第八章洁净厨房空调净化系统设计.docx

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第八章洁净厨房空调净化系统设计

第八章制药洁净厂房空调净化系统设计

引言

实施GMP的目的是在药品的制造过程中，防止药品的混批、混杂、污染及交叉污染。

它涉及到药品生产的每一个环节，而空气净化系统是其中的一个重要环节。

药品生产企业洁净室的头等重要任务是要控制室内浮游微粒及细菌对生产的污染，使室内的生产环境的空气洁净度符合工艺要求。

第一节药厂洁净区的环境控制要求

药厂洁净区环境控制的主要目的是为了防止因污染或交叉污染等任何危及药品质量的情况发生。

药厂洁净技术应用一定要根据生产的药品类型、生产规模和中、长期发展规划来进行。

　　药厂洁净室关键技术主要在于控制尘埃和微生物。

作为污染物质，微生物是药厂洁净室环境控制的重中之重。

药厂洁净区设计的总原则是：

（1）合理平面布置；

（2）严格划分区域；

　　（3）防止交叉污染；

　　（4）方便生产操作。

第二节净化空调系统的空气处理

引言

送入洁净室的空气，不但有洁净度的要求，还要有温度和湿度的要求，所以除了对空气滤尘净化外，还需加热或冷却，加湿或去湿等各种处理。

这套空气处理系统称之为净化空调系统。

一、空气过滤器

常用的空调净化用过滤器有粗效（初效）过滤器、中效过滤器、亚高效过滤器、高效过滤器四类,其国内分类如表8-2所示。

表8-2　空气过滤器的分类

　　注：

表中效率根据国际GB/T14295—93、GB13554—92

　　在空气洁净技术中，通常是将几种效率不同的过滤器串联起来使用。

其配置原则是：

相邻二级过滤器的效率不能太接近，否则后级负荷太小；但也不能相差太大，这样会失去前级对后级的保护。

从吸入新风开始，一般分为三级过滤。

第一级使用初效过滤器，第二级使用中效或亚高效过滤器，第三级使用高效过滤器，个别也可能分四级，好在第三级之后，再增加一级高效过滤器。

　　空气洁净度100000级及高于100000级的空气净化处理，应采用初效、中效、高效空气过滤器三级过滤，其中100000级空气净化处理也可以采用亚高效空气过滤器代替高效空气过滤器。

洁净度300000级空气净化处理，宜采用初效、中效过滤器二级过滤，但需经计算确定。

　　另外，根据过滤器是否可以清洗回收,又分为可清洗型、不可清洗型以及耐清洗型。

选择过滤器时考虑；固制剂车间为30万级洁净区，最末一级过滤器可选择高效过滤器或亚高效过滤器,亚高效过滤器的容尘量较大，从成本上考虑选用亚高效过滤器较为适宜。

对末端过滤器起保护作用的前二级过滤器有初效过滤器、中效过滤器，其选择宜合适，前置过滤器,因为实际运行操作中清洗时易造成不易察觉的破损，严重缩短末端亚高效过滤器的使用寿命,导致提高运行成本。

（一）初效过滤器（或称粗效过滤器）

　　初阻力≤3mm水柱，计数效率（对0.3μm的尘埃）≤20%。

初效过滤器主要用作对新风及大颗粒尘埃的控制，靠尘粒的惯性沉积，滤速可达0.4～1.2m/s，主要对象是>10μm的尘埃。

其滤材一般采用易于清洗更换的粗中孔泡沫塑料或WY-CP-200涤纶无纺布（无纺布是不经过织机，而用针刺法，簇绒法等把纤维交织成织物，或用粘合剂使纤维粘合在一起而成）等化纤材料，形状有平板式、抽屉式、自动卷绕人字式、袋式。

近年来滤材用无纺布较多，渐渐代替泡沫塑料。

其优点是：

无味道、容量大、阻力小、滤材均匀、便于清洗，不象泡沫塑料那样易老化，成本也下降。

初效过滤器由箱体、滤料和固定滤料部分、传动部分、控制部分组成。

当滤材积尘到一定程度，由过滤器的自控系统自动更新，用过的滤材可以水洗再生，重复使用。

（二）中效过滤器

　　初阻力≤10mm水柱，计数效率（对0.3μm的尘埃）达到20%～90%，滤速可取0.2～0.4m/s。

中效及高中效过滤器主要用作对末级过滤器的预过滤和保护，延长其使用寿命，主要对象是1～10μm的尘粒。

一般放在高效过滤器之前，风机之后。

滤材一般采用中细孔泡沫塑料，WZ-CP-Z涤纶无纺布、玻璃纤维等，形状常做成袋式及平板式、抽屉式。

图8-1为抽屉式及袋式中效过滤器。

（三）亚高效过滤器

　　初阻力≤15mm水柱，计数效率（对0.3μm的尘粒）在90%～99.9%。

亚高效过滤器用作终端过滤器或作为高效过滤器的预过滤，主要对象是5μm以下尘粒，滤材一般为玻璃纤维滤纸、棉短绒纤维滤纸等制品。

（四）高效过滤器（HEPA）

　　初阻力≤25mm水柱，计数效率（对0.3μm的尘埃）≥99.97%。

高效过滤器作为送风及排风处理的终端过滤，主要过滤小于1μm的尘粒。

一般放在通风系统的末端，即室内送风口上，滤材用超细玻璃纤维纸或超细石棉纤维滤纸，其特点是效率高，阻力大，不能再生。

高效过滤器能用3～4年。

它对细菌（1μm）的穿透率为0.0001%（10-6），对病毒（0.03μm）的穿透率为0.0036%，所以高效过滤器对细菌的过滤效率基本上是100%，即是说通过高效过滤器的空气可视为无菌。

为提高对微小尘粒的捕集效果，需采用低滤速，以cm/s计，故滤材需多层折叠，使其过滤面积为过滤器截面积的50～60倍。

图8-2为高效过滤器形状。

二、除尘排风系统

（一）常规风循环系统

　　常见的净化空调系统其特点是（如图8-3）：

　　１、经处理的新风与回风混合后送入洁净室

　　新风过去部用粗效空气过滤器过滤。

这一做法现在已得到发展：

新风本身经过粗效、中效和亚高效过滤器组合的新风处理装置（或称净化新风机组）的过滤。

这样做的结果大大减少了系统中有关部件——例如加热器、表冷器等的堵塞，而堵塞现象曾造成室内新风量锐减、人员昏厥的事件发生。

图8-3　常规循环风系统

　　净化空调系统新风量远大于一般空调系统，系统中尘粒的90％多来源于新风，而尘粒又是细菌的载体，富含细菌需要的营养，因此将给系统带来污染。

所以，新风处理是系统中的重要环节。

新风过滤采用粗效、中效、亚高效三级过滤是最理想的做法。

　　２、在送风机之后、送风口之前，设有中效过滤器

　　中效过滤器应设于风机正压段，就连系统中的消声器也应放在它的前面。

这是因为这种中放过滤器又称预过滤器，是送风口上高效过滤器的保护者。

　　室内回风口上也必须设中效、最低为粗效的过滤器，这是防止系统和室内双向污染、气流倒灌、风口阻力微调和改善观瞻的需要。

　　３、在送风口上设有亚高效或高效过滤器

　　亚高效或高效过滤器一般应设于最末端，这是净化系统区别于一般空调的最主要特征。

　　４、净化系统一般设置单风机而不设双风机

　　因为双风机在回风系统阻力较小、系统阻力平衡设有做好或房间高度太高等情况下易在室内形成负压，而室内正压是大部分洁净室所必须维持的。

（二）全新风系统

　　有毒有害有味生产工艺的设计全部采用室外空气的系统，其能量消耗最大，见图8-4。

图8-4　全新风系统

　　其特点是：

　　１、全部空气量都来自室外，经过处理后送入室内。

　　２、室内的回风口不是把空气吸回系统，而是通过排风管道送出室外，每个房间可以单独排放，也可以几个房间联合排放。

　　３、排风量小于送风量时，室内保持正压，反之为负压。

（三）局部排风系统

　　车间内有局部污染的连续生产（例如片剂车间的工艺粉尘），设计应规定在生产期间都要局部抽排。

依据操作的需要，可以分为连续局部排风系统（见图8-5）和间歇局部排风系统（见图8-6）。

图8-5　连续局部排风系统

　　１、连续局部排风的特点

（1）将生产部位散发的污染通过吸气罩集中后排至室外，或经过处理再送入回风系统吸气速度大则污染散逸至室内的就少，但消耗能量也大。

（2）排出多少风量就要用多少新风补充。

　　（3）排风量大于室内送风员时，室内为负压，反之为正压。

　　２、间歇局部排风的特点

（1）一般是将生产部位散发的污染通过吸气罩集中后排至室外，或回收后排至室外，而不再送入回风系统。

图8-6　间歇局部排风系统

（2）给室压控制带来困难，一般可使排风与新风（也可专设）匹配、联锁；或与回风匹配、联锁；或在送风上设变风量控制装置。

　　相对而言，固体制剂车间产尘较多，如粉碎、过筛、制粒、干燥、整粒、总混、压片等，以及中药材的前处理、提取、浓缩以及动物脏器、组织的洗涤或处理等生产操作，必须与其制剂生产严格分开。

中药材的蒸、炒、炙、煅等炮制操作应有良好的通风、除烟、除尘、降温设施。

筛选、切片、粉碎等操作应有有效的除尘、排风设施。

GMP实施指南建议粉碎、称量、配料、混合、制粒、压片、包衣、灌装等工序的空气净化系统，如经处理仍不能避免产生交叉污染时，则不能利用回风。

工艺除尘系统示例（见图8-7）。

图8-7　工艺除尘系统示例

　　（3）多品种、多粉尘作业区宜采用直排风方式，并设粉尘捕集装置。

空气净化送回风示意图（可参考图8-8）。

即：

图8-8　原料药送、回、排风设置示意图

　　①室内同时设置回风及排风，风量相同，车间所有排风系统均与相应的送风系统连锁,即排风系统只有在送风系统运行后才能开启，避免不正确的操作，以保证洁净区相对室外正压。

工序产尘时开除尘器，关闭回风；不产尘时开回风，关闭排风。

为了操作方便可将所有控制开关设置在操作室内。

②必要时设置前室,前室相对公共走道为正压，前室相对工作室为正压。

这样确保公共走道空气不流经工作室，而工作室（产尘）空气不流向公共走道，从气流组织上避免交叉污染。

同时，可降低室内噪音向外界的传播。

③辅机房设送回系统,顶送顶回方式，辅机房相对公共走道为负压，而确保辅机房空气不流向公共走道。

④滤袋振打式除尘机工作时噪音相当大，局部达到92分贝，超出GMP对噪音低于70分贝（动态测试）的要求，应使用低噪音的设备。

三、空气消毒系统

实际生产时,由于机器的运行、人流、物流、建筑物表面尘粒等原因,均会引起细菌的滋生（其中人员的污染是主要方面），这样洁净室（区）内空气必须进行消毒处理。

目前制药企业对洁净室采用较普遍的消毒灭菌方法归纳起来有以下几种：

（一）紫外灯杀菌

　　在洁净层流罩、传递窗、风淋室、洁净工作台或者整个洁净室内安装紫外灯，利用车间生产间隙、洁净室内无人时，开启紫外灯灭菌。

该方法的使用效果有限，不作为最终灭菌的方法。

（二）消毒液气体熏蒸

　　对洁净室空调净化系统等采用消毒液气体熏蒸的方式进行消毒。

使用较普遍的消毒液有甲醛、戊二醛等。

可以直接在洁净室内蒸发消毒液，也可以将消毒液气体直接送入空调净化系统再送入洁净室内，消毒液蒸发时辅助以约30分钟的空调净化系统的闭式循环运行。

然后对洁净室进行密闭熏蒸约8个小时，车间生产前对洁净室进行空吹（空气置换），如果是用甲醛消毒，在空吹前可熏蒸氨水气体送入洁净室用来中和甲醛残余物。

因为用化学薰蒸法（如甲醛）灭菌，灭菌后室内残留气体单纯靠室内局部设置的单机除尘机系统排风，排风时间要相当长才能将残留气体排掉。

（三）臭氧消毒

　　将臭氧发生器安装在空调机组内或送回风管道上，或将臭氧发生器置于洁净室内消毒。

消毒操作中辅助以约30分钟的空调净化系统的闭式循环运行，车间生产前对洁净室进行空吹（空气置换），这完全可以达到消毒效果，这种消毒方式对洁净室内无二次污染，对操作人员安全无害。

　　一般来说，制药厂洁净区面积较大时多用中央空调净化系统完成对各洁净区的净化消毒。

甲醛熏蒸的弊病不少，用臭氧消毒来代替是一个好方法。

其方法是将臭氧发生器直接放在空调净化系统的风道中，称为内置臭氧发生器。

臭氧随着风道的气流，送入各洁净区，对洁净区进行消毒灭菌，剩余臭氧吸入回风口，由中央空调带走。

也可以将臭氧发生器放在中央空调风口的外面，将臭氧打入中央空调的风道中，然后被送入各洁净室，称为外置式臭氧发生器。

外置式臭氧发生器安装检修方便，但制造成本要高一点。

两种方法消毒效果都是一样的。

按照卫生部消毒规范的要求，对空气消毒的臭氧浓度是5ppm，但事实上，洁净区的消毒不仅是对空气的消毒，实际上还包括了对物体表面的消毒，所以，设计的浓度为10ppm。

应用臭氧发生器，各洁净区在40分钟内，臭氧浓度均达到10ppm以上，菌检全部合格。

每天上班前开机二小时，下班时关机，就可以保证一天内洁净区的浮游菌和沉降菌达到GMP规定的要求。

可见，臭氧消毒完全替代了令人头痛的甲醛熏蒸大消毒，使非生产作业减少，能耗减少，取得了满意的效果。

　　消毒灭菌通常与排风问题在设计时一同考虑。

可在总回风管与空气调节室间设一旁路排风管通至屋顶，并在屋顶设一带中效过滤器尘机组，需排风时开启旁路排风阀及屋顶滤尘机组，关闭总回风管，这样可将洁净室空气全部排除，由空气调节室补充新风。

正常运行时,则开启总回风管、关闭旁路排风阀及屋顶滤尘机组。

臭氧具有强烈的杀菌消毒作用,且对人体无毒害作用，对环境无污染。

将臭氧发生器安装在空调净化系统或回风管道中与被控制的洁净区采用循环式的灭菌主要方法，其效果比化学药剂薰蒸法要理想得多。

当然这项目需成本投入，但因灭菌时间短、操作简便安全。

四、洁净区气流组织

为了特定目的而在室内造成一定的空气流动状态与分布，通常叫做气流组织。

一般来说，空气自送风口进入房间后首先形成射入气流，流向房间回风口的是回流气流，在房间内局部空间回旋的则是涡流气流。

为了使工作区获得低而均匀的含尘浓度，洁净室内组织气流的基本原则是：

要最大限度地减少涡流；使射入气流经过最短流程尽快覆盖工作区，希望气流方向能与尘埃的重力沉降方向一致；使回流气流有效地将室内灰尘排出室外。

　　气流组织原则：

减少涡流；使射入气流经过最短流程覆盖工作区，气流方向与尘埃重力沉降方向一致；回流气流有效地将室内灰尘排出室外（见表8-3）。

主要有以下两种形式：

（一）层流洁净室，按气流方向又可分为垂直层流、水平层流和局部层流

　　１、垂直层流多用于灌封点的局部保护和层流工作台。

垂直层流室高效过滤器满布布置在天棚上，由侧墙下部或整个格栅地板回风，空气经过工作区时带走污染物。

由于气流系垂直平行流，必须有足够气速，以克服空气对流，垂直断面风速需在0.25m/s以上，换气次数400次/h左右，气流速度的作用是控制多方位污染、同向污染、逆向污染，并满足适当的自净时间。

所以因操作时产生的污染物就不会落在工作台上去。

实现工作区无菌无尘达到100级洁净度。

用于分装灌封点的局部保护。

但造价和运转费用很高。

典型垂直层流室见图8-9。

　　２、水平层流多用于洁净室的全面洁净控制。

水平层流室高效过滤器满布布置在一面墙上，作为送风墙，对面墙上满布回风格栅作为回风墙。

洁净空气沿水平方向均匀地从送风墙流向回风墙。

离高效过滤器越近，空气越洁净，可达100级洁净度,依次下次便可能是10000级。

室内不同地方得到不同等级的洁净度。

水平层流多用于洁净室的全面洁净控制。

但造价比垂直层流低。

典型水平层流室见图8-10。

　　３、局部层流装置在局部区域内提供层流空气，如洁净工作台、层流罩及带有层流装置的设备,如针剂联合灌封机等。

局部层流可放在1万级、10万级环境内使用，使之达到稳定的洁净效果，并能延长高效过滤器的使用寿命。

乱流洁净室的气流组织方式和一般空调没有多大区别，即在部分天棚或侧墙上装高效过滤器，作为送风气流方向是变动的，存在涡流区，故较层流洁净度低，它可以达10000级。

室内换气次数愈多，所得的洁净度也愈高。

乱流洁净室气流组织形式主要有：

全孔板顶送，局部孔板顶送，流线型散流器顶送；带扩散板或不带扩散板顶送，侧送等形式。

工业上采用的洁净室绝大多数是乱流式的。

因为它具有构造简单，高效过滤器的安装和堵漏方便，初投资和运行费用低，改建扩建容易等优点，所以乱流式洁净室在医药生产上普遍应用。

乱流洁净室原理示意图见图8-11。

　　洁净室气流组织按表8-3选用。

在气流组织中，送风口应靠近洁净度高的工序；回风口应布置在洁净室下部，易产生污染的设备附近应有回风口；余压阀应设在系统的下风侧；非单向流洁净室内设置洁净工作台应远离回风口；洁净室内局部排风装置应设在工作区气流的下风侧。

表8-3　气流组织形式

（三）局部净化

　　①局部净化的概念  为降低造价和运转费，在满足工艺条件下，应尽量采用局部净化。

局部净化仅指使室内工作区域特定的局部空间的空气含尘浓度达到所要求的洁净度级别的净化方式。

局部净化比较经济，可采用全室空气净化与局部空气净化相结合的方法。

如局部100级平行流装置可布置在10000级环境内使用。

图8-12表示将送风口布置在局部工作区的顶部或侧部，以形式垂直或水平层流，可达到局部区域的高洁净度。

②洁净隧道  以两条层流工艺区和中间的乱流操作区组成的隧道形式洁净环境的净化处理方式叫洁净隧道。

这是目前推广采用的全室净化与局部净化相结合的典型净化方式，被称为第三代净化方式。

　　洁净隧道型式：

按照组成洁净隧道的设备不同，可分为台式洁净隧道（见图8-13），棚式洁净隧道、罩式洁净隧道（见图8-14）和集中送风式洁净隧道。

　　洁净隧道的特点有：

　　a.在隧道内造成不同的洁净度，从而充分利用不同洁净气流的特性，最大限度地满足工艺要求。

一般隧道内的两侧是高洁净度的层流工作区，中间是乱流的操作活动区。

工艺区连成一条龙，使用方便，人员的活动也不会引起交叉污染。

　　b.在隧道内减少了层流面积，基建和运行费用比全室净化的垂直层流洁净室节约三分之一以上。

乱流操作区净高较层流区高得多，能满足人员舒适感的要求。

　　c.洁净隧道的局部净化设备、工业管道以及工艺辅助设备的维修均可在技术夹层内进行。

由于技术夹层相对于洁净隧道为负压，因此，维修工作不会引起洁净隧道的污染，维修工作可在不停止生产的情况下进行。

　　d.洁净隧道可按一定规模配置净化空调系统。

因此，空调系统可通用化、系列化，从而可以大大缩短设计周期。

　　e.一般情况下，洁净隧道对于建筑方面的要求比较简单，只要具备乱流洁净室的环境，即可满足要求。

五、特殊设置要求

（一）烘房

　　烘房是产湿、产热、产尘之处，如果将烘房排气先排至洁净操作室内再排至室外，则会影响工作室的温湿度。

因此，烘房排气系统不设辅机房，将洁净室排风系统与烘房排气系统相连，而将带中效过滤器的滤尘机组直接安装在屋顶上。

另外，为避免烘箱操作对洁净室气流组织的影响，在洁净室的排风系统设置不与烘房相连的排风口，其阀门的开关与烘箱的排湿阀连锁，即排湿阀开时，排风口关。

此种设计烘房的湿热排风不会影响烘房和洁净室的温度和气流组织。

（二）粉碎

　　粉碎机高速运转时，除产尘外，局部亦会产生大量的热量，按照要求10万级洁净区的换气次数≥15次/h，但具体换气次数的确定，应根据热平衡及风量平衡加以验证。

粉碎时产尘量和噪音相当大，为防噪音和粉尘向外界传播，一定要设置前室。

另外，粉碎属原辅料的前处理，与固体制剂车间制粒一般不会同时进行，且一般情况下原辅料采购后，为减少损耗，应按原辅料批号（不是按投料批号）一批批大量处理，因此粉碎室应设独立的空调净化系统，以减少日后生产时的能源成本。

（三）铝塑包装间

　　原设计铝塑包装间气流组织采用顶送侧下回,换气次数按风量平衡计算达18次/h，但实际应用中发现：

　　１、铝塑包装机工作时产生PVC焦臭味，而非工作间不设排风系统只设回风,导致吸塑工序工作时整个K-1系统（包括粉碎、制粒、压片、包衣、内包装等工序）洁净区内均充满臭味这一重大缺陷。

　　２、铝塑包装机（采用远红外线加热）工作时产生大量热量,虽换气次数达到要求，但实际工作时洁净操作间温度过高,操作工作均感不适,这是对热量平衡计算不当的设计所致。

可采用以下设计，如图8-15。

（1）排风系统采用顶排，排风口位于铝塑包装机热合位置的上方。

不设辅机房，直接将滤尘机组装于屋面上。

（2）送风系统采用顶送，回风系统采用顶回方式。

（四）高效包衣室

　　高效包衣采用大量的有机溶媒，根据安全要求高效包衣及其有关洁净工作室应设计为防爆区。

防爆区采用全部排风，不回风，防爆区相对洁净区公共走廊为负压,为保证防爆区稳定的相对负压，其送风系统（K-1）与排风系统（KP-3）（指办公区排风系统）联锁，即只有在KP-3运行的情况下才能开展K-1，关KP-3时K-1同时停止运行。

这种设计在安全问题上考虑比较周到，但在洁净区相对室外正压上欠妥当。

因为洁净区相对室外正压的送风全部由K-1系统的洁净区公共走廊送风提供，而防爆区排风系统KP-3与K-1联锁，所以在每次空调系统运行时都会出现短暂的洁净区公共走廊相对室外负压。

解决此问题的方法,可以为防爆区设立独立送风系统,即与洁净区公共走廊送风分开,每次运行空调系统时，先运行除防爆区外的洁净区送风系统，然后开防爆区排风系统，再开防爆区送风系统，这样既保证了防爆区一直相对洁净区公共走廊负压，又保证了洁净区稳定的相对室外正压。

图8-15　铝塑包装间排风设计