CS246366B1

CS246366B1 - Filter element for sterile air preparation

Info

Publication number: CS246366B1
Application number: CS845979A
Authority: CS
Inventors: Radko Krcma; Oldrich Jirsak; Frantisek Pavlik
Original assignee: Radko Krcma; Oldrich Jirsak; Frantisek Pavlik
Priority date: 1984-08-06
Filing date: 1984-08-06
Publication date: 1986-10-16
Also published as: CS597984A1

Abstract

Řešení se týká filtračního prvku pro přípravu sterilního vzduchu, kterým se skládá ze základní hloubkové filtrační vrstvy vytvořené z velmi jemných skleněných vláken jemnosti pod 0,12 tex a z jedné nebo dvou vrstev tvořených netkanou textilií z vláken jemnosti 0,12 až 0,24 tex vzájemně pojených adhezivy o plošně -2 hmotnosti 0,04 až 0,2 kg.m , přičemž jednotlivé vrstvy jsou spojeny adhezivem v nuceném nebo nahodilém uspořádání ve formě míst spojů. Místa spojů jednotlivých vrstev mají průměr 0,1 až 2,0 mm a jsou vzájemně vzdálena 0,3 až 3,0 mm. Netkaná textilie je složena z vláken se schopností elektrizovat se opačně než vlákna tvořící hloubkovou filtrační vrstvu. Řešení je využitelné pro přípravu sterilního vzduchu pro biotechnologie a operační sály nebo u filtračních jednotek pro atomové elektrárny.The solution relates to a filter element for the preparation of sterile air, which consists of a basic depth filtration layer made of very fine glass fibers with a fineness of less than 0.12 tex and one or two layers made of nonwoven fabric made of fibers with a fineness of 0.12 to 0.24 tex bonded together with adhesives with an area-2 weight of 0.04 to 0.2 kg.m , with the individual layers being bonded together with adhesive in a forced or random arrangement in the form of joint points. The joint points of the individual layers have a diameter of 0.1 to 2.0 mm and are spaced 0.3 to 3.0 mm apart. The nonwoven fabric is composed of fibers with the ability to electrify in the opposite way to the fibers forming the depth filtration layer. The solution can be used for the preparation of sterile air for biotechnology and operating rooms or in filter units for nuclear power plants.

Description

Filtrační prvek pro přípravu sterilního vzduchuFilter element for sterile air preparation

Řešení se týká filtračního prvku pro přípravu sterilního vzduchu, kterým se skládá ze základní hloubkové filtrační vrstvy vytvořené z velmi jemných skleněných vláken jemnosti pod 0,12 tex a z jedné nebo dvou vrstev tvořených netkanou textilií z vláken jemnosti 0,12 až 0,24 tex vzájemně pojených adhezivy o plošně -2 hmotnosti 0,04 až 0,2 kg.m , přičemž jednotlivé vrstvy jsou spojeny adhezivem v nuceném nebo nahodilém uspořádání ve formě míst spojů. Místa spojů jednotlivých vrstev mají průměr 0,1 až 2,0 mm a jsou vzájemně vzdálena 0,3 až 3,0 mm. Netkaná textilie je složena z vláken se schopností elektrizovat se opačně než vlákna tvořící hloubkovou filtrační vrstvu.The invention relates to a filter element for the preparation of sterile air comprising a base depth filter layer made of very fine glass fibers of a fineness below 0.12 tex and one or two layers of nonwoven fabric of fineness of 0.12 to 0.24 tex relative to each other. bonded adhesives having a surface area of hmotnosti0.04 to 0.2 kg.m, wherein the individual layers are bonded by the adhesive in a forced or random arrangement in the form of joints. The joints of the individual layers have a diameter of 0.1 to 2.0 mm and are 0.3 to 3.0 mm apart. The nonwoven fabric is comprised of fibers with the ability to electrify the opposite of the fibers forming the depth filter layer.

Řešení je využitelné pro přípravu sterilního vzduchu pro biotechnologie a operační sály nebo u filtračních jednotek pro atomové elektrárny.The solution is applicable for the preparation of sterile air for biotechnology and operating theaters or for filtration units for nuclear power plants.

246 366 (51) Int Cl⁴ 246366 (51) Int Cl ⁴

B 01 D 39/06B 01 D 39/06

246 366246 366

Předmětem vynálezu je filtrační prvek plošných filtračnícu jednotek pro přípravu sterilního vzduchu pro biotechnologie a operační sály, případně filtračních jednotek pro atomové elektrárny. Je složen ze základní hloubkové filtrační vrstvy z velmi jemných minerálních vláken typu skleněných, struskových, čedičových, borosilikátových a z jedné nebo dvou vrstev netkané textilie z organických polymerních vláken střední textilní jemnosti.The object of the invention is a filter element of surface filter units for the preparation of sterile air for biotechnology and operating theaters or filter units for atomic power plants. It consists of a basic depth filter layer of very fine mineral fibers of the glass, slag, basalt, borosilicate and one or two layers of non-woven fabric of organic polymeric fibers of medium textile fineness.

K filtraci vzduchu pro sterilní provozy a jiné provozy, v nichž se vyžaduje, aby ze vzduchu byly odstraněny i částice o průměru kolem 0,2 mikrometrů se v podstatě užívají tři typy filtračních materiálů. Jsou to keramické filtrační členy, vlákenné hloubkové filtrační materiály a porézní polymerní membrány. Každý z těchto typů filtračních materiálů má svoje funkční a ekonomické přednosti a nedostatky, které rozhodují o jeho použitelnosti v jednotlivých případech.Essentially, three types of filter materials are used to filter air for sterile plants and other plants that require particles of about 0.2 microns in diameter to be removed from the air. These are ceramic filter elements, fiber depth filter materials and porous polymer membranes. Each of these types of filter materials has its functional and economic advantages and disadvantages, which determine its applicability in individual cases.

Hloubkové filtrační materiály jsou vesměs vyráběny technikou netkaných textilií^ a to především naplavovéním velmi jemných vláken velikosti pod 4, respektive pod 1 mikrometr z velmi zředěné vodné suspenze. Užívaný je také způsob tvorby filtrační vrstvy zvlékňováním polymerů v elektrostatickém poli nebo v proudu plynného media. Ve všech případech se tvoří, resp. zpracovávají velmi jemná, avšak krátká vlákna, takže vyrobený vlákenný útvar má špatné mechanické vlastnosti. Pevnost a zvláště tuhost těchto materiálů, zvláště pokud jsou vytvořeny ze skleněných vláken, které jsou pro filtrační účely i ekonomicky obzvláště výhodné, je takové, že nedovoluje s materiálem manipulovat bez nebezpečí místního poškození.Depth filter materials are generally made by the nonwoven technique, primarily by depositing very fine fibers below 4 and below 1 micron, respectively, from a very dilute aqueous suspension. Also used is a method of forming a filter layer by stripping polymers in an electrostatic field or in a gaseous medium stream. In all cases, respectively. they process very fine but short fibers so that the fiber structure produced has poor mechanical properties. The strength and especially the rigidity of these materials, especially if they are made of glass fibers, which are particularly economical for filtration purposes, is such that it does not allow the material to be handled without the risk of local damage.

246 368246 368

Proto také tyto materiály jsou prakticky použitelné pouze při vyztužení vlastní konstrukcí filtrační jednotky, to je mezi síty nebo perforovanými podložkami. Tím se snižuje filtrační plocha a účinnost jednotky. Vyztužení filtru konstrukcí filtrační jednotky dále nezamezuje mechanickému poškozování hloubkových filtrů z velmi jemných vláken většími částicemi nečistot, které se nepodařilo odstranit před filtrací, ale zejména částicemi vzniklými například korozí potrubí mezi předfiltrem a vlastním hloubkovým filtrem. Dalším problémem při použití hloubkových filtrů je známá závislost jejich filtrační účinnosti na rychlosti proudění filtrovaného vzduchu, projevující se uvolňováním již zachycených částic z filtru při výkyvech tlaku vzduchu, to je při odchýlení se rychlosti proudícího vzduchu od optimální rychlosti. Toto uvolňování se týká malých částic, s průměrem menším než je průměr vláken, které se na povrchu vláken uchycují adhezí, založenou především na vzájemných přitažlivých elektrostatických silách. Podmínkou existence těchto přitažlivých sil je vhodný elektrický stav vláken a částic, vyvolaný předchozí výměnou nosičů nábojů, zejména mezi nimi navzájem. Tento děj je právě závislý mimo jiné na rychlosti pohybu částic vůči vláknům. Uvolňování částic z povrchu vláken způsobuje jejich únik z filtru ve směru proudění a kontaminaci filtrovaného vzduchu.Therefore, these materials are also practically only useful in reinforcing the filter unit itself, i.e. between screens or perforated pads. This reduces the filter area and unit efficiency. Furthermore, the filter reinforcement by the construction of the filter unit does not prevent mechanical damage of the very fine fiber depth filters by larger particles of impurities which could not be removed prior to filtration, but in particular by particles due to corrosion of the pipe between the prefilter and the depth filter itself. A further problem with the use of depth filters is the known dependence of their filtration efficiency on the filtered air flow rate, manifested by the release of already trapped particles from the filter during fluctuations in air pressure, i.e. when the velocity of the flowing air deviates from the optimum velocity. This release relates to small particles with a diameter smaller than the diameter of the fibers that adhere to the surface of the fibers by adhesion, based primarily on mutually attractive electrostatic forces. A condition for the existence of these attractive forces is the appropriate electrical state of the fibers and particles caused by the prior exchange of the charge carriers, in particular between them. This action is dependent, among other things, on the velocity of movement of the particles relative to the fibers. The release of particles from the surface of the fibers causes them to escape from the filter in the direction of flow and contaminate the filtered air.

Uvedené nedostatky odstraňuje filtrační prvek pro přípravu sterilního vzduchu podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že se skládá ze základní hloubkové filtrační vrstvy vytvořené z velmi jemných skleněných vláken a z jedné nebo dvou vrstev tvořených netkanou textilii z vláken jemnosti 0,12 až 0,24 tex vzájemně pojených adhezivy o plošné hmotnosti 0,04 až 0,2 kg m , přičemž jednotlivé vrstvy jsou spojeny adhezivem v nuceném nebo nahodilém uspořádání ve formě míst spojů. Místa spojů jednotlivých vrstev mohou mít s výhodou průměr 0,1 až 2,0 mm a mohou být vzájemně vzdálena 0,5 ač 5,0 mm. Netkané textilie může být složená z vláken se schopností elektrizovat se opačně než vlékna tvořící hloubkovou filtrační vrstvu, jako například vláken polyesterových nebo polypropylenových.These drawbacks are overcome by the sterile air filter element of the present invention. It consists of a basic depth filter layer made of very fine glass fibers and one or two layers of non-woven fabric of 0,12 to 0,24 tex fines bonded with adhesives of 0,04 to 0 basis weight. 2 kg m, wherein the individual layers are joined by adhesive in a forced or random arrangement in the form of joints. The joints of the individual layers may preferably have a diameter of 0.1 to 2.0 mm and may be 0.5 to 5.0 mm apart. The nonwoven web may be comprised of fibers with the ability to electrify in the opposite direction to the filaments forming a depth filter layer, such as polyester or polypropylene fibers.

246246

Filtrační prvek podle vynálezu mé dobré mechanické vlast nosti potřebné z hlediska manipulace a namáhání při filtraci. Velikost a rozmístění pojících bodů mezi jednotlivými vrstvami zajišíuje schopnost netkané textilie rozvádět vzduch nejen vertikálně, ale i horizontálně, takže nedochází ke zmenšení účinné filtrační plochy vrstvy z jemných vláken. Důsledkem toho je stejně velká tlaková ztráta při průchodu vzduchu filtračním prvkem a samotnou vrstvou z jemných vláken, která se nezvyšuje vložením filtračního prvku mezi b,ěžně používané podložní perforované přepážky. Netkané textilie dále působí jako předfiltr a chrání hloubkovou filtrační vrstvu před poškozením zejména většími částicemi uvolňujícími se z přívodního potrubí.The filter element according to the invention has good mechanical properties required in terms of handling and filtering stress. The size and spacing of bonding points between the layers ensures the ability of the nonwoven fabric to distribute air not only vertically but also horizontally, so that the effective filtration area of the fine fiber layer is not reduced. This results in an equally high pressure drop when the air passes through the filter element and the fine fiber layer itself, which is not increased by the insertion of the filter element between b of the commonly used backing perforated partition. Furthermore, the nonwoven fabric acts as a prefilter and protects the depth filter layer from damage, in particular by larger particles released from the inlet duct.

Další předností filtračního prvku podle vynálezu je možnost jeho skládání protisměrným ohýbáním, čímž se zvětší filtrační plocha zařízení. Toto skládání není možné u samotných filtračních vrstev z velmi jemných vláken, jejichž struktura vede ke vzniku ostrých lomů v místě skladu s nebezpečím poškození. Výztužná netkaná textilie filtračního prvku brání vzniku zlomů. Dále svým porézním charakterem umožňuje přístup filtrovaného vzduchu κ celé ploše hloubkové filtrační vrstvy.A further advantage of the filter element according to the invention is the possibility of folding it in counter-bending, thereby increasing the filter surface of the device. This folding is not possible with the very fine fiber filter layers themselves, the structure of which leads to the formation of sharp fractures at the point of storage with the risk of damage. The reinforcing non-woven fabric of the filter element prevents fractures. Furthermore, by its porous character, it allows access of filtered air κ over the entire surface of the depth filter layer.

Další výhodou filtračního prvku podle vynálezu je zvýšení filtrační účinnosti pro nejmenší částice, resp. rozšíření oblasti optima rychlosti proudění vzduchu vzhledem k filtrační účinnosti v případě, že vlákna výztužné netkané textilie leží na opačném konci triboelektrické řady než vlákna hloubkové filtrační vrstvy, například polyesterová vlákna mají tendenci přijímat nosiče elektronů od částic, se kterými se do,stanou do kontaktu. Tím se částicím udílí pozitivní náboj. Kladně nabité částice pak mohou od skleněných vláken hloubkového filtru, která mají tendenci elektrony odevzdávat, přijmout větší počet elektronů, čímž se zvýší jejich vzájemný elektrický potenciál a přitažlivé síly, které jsou základem adheze malých částic k povrchu skleněných vláken.A further advantage of the filter element according to the invention is an increase in the filtration efficiency for the smallest particles, respectively. extending the optimum air velocity area relative to the filtration efficiency when the reinforcing nonwoven fibers lie at the opposite end of the triboelectric row than the deep filter layer fibers, for example polyester fibers tend to receive electron carriers from the particles with which they come into contact. This gives the particles a positive charge. The positively charged particles can then receive a greater number of electrons from the depth filter glass fibers, which tend to deliver electrons, thereby increasing their mutual electrical potential and the attractive forces that underlie the adhesion of small particles to the surface of the glass fibers.

246 366246 366

Vynález a jeho účinky jsou blíže vysvětleny v popise čtyř příkladů konkrétního provedení filtračního prvku pro přípravu sterilního vzduchu podle vynálezu.The invention and its effects are explained in more detail in the description of four examples of a specific embodiment of the sterile air filter element according to the invention.

Příklad 1Example 1

Filtrační prvek určený k sestavení plošné filtrační jednotky k filtraci vzduchu pro fermentory je připraven vrstvením hloubkového filtračního materiálu ze skleněných mikrovléken hydrofobně upraveného silikonovým olejem o plošné hmotnosti 80 g/m² a akrylátovou disperzí pojené textilie z polyesterových vláken o plošné hmotnosti 40 g/m². Obě vrstvy jsou spojeny při teplotě 160 °C práškovým kopolyamidem o jemnosti částic 0,15 až 0,30 mm rozmístěným nahodile sypáním v množství 15 g/m².A filter element designed to assemble a surface filtration unit for air filtration for fermenters is prepared by layering a depth filter material of glass microfibres hydrophobically treated with silicone oil of 80 g / m ² and acrylic dispersion bonded polyester fiber fabric of 40 g / m ² . Both layers are joined at 160 ° C by powdered copolyamide with a fineness of 0.15-0.30 mm distributed randomly by pouring in an amount of 15 g / m ² .

Při čelní rychlosti proudění 0,0457 m.s“¹, koncentraci olejové mlhy 2 500 mg.m'’^ a střední velikosti Částic mlhy 0,3/um byl zjištěn koeficient průniku 0,0001 % a tlakové ztráta maximálně 450 Pa.At a front flow rate of 0.0457 ms ^-1 , an oil mist concentration of 2,500 mg.m -1 and a mean mist particle size of 0.3 µm, a breakthrough coefficient of 0.0001% and a pressure drop of not more than 450 Pa were found.

Příklad 2Example 2

Filtrační materiál ze skleněných mikrovláken jako v příkladu 1 se vrství na dvojnásobnou hmotnost pomocí bodového nánosu práškového kopolyamidu při průměru bodů 1,0 mm a vzájemných vzdálenostech bodů 2 mm. Tento zdvojený materiál se jako v příkladu 1 vrství s pojenou textilií. Hotový filtrační prvek se použije k ovinutí trubkových filtračních jednotek vzduchového filtru pro potřeby potravinářského průmyslu. Dosažené výsledky byly obdobné jako v příkladu 1.The glass microfibre filter material as in Example 1 is layered to twice the weight by spot coating powdered copolyamide at a dot diameter of 1.0 mm and a spot distance of 2 mm. This double material is laminated to the bonded fabric as in Example 1. The finished filter element is used to wrap the air filter tubular filter units for the food industry. The results obtained were similar to those of Example 1.

Příklad 3Example 3

Filtrační materiál ze skleněných mikrovláken jako v přídadu 1 se vrství na dvojnásobnou plošnou hmotnost pomocí naíodile sypaného kopolyamidového' 0^C, 30 mm v množství 20 g/m². Zdvojený materiál se oboustranně povrství netkanou textilií z polyesterových vláken o plošné hmotnosti 120 g/m² pomocí kopolyamidového prášku v bodovém uspořádání s průměrem míst pojení 1,0 mm při jejich vzájemných vzdála246 366 nostech 2,0 mm. Dosažené výsledky byly obdobné jako v příkladu 1.The filter material of glass microfibers as one more also laminated to double the basis weight using bulk naíodile copolyamide '0 ^C, 30 mm in an amount of 20 g / ^m2. The double material is coated on both sides with a non-woven polyester fiber fabric of 120 g / m @ ² with a copolyamide powder in a point configuration with a bonding point diameter of 1.0 mm and a spacing of 2.0 mm between them. The results obtained were similar to those in Example 1.

Příklad 4Example 4

Filtrační prvek podle příkladu 3 se složí příčným protisměrným ohýbáním v délce 20 mm a umístí se mezi dva nosné děrované plechy filtrační jednotky. Tím se zvýší účinná plocha filtrační jednotky proti plošnému uložení až desetinásobně. Tím, že je aktivní filtrační materiál vrstven s ohebnou, pruž nou a značně porézní textilií, nedochází při ohybu ke zlomům a porušení struktury aktivní filtrační vrstvy a vysoce porézní textilie na obou stranách umožňuje průnik vzduchu celou plochou filtračního materiálu. Dosažené výsledky byly obdobné jako v příkladu 1.The filter element of Example 3 is folded by 20 mm transverse counter-bending and placed between two perforated sheets of the filter unit. This increases the effective area of the filter unit against the surface mounting by up to 10 times. By laminating the active filter material with a flexible, resilient and highly porous fabric, bending does not occur and the structure of the active filter layer and the highly porous fabric on both sides allow breakage of air through the entire surface of the filter material. The results obtained were similar to those of Example 1.

Vynález je využitelný pro přípravu sterilního vzduchu pro biotechnologii a operační sály nebo u filtračních jednotek pro atomové elektrárny.The invention is useful for the preparation of sterile air for biotechnology and operating theaters or for filter units for atomic power plants.

Claims

A filter element for the preparation of sterile air, characterized in that it consists of a basic depth filter layer made of glass fibers of a fineness below 0,12 tex and of one or two layers of non-woven fabric of fibers of a fineness of 0,32 to 0,24 tex interconnected adhesives having a basis weight of 0.04 to 0.2 kg / m @ 2, wherein the individual layers are joined by the adhesive in a forced or random arrangement in the form of joints.

2. Filter element according to claim 1, characterized in that the joints of the individual layers have a diameter of 0.1 to 2.0 mm and are spaced from one another by 0.3 to 3.0 mm.

3. Filter element according to claim 1, characterized in that the nonwoven is composed of fibers with the ability to electrify in opposite directions to the fibers forming the depth filter layer.