способами, особенно за счёт диффузии и зацепления.
Как уже упоминалось ранее, полное сочетание механизмов улавливания, которое будет осаждать частицы на волокнах фильтра, зависит от нескольких факторов. Но всё-таки можно сделать некоторое обобщение. Большие частицы улавливаются за счёт инерции и зацепления. Лёгкие большие частицы улавливаются за счёт диффузии и зацепления. Очень маленькие частицы улавливаются за счёт диффузии.
* Примечание к переводу:
Сейчас для изготовления противоаэрозольных фильтров очень широко используется полимерное фильтровальное волокно, несущее электрический заряд. Это позволяет улавливать мелкодисперсный аэрозоль, не увеличиваю сопротивления дыханию. При увлажнении (например, при фильтрации масляного аэрозоля, воздействии влажного выдыхаемого воздуха на материал фильтрующей полумаски при низкой температуре) такое волокно теряет заряд, и его фильтрующие свойства ухудшаются.
Как оказалось, у фильтров с электростатическим зарядом есть и другие недостатки. Чем дольше находится частица около волокна, тем больше времени на неё действуют электрические силы, и наоборот. При повышенных скоростях движения воздуха через такой фильтр эффективность улавливания мелкодисперсного аэрозоля снижается.
Полезная информация: