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空氣過濾器及空氣凈化設(shè)備在無菌灌裝間空調(diào)凈化的應(yīng)用
在以往這么多的潔凈技術(shù)和空氣凈化案例中空氣過濾器及空氣凈化設(shè)備在無菌灌裝間空調(diào)凈化的應(yīng)用特為重要,冷灌裝工藝具有很強(qiáng)的科學(xué)性，對環(huán)境、設(shè)備要求嚴(yán)格。正確實(shí)現(xiàn)果汁、灌裝設(shè)備、灌裝材料的無菌處理以及灌裝環(huán)境的空氣凈化空調(diào)過濾器選擇技術(shù)是無菌冷灌裝技術(shù)的關(guān)鍵。本文將以果汁飲料的PET瓶灌裝為例，討論無菌冷灌裝技術(shù)及其灌裝環(huán)境的凈化空調(diào)設(shè)計(jì)來分析空氣過濾器及空氣凈化設(shè)備在無菌灌裝間空調(diào)凈化的應(yīng)用。
無菌冷灌裝間冷灌裝的工藝要點(diǎn)

    根據(jù)潔凈生產(chǎn)車間生產(chǎn)工藝和空氣潔凈等級將果汁車間分區(qū)布置。瓶蓋消毒、沖瓶、無塵灌裝和無塵封蓋過程在無菌灌裝間內(nèi)完成，其空氣凈化級別為5級（原標(biāo)準(zhǔn)為100級）。所有接觸果汁飲料的設(shè)備、物品甚至空間都必須經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌。

1　瓶子無菌

由于PET材料不耐熱，一般采用化學(xué)試劑進(jìn)行滅菌，且不能讓化學(xué)試劑影響到果汁。無菌灌裝采取了以下措施：要求初吹制的瓶子原始菌落數(shù)不超過5cuf／瓶；瓶子采用250ppm的二氧化氯消毒液浸泡30s；浸泡槽做局部5級凈化；消毒劑有自動回收和濃度測定系統(tǒng)，保證消毒劑濃度穩(wěn)定；瓶子消毒后輸送至灌裝間，用無菌水將瓶中殘留的消毒劑沖洗干凈，再用無菌潔凈空氣吹干，保證殘留消毒劑不會對物料產(chǎn)生影響。

2　蓋子無菌

蓋子殺菌可采用臭氧熏蒸法，在臭氧消毒柜中進(jìn)行，臭氧濃度為1％左右，時間為25～30分鐘。臭氧消毒柜放置在無菌間內(nèi)，滅菌后的蓋子直接上灌裝機(jī)。

3　果汁無菌

與熱灌裝相比，無菌間冷灌裝對果汁殺菌是采用UHT超高溫瞬時殺菌，溫度135～1500C、時間3～5秒。物料受熱時間短，營養(yǎng)成分損失很少，品質(zhì)和口感也沒有明顯變化。

4　灌裝設(shè)備無菌　

無菌冷灌裝的主體設(shè)備要求符合衛(wèi)生級設(shè)計(jì)，在管道和閥門技術(shù)、材料表面的刨光、重要區(qū)域的表面設(shè)計(jì)、選擇抗腐蝕材料等幾方面都有嚴(yán)格的要求。目前一般采用將消毒機(jī)、沖瓶機(jī)、灌裝機(jī)和旋蓋機(jī)組合成四合一機(jī)組，采用隔離罩將臺面以上部分全密封，做局部5級空氣凈化，灌裝間做8級空氣凈化[3]；也可采用三合一機(jī)組在灌裝間內(nèi)且不加密封罩，在整個灌裝間做5級空氣凈化。本設(shè)計(jì)將采用后一種方式。

沖瓶機(jī)一般采用插入式噴嘴，可進(jìn)行多次無菌水沖洗、瀝干，使得殘留濃度小于0.1ppm。灌裝閥采用非接觸式流量計(jì)定量灌裝，有效防止二次污染。帶有完整的全自動清洗（CIP）系統(tǒng)、殺菌（SIP）系統(tǒng)以及設(shè)備外部泡沫清洗系統(tǒng)（COP）。旋蓋機(jī)可采用磁懸浮式擰蓋頭，采用抓蓋上蓋方式。封蓋前用無菌水沖洗瓶螺口，封蓋后用無菌水對瓶外表進(jìn)行沖洗。

另外，無菌冷灌裝設(shè)備還會添加一套氮?dú)猓ɑ蚱渌栊詺猓┲脫Q系統(tǒng)，上蓋前將灌裝好的瓶子頂部空氣吹走，保證果汁不被氧化。

5　操作人員凈化　

  在整個環(huán)境體系中，操作人員是大的污染源。空氣過濾器及空氣凈化設(shè)備在無菌灌裝間空調(diào)凈化的應(yīng)用中空調(diào)系統(tǒng)在凈化空氣的同時，好的解決方案是安裝KLC全自動風(fēng)淋室潔凈設(shè)備,可以讓人員在進(jìn)入車間前進(jìn)行有高效空氣過濾器過濾的高品質(zhì)空氣吹淋凈化,還很好地降低了人員帶來的污染。操作人員在進(jìn)入5級凈化間時，要經(jīng)過嚴(yán)格的消毒程序，使操作人員在不破壞其無菌環(huán)境的情況下進(jìn)行操作。人員凈化程序：換鞋→更外衣→淋浴→更潔凈工作服→手消毒→全自動風(fēng)淋室→進(jìn)入潔凈室。

空氣過濾器及空氣凈化設(shè)備在無菌灌裝間空調(diào)凈化的應(yīng)用工程實(shí)例　

      冷灌裝的無菌灌裝空間主要靠空調(diào)過濾器系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，冷灌裝車間相對其它產(chǎn)品的生產(chǎn)車間而言，它的空調(diào)系統(tǒng)相對比較復(fù)雜，而且房間面積小，凈化級別要求高，設(shè)計(jì)和施工難度較大。下面是一個6000b／h的PET果汁飲料灌裝線，其灌裝間長度為4.5ｍ,寬3.9ｍ,平面呈長方形,凈化建筑面積17.55ｍ2；理瓶間長4.5ｍ，寬2.7ｍ，其中浸泡槽做局部5級凈化，面積0.96ｍ2，其余做8級凈化，建筑面積11.19ｍ2；更衣室（包括走廊等）凈化建筑面積共計(jì)23.76ｍ2。
車間墻體、門、頂均采用50ｍｍ厚的企口型聚苯乙烯泡沫(難燃型)夾心彩鋼板，地面采用環(huán)氧樹脂自流坪，燈具采用不銹鋼凈化日光燈，潔凈區(qū)內(nèi)地漏采用不銹鋼潔凈地漏，進(jìn)門安裝風(fēng)淋室\貨淋室\風(fēng)淋機(jī)\風(fēng)淋門潔凈風(fēng)淋設(shè)備,更衣室及緩沖間的門，傳遞窗均裝電子連鎖裝置,室內(nèi)未端安裝高效送風(fēng)口。
1　凈化系統(tǒng)劃分　
   根據(jù)無菌冷灌裝的生產(chǎn)要求,該車間空氣凈化分兩個級別,其劃分如下(送回風(fēng)平面圖見圖2、圖3):(1)灌裝系統(tǒng):包括灌裝間和瓶子浸泡槽，凈化級別5級，凈化面積18.51ｍ2。（2）輔助系統(tǒng)：包括理瓶間、換鞋、一次更衣、淋浴、風(fēng)淋室\換潔凈工作服、手消毒、風(fēng)淋通道，凈化級別8級，凈化建筑面積34.95ｍ2。
2　室內(nèi)溫濕度　
     一般生產(chǎn)車間：冬季溫度20～22℃，相對濕度30％～50％；夏季溫度24～26℃，相對濕度50％～70％。人員凈化及生活用室：冬季溫度16～20℃，夏季溫度26～30℃。溫濕度的確定主要是根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的要求確定,果汁飲料對溫濕度無特殊要求,所以根據(jù)以上規(guī)范以及車間系統(tǒng)控制程度,確定兩個凈化系統(tǒng)夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)為ｔ=24±2℃、Φ=60±10%，冬季設(shè)計(jì)參數(shù)為ｔ=18±2℃、Φ=40±10%。

3　室內(nèi)正壓　

為防止外部空氣污染凈化區(qū)，整個凈化系統(tǒng)需對外界保持一定正壓。根據(jù)文獻(xiàn)[4]規(guī)定，不同等級的潔凈室以及潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的壓差，應(yīng)不小于5Pa，潔凈區(qū)與室外的壓差，應(yīng)不小于10Pa。對兩個不同級別的凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)了壓力梯度，并在適當(dāng)位置設(shè)置了微壓差計(jì)，用于監(jiān)測及控制房間的相對壓差。

4　新風(fēng)量　

為維持正壓必須補(bǔ)充一定的新風(fēng)量。另一方面，由于凈化區(qū)密封性好，工人在其中工作，必須補(bǔ)充新風(fēng)以滿足衛(wèi)生需求。本設(shè)計(jì)新風(fēng)量的確定取下列二項(xiàng)中的大值:(1)補(bǔ)償室內(nèi)排風(fēng)量和保持室內(nèi)正壓之所需新鮮空氣量之和；(2)保證供給潔凈室內(nèi)每人每小時的新鮮空氣量不小于40ｍ3[5]。

潔凈空調(diào)過濾器系統(tǒng)的計(jì)算

1　凈化空調(diào)風(fēng)量　

系統(tǒng)風(fēng)量根據(jù)負(fù)荷計(jì)算風(fēng)量和換氣次數(shù)風(fēng)量兩者取大值。
系統(tǒng)換氣次數(shù)按如下確定:
8級:換氣次數(shù)ｎ≥15次/小時。
5級：垂直層流，斷面風(fēng)速V≥0.25m/s

2　冷熱負(fù)荷　

根據(jù)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)、新風(fēng)比例、濟(jì)南地區(qū)室外氣象參數(shù)計(jì)算系統(tǒng)冷熱負(fù)荷。夏季總冷負(fù)荷為25.5Kw,冬季總熱負(fù)荷為8.5Kw。

根據(jù)負(fù)荷計(jì)算風(fēng)量均小于根據(jù)換氣次數(shù)計(jì)算的風(fēng)量，故兩個系統(tǒng)分別選用了20000ｍ3/ｈ、2000ｍ3/ｈ風(fēng)量組合式空調(diào)機(jī)組各一臺。

空氣凈化.空氣過濾系統(tǒng)　

1.凈化空氣的空氣過濾器選用　

凈化空氣過濾器方式采用初效過濾器、中效袋式過濾器、高效空氣過濾器三級過濾，其中初效過濾器、中效袋式過濾器設(shè)于組合式空調(diào)機(jī)組箱體內(nèi)，高效空氣過濾器設(shè)于送風(fēng)系統(tǒng)末端。8級室內(nèi)潔凈空氣系統(tǒng)采用亂流型,氣流組織為上送下側(cè)回；5級房間采用垂直層流(凈化工作臺的送風(fēng)方式)，頂棚滿布百級高效空氣過濾器。設(shè)計(jì)時曾考慮灌裝間的灌裝設(shè)備加密封罩做局部5級層流，后考慮到氣流組織比較困難，而且灌裝間面積也不是很大，根據(jù)生產(chǎn)工藝需要，決定采取全室性5級空氣凈化，層流面積達(dá)到18.51ｍ。為使空氣過濾器及空氣凈化設(shè)備在無菌灌裝間空調(diào)凈化的應(yīng)用該系統(tǒng)安裝簡單、控制方便、效果更佳，決定采用集中送風(fēng)垂直層流方式。在層流房間潔凈棚的頂棚內(nèi)設(shè)送風(fēng)管道，管道側(cè)開口裝5級高效空氣過濾器，頂部采用微孔板并加阻尼層，使空氣經(jīng)高效空氣過濾器后送入潔凈凈化區(qū)。回風(fēng)口設(shè)在側(cè)墻下側(cè)，通過回風(fēng)夾墻與回風(fēng)總管相連后通過回風(fēng)總管回至空調(diào)過濾器凈化機(jī)組。

2　凈化空氣的處理　

空氣處理是將室外引入的新鮮空氣和回風(fēng)經(jīng)過一系列的制冷、加熱、除濕或加濕處理，使之調(diào)整到能滿足潔凈室內(nèi)生產(chǎn)工藝的要求。

3　系統(tǒng)消毒　

根據(jù)工藝要求,潔凈生產(chǎn)區(qū)必須定期消毒滅菌。故本設(shè)計(jì)采用了臭氧消毒。在每個組合式空調(diào)機(jī)箱內(nèi)的中效出風(fēng)段中都放置了一臺臭氧發(fā)生器，通過整個空調(diào)送回風(fēng)系統(tǒng)使臭氧充滿整個凈化空調(diào)系統(tǒng)，起到消毒、滅菌、除異味等功能[5]。這不僅改變了潔凈室常見的消毒設(shè)計(jì)模式即紫外燈和甲醛熏消的方法，而且還能對組合空調(diào)機(jī)內(nèi)腔、風(fēng)管的內(nèi)壁、和初、中、高效過濾器等進(jìn)行消毒，有效地遏止了其內(nèi)部的微生物生長，提高了高效過濾器的過濾效率和使用壽命，減輕了初效過濾器、中效袋式過濾器、高效空氣過濾器的風(fēng)阻，降低了潔凈空調(diào)的能耗。

4　潔凈區(qū)保障措施　

為減少外界對潔凈區(qū)內(nèi)潔凈度、濕度的影響，設(shè)計(jì)需采取以下措施:

(1)潔凈區(qū)內(nèi)的排風(fēng)均設(shè)置止回閥，防止室外空氣倒灌；

(2)人員進(jìn)出的更衣系統(tǒng)，物料進(jìn)出的傳遞窗等的門窗均安裝電子連鎖裝置，避免凈化區(qū)與外界直接聯(lián)通；

(3)潔凈空調(diào)系統(tǒng)的送、回風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)的啟閉連鎖，防止室內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓；

(4)為保證潔凈區(qū)內(nèi)不同凈化級別的房間以及潔凈區(qū)對非凈化區(qū)有一定的壓差，在適當(dāng)位置均安裝0－60Pa指針圓盤式微壓差計(jì)，能隨時監(jiān)測、調(diào)整、控制系統(tǒng)或房間的壓差。

結(jié)束語　

通過對多個果汁飲料冷灌裝車間的設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的分析后得到以下幾點(diǎn)體會:

(1)凈化空調(diào)系統(tǒng)潔凈級別的高低以及室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定將直接影響到工程冷熱負(fù)荷的計(jì)算量和配套公用工程消耗量，進(jìn)而對整個工程的造價和系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用產(chǎn)生巨大影響。因此，在符合規(guī)范和滿足生產(chǎn)要求的情況下，選擇合適的潔凈級別和合理確定室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)是工程前期工作的重要環(huán)節(jié)。

(2)凈化空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置變頻裝置，以降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用，便于系統(tǒng)調(diào)節(jié)，降低能耗。

(3)與灌封間灌裝設(shè)備局部層流罩5級凈化相比，集中送風(fēng)垂直層流使室內(nèi)參數(shù)控制更嚴(yán)格，更易保證5級凈化要求；對灌裝設(shè)備