北京某净化空调工程设计文献综述

 2021-10-15 08:10

毕业论文课题相关文献综述

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1 引言

1.1 净化空调与常规空调系统的区别

常规的空调系统,主要是对空气的温度、湿度、风速进行调节和控制。随着科学技术的发展和社会进步以及工业生产的迫切需要,要求越来越多的空调系统要求能够控制室内空气的洁净度,即对空气中含尘粒数、细菌浓度及微生物的含量有严格的控制要求,尤其是在医院、制药工业及电子工业中运用广泛。

洁净空调是空调工程中的一种,洁净空调系统不仅要求对房间或空间的温、 湿度及风速参数进行控制,同时还对空气中含尘粒数、细菌浓度、微生物含量等有较高要求,为此相应的技术称为洁净空调技术。而对空气温度、湿度、洁净度、压力及噪声等参数根据需要进行控制的密闭性较好的空间称为洁净室。

1.2 洁净度等级划分

洁净度是根据房间内所控制空气中浮游粒子的浓度来定义洁净等级。国际单位等级与浓度的关系如下:

粒/m3=10MX(0.5/D)2.2 (1-1)

式中:

M为国际单位等级;

D为微粒直径μm。

例如,M2级,0.5μm微粒的浓度限值为:

102(0.5/D)2.2=100粒/m3

0.1μm微粒的浓度限值为:

102(0.5/0.1)2.2≈3500粒/m3

我国的洁净度沿用了英制等级称呼,把M3.5级称为100级,把M4.5级称为1000级,把M5.5级称为一万级,把M6.5级称为十万级。洁净等级数值愈小,级别愈高[1]。美国联邦标准209E的洁净度级别如表1-1所示。

表1-1美国联邦标准209E的洁净度级别

级别名称

级别限值 / 个/体积单位

0.5um尘粒数

0.5um尘粒数

体积单位

体积单位

国际单位

英制单位

m3

ft3

m3

ft3

M4.5

1000

35300

1000

247

7.00

M5

100000

2830

618

17.5

M5.5

10000

353000

10000

2470

70.0

M6

1000000

28300

6180

175

M6.5

100000

3530000

100000

24700

1750

M7

10000000

283000

61800

1750

30000

1059000

30000

7410

210

300000

10590000

300000

74100

2100

2 空气洁净技术的发展历史

洁净技术是一门新兴的技术。在科学实验和工业生产中,产品加工的精密化、等微型化、高纯度和可靠性要求具有一个受控的尘埃粒子污染的生产环境[2]。早在20世纪20年代美国航空业陀螺仪制造过程最先提出了生产环境的净化要求,为消除空气中的尘埃粒子对航空仪器的污染。飞速发展的军事工业,要求防止放射性扩散,提高原材料纯度、零件加工与装配精度,提高元器件和整机的可靠性与使用寿命等,这些都要求有一个洁净的生产环境[3]。洁净室在人们的尝试、实践中得到日益广泛的应用,工业生产技术、科学实验在应用洁净技术中获得了丰厚的回报。

20世纪50年代初,高效空气粒子过滤器HEPA(High Efficiency Particulate Air Filter)在美国问世,是洁净技术的第一次飞跃。这一成就的取得,使美国在军事工业和人造卫星制造领域建立了一些洁净室;日本从20世纪50年代开始便在半导体制造工厂中应用空气洁净技术;前苏联也在同时编制了所谓的密闭厂房典型设计。从20世纪70年代初开始,诞生了现代的生物洁净室,如在制药工业、化妆品工业、食品工业和医疗部门的手术室、特殊病室等方面的推广和应用。

国内外空气洁净技术的发展都是随着科学技术的发展、工业产品的日新月异,特别是军事工业、航天、电子和生物医药等工业的发展而不断发展的。高纯度的产品如生产集成电路所需要的单晶硅材料,生产光纤所需要的四氯化硅、四氯化锗材等已由过去的高纯度进入电子纯、超纯,只有达到入戏高的纯度才能满足现代集成电路、电子元器件、光纤产品所需要的技术条件。

20世纪60年代以来,随着科学技术的进步,医疗水平和人民生活水平的提高,来自药品、化妆品等感染病症和不良反应的问题日益一起人们的关注。人们发现,要确保药品质量,除了应遵照药典规定的特定要求、配方外,还应具有符合要求的生产环境,以防止生产过程中的微粒和微生物的污染、交叉污染,为此需制定必要的规范、标准,以控制药品生产环境,确保药品质量。

中国洁净技术的研究和应用开始于20世纪50年代末,第一个洁净室于1965年在电子厂建成投入使用,同一时期我国的高效过滤器(HEPA)研制成功投入生产。20世纪60年代是我国洁净技术的发展的起步时期,20世纪70年代末开始我国洁净技术随着各行业引进技术和设备的兴起得到了长足进步。1981年无隔板高效过滤器和液槽密封装置通过鉴定并投入生产。随后0.1μm高效空气过滤器研制成功,为研制和生产创造了有利条件。20世纪80年代我国空气洁净技术和洁净厂房建设取得了明显成果,在建设大规模集成电路工厂、研究所、彩色显像管工厂以及制药工厂的洁净室工程、洁净手术室的同时,建成了一批5级(100级)、六级(1000级)的洁净室。为了适应洁净技术的发展,同时也为了使洁净技术健康地发展,为各行业在建设洁净室工程时有法可依,在总结我国发展洁净室技术的经验基础上,吸取消化国际有关洁净室建设的标准、规范的规定,于1984年编制了我国首部《洁净厂房设计规范》(GBJ73-84)[3]

3 洁净技术的应用

洁净技术在世界上已经经历了半个多世纪的发展,其应用范围愈加广泛,而且技术要求也更为复杂。目前,它的代表性应用领域是在微电子工业、医疗卫生及食品工业等。主要有:

1. 微电子工业;

2. 半导体工业;

3. 光学工业;

4. 微机械加工业;

5. 纯化学试剂制造业;

6. 制药工业;

7. 医疗器械与移植装置的生产与包装工业;

8. 生物技术工业;

9. 食品与饮料工业;

10. 医院与其他保荐机构。

微电子工业是当前对洁净室要求最高的行业。大规模和超大规模集成电路的发展,对微尘控制要求越来越高越来越高。我国的《药品生产管理规范》(又称GMP)已在全国范围内实施,对生产环境提出了相应于工艺过程不同洁净度级别[4]。对于原料药制备、粉剂、片剂、大输液的生产、灌装等工艺,均已制定了洁净区和控制区的洁净标准。除了限制空气中尘埃粒子的大小和含量外,对生物粒子(细菌)也有明确的限制。

空气洁净技术也广泛应用于怨恨那个、精密机械、仪器仪表、精细化学等生产行业中。

4 净化空调系统原理与选择

4.1 净化空调系统设计原则

首先,生产车间内各洁净室的空气洁净度等级必须得满足生产工艺对生产环境的洁净要求,根据空气洁净等级的不同要求,选用不同的气流流型。

其次,对于面积较大、位置集中和消声减振要求严格的洁净室采用集中式净化空调系统;反之,可采用分散式净化系统[6]

4.1.1 净化空调系统的划分及选择

净化空调系统划分原则[7]

1. 一般空调系统、两级过滤的送风系统与净化空调系统要分开设置;

2. 运行班次、运行规律或使用时间不同的净化空调系统要分开设置;

(3)产品生产工艺中某一工序或某一房间散发的有毒、有害、易燃易爆物质或气体对气体工序或房间产生有害影响或危害人员健康或产生交叉污染等,应分别设置净化空调系统,以避免产生交叉污染;

(4)温、湿度的控制要求或控制精度要求差别较大的系统宜分别设置;

(5)单向流系统、非单向流系统要分开设置。

4.1.2 洁净室正压的控制

洁净室必须保持一定的正压值,以保证不受外界环境污染,它是通过使净化系统的送风量大于回风量和排风量之和的方法来达到。除在风管上设风量调节阀外,还应设正压控制装置,如回风口装空气阻尼层、压差式电动风量调节器或定风量阀,其中定风量阀门需要考虑其有效的安装距离。

我国《洁净厂房设计规范》(GB50073-2001)中对洁净室的正压控制有如下的规定:洁净室与周围的空间必须维持一定的压差,并应按生产工艺要求决定维持正压差或负压差。不同等级的洁净室以及洁净区与非洁净区之间的压差不应小于5Pa,洁净区与室外的压差不应小于10Pa[8]。《药品生产质量管理规范》(GMP.98版)中对青霉素等特殊药物生产洁净区,固体口服制剂配料、制粒、压片等工序洁净区的压差控制有下列要求:青霉素等强致敏性药物、某些甾体药物、高活性、有害药物的精制、干燥室和分装室,室内要保持相对正压,与相邻房间或区域之间要保持相对负压[8]

4.1.3 气流组织

洁净室气流组织与一般空调房间不同,它对洁净度的影响十分大,所以要从生产工艺对洁净度的要求出发,本着节约原则及配合建筑的特点来确定。

4.2 净化空调内空气处理流程

对送入洁净室的空气进行洁净度、温度和湿度处理的系统称为净化空调系统。在空气过滤方面,必须设三级甚至四级过滤,末端必须有亚高效以上过滤器。在气流组织方面,限制和减少尘粒的扩散,减少二次气流和涡流。在压力控制方面,要求室内正压或负压,最小压差在5Pa以上洁净区与室外的静压差不小于10Pa[9]。风量能耗方面,系统换气次数为15次/h以上。系统比一般空调耗能高10~20倍[10]。净化空调系统比一般空调造价高。净化空调系统除空气过滤器外还包括冷却器、加热器、加湿器等设备,其空气处理流程如图4-1所示。

图4-1 净化空调内空气处理流程图

5 洁净室(区)污染控制

5.1.1 人员的净化

很多实验数据都能说明人是洁净室(区)中最主要的污染源,因此为了减少人员的污染,进入洁净室(区)的人员必须净化:脱去外出鞋、衣,清洗身体的裸露部位,换穿合乎要求的洁净衣等。

5.1.2 物料的净化

物料通常指原料、辅料、包装材料等。这里也含盖了进入洁净区的其它物品,如:容器具、模具、输送工具、纸张、笔、配制消毒液用的化学试剂等。一般而言,物料进入洁净区前,需要在外包装清洁室(简称为物净间)内对外包装进行必要的处理,清洁并剥去外包装,对于不能拆除的外包装应清洁或擦拭,保证其表面干净,然后经气闸或货淋室进入物料存放间。

5.1.3 空气净化、排风和回风

为了实施空气净化,通常对空气采用初 中 亚高效三级过滤,洁净室(区)的净化空气可循环使用,但产尘量大的洁净室,如:固体制剂物料的粉筛、称量、混合、制粒、整粒、压片、胶囊充填、颗粒包装等如果经捕尘处理仍不能避免交叉污染时,其空气净化系统不得利用回风[11][12]。一般而言,房间排风应采用侧下排风方式,同时要求设置除尘间,除尘间要求就近布置在容易产尘的工艺设备附近,除尘间一般可以按一般生产区考虑。

6洁净空调遵循的相应规范及要求

我国关于洁净空调方面的主要规范有:《洁净厂房设计规范》(GB50073-2001)、《通风与空调工程施工质量验收规范》(GB50243-2002)、《洁净室施工及验收规范》(JGJ71-90)、《医药洁净手术部建筑技术规范》(GB50333-2002)、《药品生产质量管理规范》等[13]。系统在设计和施工时应严格遵守国家关于相关规范,保证厂房洁净要求和施工质量。

7 结语

洁净空调系统不同于一般空调系统,根据要求的洁净度等级,它的系统设计、设备选择、风管制造、安装过程的要求都比较高。洁净空调系统是空调工程的一种,它不仅对室内空气的湿度、温度、风速有一定要求,而且对空气中的含尘粒数、细菌浓度等均有较高的要求,以及去除空气中对人体有害气体的功能。因此洁净空调系统对通风工程的设计、施工均有特殊的要求和相应的技术措施 [14]

洁净室净化空调系统是整个空调系统中非常复杂的一个部分,融合了多种学科的知识,尤其是随着科技日新月异的变化,节能减排、自动控制等与洁净室净化空调系统融合在一起,这对设计与施工提出了更高的要求[15]

参考文献

[1]W.WHYTE: clean room Design second edition. John Wiley sons 1td.1999.

[2]洁净技术发展现状. 全国室内空气净化工程与技术发展研讨会文集. 北京,2001: 154.

[3]涂光备等. 制药工业的洁净与空调. 北京:中国建筑工业出版社.1999: 3-40.

[4]许敏. 某药厂粉针车间净化空调设计浅谈[J]. 医药工程设计,2001,(03):35-37.

[5]蔡杰. 空气过滤器[M].北京:中国建筑工业出版社,2002:15-19

[6]张长银. 固体制剂车间工艺设计的要求和措施[J]. 医药工程设计,2003:23-30.

[7]李晓燕,马军. 药品生产及包装洁净车间空调净化系统设计[J]. 包装工程,2004:76-79.

[8]药品生产质量管理规范,2010,(GMP).

[9]李茂仁,金驰. 洁净空调系统的应用及设计[J]. 南昌高专学报,2004 :109-110.

[10]夏增域,浑志强. 热回收技术与应用. 工厂动力,2001(2):9-12.

[11]胡廷熹. 臭氧灭菌在药品生产中的应用[J]. 医药工程设计,2001:24-27.

[12]中华人民共和国国家标准,洁净厂房设计规范, GB50073-2001:23-26.

[13]陈霖新.洁净厂房的设计与施工[M].化学工业出版社,2003,1:13

[14]张吉光.净化空调[M].国防工业出版社,2003,1:1

[15]吴辉,张执强.净化空调系统的设计与施工分析[J].工程技术,2011,29:63

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