Wpływ struktury kompozytów włókninowych na skuteczność filtracji aerozoli cieczy

Jankowski, Tomasz

doi:10.54215/PiMOSP/2.111.2022

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wpływ struktury kompozytów włókninowych na skuteczność filtracji aerozoli cieczy

Autorzy

Jankowski Tomasz

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.54215/PiMOSP/2.111.2022

Warianty tytułu

The effect of structure of nonwoven composites on the filtration efficiency of liquid aerosols

Języki publikacji

Abstrakty

Podstawowym celem bezpieczeństwa pracy przy obróbce mechanicznej, z wykorzystaniem chłodziw olejowych, jest zapewnienie użytkownikom stanowisk pracy ochrony przed ryzykiem narażenia na cząstki aerozoli cieczy. Kompozyty włókninowe zajmują znaczącą pozycję wśród materiałów filtracyjnych stosowanych w systemach wentylacyjnych procesów obróbki skrawaniem. Warstwowe kompozyty włókninowe pozwalają nie tylko na odpowiednią regulację grubości filtra, lecz także na dobór odpowiedniej struktury przekroju filtra, aby jak najskuteczniej oczyścić powietrze z polidyspersyjnego aerozolu cieczy. Celem pracy było określenie wpływu wybranych parametrów strukturalnych określonych włóknin na właściwości filtracyjne warstw materiałów włókninowych stosowanych do ochrony przed aerozolami cieczy. Badania obejmowały eksperymentalne określenie zależności pomiędzy takimi parametrami strukturalnymi włóknin, jak ich grubość i konfiguracja w warstwowym kompozycie, a parametrami procesu, takimi jak prędkość aerozolu w stosunku do skuteczności filtracji aerozolu cieczy. Skonfrontowano doświadczalne wyniki badania zmian skuteczności filtracji aerozolu przez warstwowe kompozyty włóknin z przebiegami określonymi zgodnie z obowiązującym równaniem teoretycznym dla obszaru przepływu laminarnego i burzliwego. Analiza wyników badań wykazała zależność skuteczności filtracji od parametrów strukturalnych badanych warstwowych kompozytów włókninowych (przede wszystkim grubości i konfiguracji w kompozycie) oraz parametrów procesowych obróbki (prędkości przepływu aerozolu). Zakres tematyczny artykułu obejmuje zagadnienia zdrowia oraz bezpieczeństwa i higieny środowiska pracy będące przedmiotem badań z zakresu nauk o zdrowiu oraz inżynierii środowiska.

The primary goal for workplace safety in mechanical processing using oil coolers is to provide users with workplaces which will protect against the risk of exposure to liquid aerosol particles. Nonwoven composites have a significant position among the filter materials used in ventilation systems for machining processes. Layered nonwoven composites not only allow for the proper adjustment of the filter thickness, but also for selecting the right filter cross section structure for the most efficient air cleaning from the polydisperse liquid aerosol. The purpose of the work was to determine the influence of selected structural parameters of the chosen nonwovens on the filtration properties of the nonwoven layer composite materials used to protect against the risk of liquid aerosols. The study included experimental determination of the relationship between such structural parameters of nonwovens as their thickness and composition of layered composites, and process parameters such as aerosol velocity relative to liquid aerosol filtration efficiency. Experimental results of the study of changes in the efficiency of aerosol filtration through layered composites of nonwovens with the courses determined in accordance with the applicable theoretical equation for the area of laminar and turbulent flow were confronted. Analysis of the research results showed the dependence of filtration efficiency on the structural parameters of the tested nonwoven composite layers (primarily thickness and composition of layered composites), mechanical processing parameters (aerosol flow velocities). This article discusses the problems of occupational safety and health, which are covered by health sciences and environmental engineering.

Słowa kluczowe

wentylacja skuteczność filtracji filtry włókninowe nauki o zdrowiu inżynieria środowiska

ventilation filtration efficiency fibrous filters health sciences environmental engineering

Wydawca

Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy

Czasopismo

Podstawy i Metody Oceny Środowiska Pracy

Rocznik

2022

Tom

Nr 1 (111)

Strony

23--51

Opis fizyczny

ibliogr. 39 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jankowski Tomasz

tojan@ciop.pl

Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy, 00-701 Warszawa, Czerniakowska 16 POLAND

https://orcid.org/0000-0003-3620-9407

Bibliografia

1. Agranovski I.E., Boskovic L., Altman I.S. i in. (2006). Filtration of particles with different shapes on fibrous filters. Proceedings book of the Seventh International Aerosol Conference, 10-15 september 2006, St. Paul, Minnesota, USA, 328–329.
2. Agranovski I.E., Braddock (1998). Filtration of Liquid Aerosols on Wettable Fibrous Filters. AIChE J. 44(12), 2775–2783.
3. Albrecht W., Fuchs H., Kittelmann W. (2002). Nonwoven fabrics: raw materials, manufacture, applications, characteristics, testing processes. Wiley-VCH, Veinheim.
4. Bredin A., Mullins B.J. (2012). Influence of flow-interruption on filter performance during the filtration of liquid aerosols by fibrous filters. Sep. Purif. Technol. 90, 53–63.
5. Brown R.C. (1993). Air filtration – an integrated approach to the theory and applications of fibrous filters. Pergamon Press, Oxford.
6. Charvet A., Gonthier Y., Gonze E. i in. (2010). Experimental and modeled efficiencies during the filtration of a liquid aerosol with a fibrous medium. Chem. Eng. Sci. 65, 1875–1886.
7. Charvet A., Thomas D. (2017). Filtration of Liquid Aerosols, in: Thomas, D., Charvet, A., Bardin-Monnier, N., Appert-Collin, J.-C. (Eds.), Aerosol Filtration. Elsevier, 161–188.
8. Clement C.F., Dunnett S.J. (2004). A study of the effect of deposition on fibrous filter efficiency. J. Aerosol Sci. II, 771–772.
9. Conder J.R., Liew T.P. (1989). Fine mist filtration by wet filters-II: efficiency of fibrous filters. J. Aerosol Sci. 20(1), 45–57.
10. Earnest G.S. (2000). Fundamental study of filter loading with liquid aerosols, PhD Thesis, University of Minnesota.
11. EN 1822-1:2019 High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA). Part 1: Classification, performance testing, marking.
12. Frising T., Thomas D., Bemer D., Contal P. (2005). Clogging of fibrous filters by liquid aerosol particles: Experimental and phenomenological modeling study. Chem. Eng. Sci. 60, 2751–2762.
13. Gac J.M., Gradoń L. (2012). Modeling of axial motion of small droplets deposited on smooth and rough fiber surfaces. Coll. Surf. A. 414, 259–266.
14. Gac J., Jackiewicz-Zagórska A., Werner Ł., Jakubiak S. (2018). Numerical modeling of solid deposits reorganization during consecutive solid-liquid aerosol filtration. Influence on the dynamics of filtration efficiency. J. Aerosol Sci. 119 [https:// doi.org/10.1016/j.jaerosci.2018.02.008].
15. González L.F., Joubert A., Andrès Y., Liard M., Renner C., Coq L. Le (2016). Filtration performances of HVAC filters for PM10 and microbial aerosols — Influence of management in a lab-scale air handling unit. Aerosol Sci. Technol. 50, 555–567 [https://doi.org/10.1080/02786826.2016.1167833].
16. Gougeon R., Boulaud D., Renoux A. (1996). Comparison of data from model fiber filters with diffusion, interception and inertial deposition models. Chem. Eng. Comm. 151, 19–39.
17 Kamiński M., Gac J.M., Sobiech P., Kozikowski P., Jakubiak S. (2020). Filtration of aerosols containing graphite nanoparticles or their mixture with water droplets on single and multi- -layer fibrous filters Sep. Purif. Technol. 237, 116378 [https:// doi.org/https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.116378].
18. Kasper G., Schollmeier S., Meyer J. (2010). Structure and density of deposits formed on filter fibers by inertial particle deposition and bounce. J. Aerosol Sci. 4, 1167–1182.
19. King A., Mullins D.J. (2011). A new computational fluid dynamics solver to simulate capture, coalescence and drainage in coalescing filter media. [In:] 24th Annual Conference, American Filtration and Separations Society, Louisville, USA.
20. Kuwabara S. (1959). The forces experienced by randomly distributed parallel circular cylinders or spheres in a viscous flow at small Reynolds numbers. J. Phys. Soc. Japan, 14(4), 527–532.
21. Mead-Hunter R., Braddock R.D., Kampa D., Merkel N., Kasper G, Mullins B.J. (2012). The relationship between pressure drop and liquid saturation in oil-mist filters - predicting filter saturation using a capillary based model. Sep. Purif. Technol. 104, 12–129.
22. Mead-Hunter R., King A.J.C., Kasper G., Mullins B.J. (2013). Computational fluid dynamics (CFD) simulation of liquid aerosol coalescing filters. J. Aerosol Sci. 61, 36–49.
23. Mullins B.J., Agranovski I. E., Braddock R. D. (2003) Particle bounce filtration of particles on wet and dry filters. Aerosol Sci. and Technol. 37, 1–14.
24. Mullins B.J., Agranovski I. E., Braddock R. D. (2004) Simultaneous capture of two types of aerosol (water/oil and solid/ water) on fibrous filters. J. Aerosol Sci. II, 1239–1240.
25. Mullins B.J., Braddock R.D., Agranovski I.E. (2011). Modelling droplet motion and interfacial tension in filters collecting liquid aerosols. Mathematics and Computers in Simulation 81 (2011) 1257–1271.
26. Mullins B.J., Kasper G. (2006). Filtration of oil mists – Realtime measurement of filter saturation and drainage. Proceedings book of the International Aerosol Conference, Minneapolis, USA, 338–339.
27. Müller T.K., Meyer J., Thébault E., Kasper G. (2014). Impact of an oil coating on particle deposition and dust holding capacity of fibrous filters. Powder Technology 253, 247–255.
28. Payet S., Bouland D., Madelaine G., Renoux A. (1992). Penetration and Pressure Drop of a HEPA Filter During Loading with Submicron Liquid Particles. J. Aerosol Sci. 23(7), 723–735.
29. Podgórski A., Jackiewicz A. (2008a). Filtration of aerosol particles in polydisperse fibrous filters. I – Models formulation. Proceedings book of abstracts of EAC 2008, Saloniki, Grecja, 2008.
30. Podgórski A., Jackiewicz A. (2008b). Modele filtracji nanoaerozoli w polidyspersyjnych filtrach włókninowych [Models of nanoaerosol filtration in polydisperse nonwoven filters]. Inż. Ap. Chem. 6, 41–42.
31. Pośniak M., Zapór L., Oberbek P., Miranowicz-Dzierżawska K., Skowroń J., Jankowski T. (2020). Emerging chemical risks in the working environment. CRC Press / Taylor & Francis Group.
32. Qian F., Zhang J., Huang Z. (2009). Effects of the operating conditions and geometry parameter on the fibrous filter. Chem. Eng. Technol. 32(5), 789–797.
33. Raynor P.C., Leith D. (1999). Evaporation of accumulated multicomponent liquids from fibrous filters. Ann. Occup. Hyg. 43(3), 181–192.
34. Raynor P.C., Leith D. (2000). The Influence of Liquid on Fibrous Filter Performance. J. Aerosol Sci. 31(1), 19–34.
35. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 30 października 2002 r. w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy w zakresie użytkowania maszyn przez pracowników podczas pracy (DzU 2002, nr 191, poz. 1596 z póź. zm.) [Polish legal act].
36. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 26 września 1997 r. w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy (DzU 1997, nr 129, poz. 844 z późniejszymi zmianami) [Polish legal act].
37. Spurny K.R. (1998). Advances in aerosol filtration. Lewis Publishers.
38. Willeke K., Baron P.A. (2001). Aerosol measurement. Principles, Techniques and Applications. John Wiley & Sons, Inc.
39. Ziebold S.A. (2000). Demystifying mist eliminator selection. Chemical Engineering Magazine 5, 94–102.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-b2f8c92a-47d4-4474-91f9-86e112be693b