关键词：活性炭，穿透时间，估算，有机蒸气，呼吸器，Wheeler-Jonas方程

3.2。使用Wheeler-Jonas方程的曲线配件

近年来，使用Wheeler-Jonas方程4 - 6），8）讨论了呼吸器气体过滤器的有机蒸汽穿透曲线。理论方程也可用于估算有机蒸汽活性炭床的使用寿命。该等式在下面详细给出（等式（1））。

 

 

哪里：

t b =突破时间[分钟]

W e =碳的吸附容量[g / g-carbon]

W =碳床重量[g]

C 0 =挑战蒸气浓度[g / cm 3或ppm]

C =突破浓度[g / cm 3或ppm]

Q =气流速率[cm 3 / min]

ρ 乙 =碳的体积密度[克/厘米3 ]

k v =吸附率系数[min -1 ]

我们使用以上等式（1）的以下简化来进行实验穿透曲线的近似计算。

 

 

 

 

哪里：

A，B =常数[min]

上述等式（1） - （3）没有直接表示测试气体中湿度影响的术语。

3.2.1。相对湿度（RH）依赖性

补充图。图11和图2（e）中示出了曲线拟合结果在不同的相对湿度，使用环己烷蒸气突破数据（RH = 40％-70％）平衡与惠勒-乔纳斯方程。随着相对湿度的增加，图中的突破曲线移动到较短的突破时间区域。当RH> 50％时，相对湿度对穿透时间的减少效果显着。相反，在RH = 40％-50％的干燥条件下，穿透曲线几乎没有变化。另一方面，Wheeler-Jonas方程显示了在本研究中测量的所有相对湿度下环己烷穿透数据的良好一致性。图1（c）显示了相对湿度对活性炭床和试验气体预处理的影响。如图所示，两种相对湿度对突破曲线的减少都有一定的影响。

10种类型的有机蒸汽的穿透曲线的湿度依赖性的测定结果示于图1中。图2（a） - （j）的和补充表表1。1。突破曲线的湿度依赖程度因有机蒸气的种类而异; 然而，在许多情况下，突破曲线随着相对湿度的增加而移动到较短的突破时间区域。与此相反，只有甲醇显示出相反的结果。我们还测量类似地使用干活性炭床（在75℃下，35克和17.5克（补充图。干燥突破数据图2）2）在RH = 50％或60％时加湿的有机蒸气。在图中，与加湿活性炭床的曲线相比，使用干燥活性炭床将大多数有机蒸气的穿透曲线移动到更长的穿透时间区域。另一方面，甲醇显示出相反的结果，并且甲醇的湿度依赖性的差异是明显的。

Wheeler-Jonas方程显示了与本研究中测量的所有相对湿度的突破数据大致相符。特别地，图2（a） - （j）中RH = 50％（活性炭床和测试气体的预处理）的曲线拟合的平均相关系数是0.9982。然而，无论有机蒸汽的类型如何，方程近似的相关系数随着相对湿度的增加而逐渐减小（图2（k））。

3.2.2。对碳重量和挑战浓度的依赖性

我们接下来主要使用环己烷蒸气穿透数据检查了穿透曲线对活性炭床重量和有机蒸气挑战浓度的依赖性。图3（a）（b）显示了在不同碳床重量（17.5g和35g）下Wheeler-Jonas方程的环己烷和2-丙醇蒸气穿透数据和曲线拟合结果。该等式在近似中显示出与每个突破数据大致良好的一致性。与另一个17.5g床相比，使用两倍重量的活性炭床（35g）测量穿透数据。对于简单的预测，与17.5克床相比，预计35克床对每个突破浓度的突破时间是两倍。图3（c）（d）显示突破时间比率（t 35 g / t 17.5 g）由等式（2）的近似曲线计算。

哪里：

吨 17.5克，吨35克的17.5克和35g =突破时间被激活图使用等式（2）通过计算近似碳床。图33 [分钟]

环己烷和2-丙醇的两个穿透时间比（t 35g / t 17.5g）在较高的穿透浓度区域中从约150至300ppm接近2。相反，在约1ppm < C <50ppm 的下部区域中，两个相对穿透时间比明显超过2.此外，在区域C<2ppm中，穿透时间比也显示出显着的升高。简而言之，突破时间比率在低突破浓度区域敏感地变化。

另一方面，图3（e）（f）显示了环己烷蒸汽穿透数据和曲线拟合结果与Wheeler-Jonas方程在不同的挑战浓度（RH = 50％，300 ppm和800 ppm时300 ppm和600 ppm）在RH = 60％时）。以与碳床重量相关的相同方式，图3（g）（h）显示突破时间比（（t 300 ppm / t 600 ppm），（t 300 ppm / t 800 ppm））并由近似曲线计算得出等式（2）。

哪里：

吨 300ppm的，吨600ppm的，吨800ppm的 =与攻击浓度300，600和800 ppm的使用等式通过近似计算（2）所示的活性炭床的穿透时间。图33 [分钟]

两个突破时间比（（t 300ppm / t 600ppm）和（t 300ppm / t 800ppm））都接近预期值，在突破浓度的宽区域内为2或8/3。

3.3。与NIOSH MultiVapor TM 2.2.3 估计突破时间的比较

国家个人防护技术实验室，NIOSH（美国国家职业安全与健康研究所），疾病控制和预防中心发布了用于估算空气净化呼吸器滤芯或活性炭床的突破时间和使用寿命的软件，NIOSH MultiVapor 2.2.3™（以下简称为“MultiVapor”）在其网站上10，11）。该软件基于Wheeler-Jonas方程及其扩展，并作为目前实验室研究的科学信息提供; 然而，它的未来发展也适用于工作场所。在这项研究中，我们考虑了湿度对使用MultiVapor进行突破时间估计的影响。该软件需要三类输入信息来估计突破时间如下。

（1）关于呼吸器滤芯和含有活性炭的信息，用于去除有机蒸气。

（2）关于有关有机蒸气的信息。

（3）与呼吸器使用条件有关的数据的信息。

本研究中使用的主要输入条件如表1（b）所示。作为推荐用于MultiVapor施加微孔体积，碳颗粒平均直径，吸附电位（苯），和对水的亲和力系数的典型值12，13） 。我们在标准化的估算计算中使用5ppm作为突破浓度的值。通过等式（2）的近似计算5ppm的实验突破时间。MultiVapor输出三向估计; 普通估计，最小估计和最大估计。的由MultiVapor突破时间估计表明根据在RH实验数据= 50％（图4的（a） - （c）中，补充表表2）。2）。与此相反，它显示从实验数据在高相对湿度区域（RH> 50％）明确的不一致（图4（d） - （F），补充表表22）。

4.2。与NIOSH MultiVapor TM 2.2.3 估计突破时间的比较

如上所述，MultiVapor输出三种类型的估计，并且结果的采用对于软件的使用也是重要的。因此，MultiVapor对突破时间的估计与RH = 50％时的实验数据表现出良好的一致性（图4（a） - （c））。然而，详细地说，与上述结果中的其他类型的估计相比，最大估计是不充分的。相反，普通的和最小的估计在该研究中，根据实验数据，因此通过从所述两个估计的判断相似物难以12，13） 。

另一方面，MultiVapor的应用留下了一个问题，特别是在高相对湿度区域。在RH> 50％的地区，MultiVapor似乎容易高估突破时间。目前，MultiVapor在该地区的应用并不顺利，需要进一步改进软件。