空气洁净原理

主讲人：刘益明苏州洛河净化工程有限公司日期：二O一五年六月内容：净化工程原理01020304CONTENTS空气洁净技术概论洁净室的分类和原理洁净环境参数洁净室的气流组织和系统设计05洁净设计举例01020304CONTENTS空气洁净技术概论洁净室的分类和原理洁净环境参数洁净室的气流组织和系统设计05洁净设计举例空气洁净度的意义01加工的精密化02产品的微型化03产品的高纯度04产品的高可靠性显然，如果有微粒（固态的或者液态的）进入产品，这种微粒就可能构成障碍、短路、杂质源和潜在缺陷。上述四种要求越高，则允许存在于环境空气中的微粒数量越少，也就是洁净程度越高。因此，洁净室技术已成为科学实验和生产活动现代化的标志之一。随着现代工业的发展，对实验、研究和生产的环境要求越来越高，因而空气调节技术的内容也随之逐步扩大。现代空调技术不仅包含调节空气的温度、湿度和速度的概念，而且还包含了调节其洁净度、压力以至成分、气味的概念。洁净室技术发展第一阶段，朝鲜战争中美国发现其大量电子仪器失灵出故障。最终，美军找到了主要原因是灰尘作怪，这促成了空气洁净技术的起步，特别是高效过滤器的诞生。第二阶段，１９５７年前苏联第一颗人造卫星上天后，刺激美国加速发展宇航事业，带动洁净室技术和设备的大发展，出现了层流技术和百级洁净室，出现了第一个洁净室标准。第三阶段，１９７０年１Ｋ位的集成电路进入大生产时期，中国不久也开始集成电路会战，使洁净室技术得以腾飞。这还和药品生产对洁净室的需求进入新阶段有关，因为１９６９年世界卫生组织正式制订了ＧＭＰ（药品生产质量管理规范）。第四阶段，２０世纪８０年代大规模和超大规模集成电路的发展进一步促进空气洁净技术的发展。第五阶段，即２０世纪９０年代之后。超大规模集成电路生产取得了新发展。洁净等级及定义净化定义：指将一定空间范围内之空气中的微粒子、有害空气、细菌等之污染物排除，并将室内之温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围内，而所给予特别设计之房间。亦即是不论外在之空气条件如何变化，其室内均能俱有维持原先所设定要求之洁净度、温湿度及压力等性能之特性。01020304CONTENTS空气洁净技术概论洁净室的分类和原理洁净环境参数洁净室的气流组织和系统设计05洁净设计举例洁净室的分类工业洁净室生物洁净室洁净室用途分为以无生命微粒的控制为对象1、按用途分类8以有生命微粒的控制为对象洁净室的分类单向流洁净室非单向流洁净室（乱流洁净室）辐（矢）流洁净室混合流（局部单向流）洁净室洁净室按气流组织,分为特点：流向单一、速度均匀、没有涡流的气流整个洁净室工作区（一般定义为距地0.7~1.5米的空间）的截面上通过的气流为单向流的洁净室特点：方向多变、速度不均、伴有涡流的气流特点：风口出流为辐射状不交叉的气流:……的纵断面上通过的气流为辐流:……横断面上……为非单向流:……既有非单向流，又有单向流，两者独立存在，互不干扰2、按气流分类9单向流洁净室气流组织单向流洁净室简介：（1）名字的由来：•过去称“层流洁净室或平行流洁净室”；从美国联邦标准FS-209C(1987.10)开始正式被称为单向流洁净室（2）定义：•气流以均匀的截面速度，沿着平行流线以单一方向在全室截面上通过的洁净室。（3）特点：•在洁净室内，从送风口到回风口，气流流经途中的断面基本上没有什么变化。全室断面上的流速比较均匀，在工作区内流线单向平行，没有涡流。10图1、单向流气流组织示意图图4-1单向流气流组织送风静压箱作用：均压11图2、垂直单向流洁净室示意图图4-2垂直单向流洁净室12图3、单向流洁净室原理图图4-3单向流洁净室原理图13单向流洁净室气流组织单向流洁净室的基本原理和特性指标1、单向流洁净室的基本原理：•（1）基本原理：单向流洁净室是靠送风气流“活塞”般的挤压作用（推出作用）将室内的污染空气沿整个断面排至室外，而不是靠掺混稀释作用。又称“活塞流”、“平推流”和“被挤压的弱空气射流”。送入的洁净空气——“活塞”；需洁净的房间——“气缸”14单向流洁净室的基本原理和特性指标•（2）保证单向流洁净室特性的重要先决条件：••高洁净度和快速自净恢复能力•先决条件：有两个•（3）实现“活塞流”的重要措施：——在顶棚或墙面满布高效过滤器由于过滤器和顶棚有边框，不可能百分之百地满布过滤器过滤器的满布情况——用“满布比”表示1）来流的洁净度；2）来流的活塞流情况15面积洁净室布置过滤器截面高效过滤器净截面积满布比（4）满布比•1）定义式：•2）规定：•单向流洁净室的满布比一般情况下应达到80%；•《洁净厂房设计规范》（GB50073-2001）规定：垂直单向流洁净室满布比不应小于60%，水平单向流洁净室不应小于40%，否则就是局部单向流。单向流洁净室的基本原理和特性指标163）说明：①理想满布比为100%时（连边框都没有），过滤器后房间内含尘浓度只决定于过滤器送风浓度。②实际情况满布为一个比例时，此时就有涡流区，满布比不同的单向流洁净室，其含尘浓度是不同的。人员密度不同的单向流洁净室含尘浓度也不同，所以要适当控制单向流洁净室的人员数量。③高效过滤器布置在静压箱之外，静压箱的送风面为阻漏层时，可以将阻漏层视为高效过滤器末端的延伸，阻漏层上通气面积可以等同于过滤器面积看待单向流洁净室的基本原理和特性指标172、单向流洁净室性能的特性指标（三个）（1）流线平行度（2）乱流度（速度不均匀度）（3）下限风速（1）流线平行度1）流线平行的作用：是保证尘源散发的尘粒不作垂直于流向的传播。2）洁净区工作范围：洁净度级别是用工作区内的含尘浓度表示的，洁净区工作范围的规定如图所示。3）说明：若尘源散发尘粒的传播范围在允许范围内，则允许流线略有倾斜。但其倾斜角度应保证所散发的尘粒不超过工作人员的工作范围进入到相邻工作人员的工作范围，而对相邻区域环境造成影响。单向流洁净室的基本原理和特性指标18（2）乱流度（速度不均匀度）1）定义：速度场的集中或离散程度2）定义式：单向流洁净室的基本原理和特性指标unuuiu2)(Βμ——乱流度；——各测点的速度；n——测点数；——平均速度。uiu3）应用及物理意义：——用于不同速度场的比较——乱流度越大，说明速度场越不均匀，速度的脉动性越大，流线间质点的掺混越严重。4）取值：单向流——不宜0.2;实际中，0.3即可（对应自净时间为1min,很短)19（3）下限风速1）定义：是指保证洁净室能控制以下四种污染的最小风速①当污染气流多方位散布时，送风气流要能有效控制污染的范围；不仅要控制上升高度，还要控制横向扩散距离。②当污染气流与送风气流同向时，送风气流能有效地控制污染气流到达下游的扩散范围。③当污染气流与送风气流逆向时，送风气流应能将污染气流抑制在必要的距离之内；④在全室被污染的情况下，要能以合适的时间迅速使室内空气自净。2）说明：下限风速是洁净室应经常保持的最低风速，过滤器阻力升高，风速将下降。因此设计时要考虑这个因素确定初始风速或风量、风速可调节。单向流洁净室性能的特性指标（三个）20洁净室的分类单向流洁净室非单向流洁净室（乱流洁净室）辐（矢）流洁净室混合流（局部单向流）洁净室洁净室按气流组织,分为按气流分类21非单向流气流组织示意图图4-27非单向流气流组织示意图22洁净室系统原理演示23非单向流气流组织及其主要形式非单向流洁净室：指气流以不均匀的速度呈不平行流动，伴有回流或涡流的洁净室，以前称为“乱流洁净室”，美国FS-209C开始称为“非单向流洁净室”之后，这一称谓被国际社会普遍采用。基本原理非单向流洁净室靠送风气流不断稀释室内空气，把室内污染逐渐排出，达到平衡。24非单向流洁净室的特性指标25洁净室通风量（m3/h)洁净室体积（m3)空气洁净度等级换气次数（次/h）备注ISO6级(千级)50～60适用于层高小于4.0米的洁净室对于室内人员少和热源少的及宜采用下限值ISO7级(万级)15～25ISO8～9级(10万~100万)10～1526非单向流洁净室的换气次数的取值非单向流洁净室的特性指标要求：气流组织的作用是保证能均匀的送风和回风，充分发挥洁净气流的稀释作用。因此要求单个风口有足够的扩散作用；整个洁净室内风口布置均匀，数量尽可能多，要尽量减少涡流和气流回旋。非单向流只能达到ISO6级（千级）以下的洁净室；ISO5级(100级)或更高洁净度的洁净室，需要采用单向流洁净室。27非单向流洁净室的特性指标（2）气流组织（3）自净时间：定义：室内从某污染状态降低到某洁净状态所需要的时间。意义：反映了洁净室从污染状态恢复到正常状态的能力，因此自净时间越短越好。非单向流洁净室自净时间一般不超过30分钟。nNNt/01.0ln1ln600T——非单向流洁净室自净时间（min）;N0——洁净室原始含尘浓度，即t=0时的含尘浓度（pc/L）;N——洁净室稳态时的含尘浓度（pc/L）;n——换气次数（次/h）.28非单向流洁净室的特性指标计算式：非单向流洁净室气流组织主要形式非单向流洁净室根据送风口、回风口的构造和设置位置分为不同的气流组织形式：(1)散流器顶送(2)带扩散风口过滤器顶送(3)风口侧送(4)风口斜送(5)其他（局部孔板顶送；局部阻尼层顶送；双层壁回风顶送等）。29洁净室系统原理演示30洁净室系统原理演示31洁净室系统原理演示3201020304CONTENTS空气洁净技术概论洁净室的分类和原理洁净环境参数洁净室的气流组织和系统设计05洁净设计举例洁净室环境监测指标温度湿度风速静压差悬浮粒子沉降菌浮游菌洁净室环境监测状态空态：洁净室（区）在净化空气调节系统已安装完毕且功能完备的情况下，但是没有生产设备、原材料或人员的状态。静态静态a：洁净室（区）在净化空气调节系统已安装完毕且功能完备的情况下，生产工艺设备已安装、洁净室（区）内没有生产人员的状态。静态b：洁净室（区）在生产操作全部结束，生产操作人员撤离现场并经过20min自净后。动态：洁净室（区）已处于正常生产状态，设备在指定的方式下进行，并且有指定的人员按照规范操作。洁净室的控制参数1悬浮离子和微生物：主要影响产品纯度、交叉污染和无菌程度。2温度和相对湿度：主要影响产品工艺条件和细菌的繁殖条件、由操作舒适度带来的对产品质量的影响。3换气次数：影响洁净度和人员舒适度。4工作面截面风速：影响洁净度和人员舒适度。5静压差：影响洁净度。6照度：影响产品的工艺条件。7噪声：影响人员舒适度。8新风量：影响人员舒适度。9自净时间：代表系统的“恢复能力”。洁净室要求1、温度和相对湿度：洁净室（区）的温度和湿度应与其生产及工艺要求相适应（无特殊要求时，温度在18-26℃，相对湿度在45-65%为宜）。2、静压差：洁净室与非洁净室之间的静压差应大于10Pa；相邻不同洁净级别的洁净室之间的压差应大于5Pa；洁净区与室外压差应大于12Pa。3、风量、风速a)非单向流洁净室系统的各项实测风量及换气次数应大于各自的设计风量或换气次数，但不应超过20%；室内各风口的风量与各风口设计风量之差均不应超过设计风量的±15%。b)单向流净室实测室内平均风速应大于设计风速，但不应超过15%。4、照度：无采光的洁净区的照度为200lx-500lx,辅助用房、人员净化和物料净化用室、气闸室、走廊等宜为150lx-300lx。GMP规定，不小于300lx5、噪音：洁净室空态情况下非单向流洁净室的噪声不应大于60dB(A)。单向流和混合流洁净室的噪声不应大于65dB(A)。6、自净时间：一般单向流洁净室的自净时间为10min以内比较好，而非单向流洁净室的自净时间则应不大于30min。01020304CONTENTS空气洁净技术概论洁净室的分类和原理洁净环境参数洁净室的气流组织和系统设计05洁净设计举例洁净室气流组织合理的洁净室气流组织能使室内空气的流动符合设计要求，保证