空氣潔凈技術(shù)第1章[課堂講課]

1、空氣潔凈技術(shù),參考資料： 1.空氣潔凈技術(shù) 與工程應(yīng)用 馮樹根編著 2.空氣潔凈技術(shù)原理 （第三版）許鐘麟著 3.潔凈室施工、檢測(cè)與運(yùn) 行管理 馮樹根著,1,專業(yè)材料,2,專業(yè)材料,以不變應(yīng)萬變,不變”-就是我們學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論 “萬變”-就是千變?nèi)f化的各種各樣的工程 即應(yīng)用所學(xué)理論來應(yīng)對(duì)千變?nèi)f化的各種各樣的工程,3,專業(yè)材料,第1章 緒論,1.1 空氣潔凈技術(shù)的發(fā)展歷程 1.1.1 空氣潔凈技術(shù)的起源 空氣潔凈技術(shù)起源于發(fā)達(dá)國(guó)家，經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段 早在20世紀(jì)20年代，美國(guó)航空業(yè)在陀螺儀制造過程中，為消除空氣中的塵埃粒子的污染，最先提出了生產(chǎn)環(huán)境的凈化要求。美國(guó)一家導(dǎo)彈公司曾發(fā)現(xiàn)

2、，裝配慣性制導(dǎo)用陀螺儀時(shí)，在普通車間平均每生產(chǎn)10個(gè)產(chǎn)品就要返工120次。而在控制塵粒污染的環(huán)境中裝配，返工次數(shù)可降低至2次,4,專業(yè)材料,在朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國(guó)發(fā)現(xiàn)大量電子儀器故障的主要原因是灰塵作怪，其中有84%的雷達(dá)失效，48%的水聲測(cè)位儀失效。陸軍65-75%的電子設(shè)備失效，每年的維修費(fèi)用超出原價(jià)2倍，而5年中空軍電子設(shè)備的維修費(fèi)用是設(shè)備原價(jià)的10倍多,5,專業(yè)材料,阿波羅號(hào)登月計(jì)劃，其精密機(jī)械加工和電子控制儀器制造環(huán)境要求凈化。為了從月球帶回巖石，對(duì)容器、工具的生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度有嚴(yán)格的要求，促進(jìn)了潔凈技術(shù)的大發(fā)展，出現(xiàn)了層流技術(shù)，建造了百級(jí)潔凈室。 英國(guó)和日本也在20世紀(jì)50年代建立了潔

3、凈室，用于生產(chǎn)陀螺儀及半導(dǎo)體。 前蘇聯(lián)也在同時(shí)期編制了“密閉廠房”的典型設(shè)計(jì)。在潔凈技術(shù)的應(yīng)用中，提高了原材料的純度、產(chǎn)品裝配的精度，提高了儀器的可靠性與壽命,6,專業(yè)材料,在20世紀(jì)60年代，人們發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)潔凈室中測(cè)試得到的微生物濃度遠(yuǎn)低于潔凈室外空氣中的微生物濃度。于是便開始嘗試?yán)霉I(yè)潔凈室進(jìn)行那些要求無菌環(huán)境的實(shí)驗(yàn)，并對(duì)塵、菌共存的機(jī)理進(jìn)行研究后確認(rèn)，空氣中的細(xì)菌病毒一般以群體存在，并以空氣中的塵埃粒子作為載體附著在其表面?？諝庵袎m埃粒子越多，細(xì)菌附著的機(jī)會(huì)就越多，傳播的機(jī)會(huì)也會(huì)增多。所以，在控制塵粒數(shù)量的同時(shí)，也使附著于塵粒上的微生物得到控制。 在20世紀(jì)70年代初，依據(jù)這些研究成

4、果，誕生了以控制空氣中微生物為主要目的的生物潔凈室,7,專業(yè)材料,我國(guó)在20世紀(jì)50年代未開始，研究應(yīng)用潔凈技術(shù)，并逐步從軍工走向民用。 在80年代中期，把潔凈技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)。隨著制藥企業(yè)GMP認(rèn)證制度的實(shí)施，近十年來，潔凈技術(shù)的應(yīng)用有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，建造了大量的生物潔凈室，并應(yīng)用于藥品生產(chǎn)、生物制品的制造、食品及化妝品生產(chǎn)等過程中。 近幾年，在各大醫(yī)院建造了許多潔凈手術(shù)部，PCR實(shí)驗(yàn)室及生物治療實(shí)驗(yàn)室等生物潔凈室，提高了手術(shù)的成功率及醫(yī)療科研的水平,8,專業(yè)材料,1.1.2 空氣潔凈技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 縱觀國(guó)內(nèi)外空氣潔凈技術(shù)的發(fā)展史，都是伴隨著產(chǎn)品的可靠性、加工工藝的精密化、產(chǎn)品的微型化

5、以及產(chǎn)品的高純度等要求而不斷地發(fā)展的。 空氣潔凈技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下階段： 在20世紀(jì)20年代，美國(guó)航空業(yè)的陀螺儀的制造過程中最先提出了生產(chǎn)環(huán)境的凈化要求。在制造車間、實(shí)驗(yàn)室建立了“控制裝配區(qū)”，供給一定量的過濾后的空氣。在朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國(guó)找到了電子儀器出故障的主要原因是灰塵作怪，從而促成了空氣潔凈技術(shù)的起步,9,專業(yè)材料,1957年，前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星的升空，刺激美國(guó)加速發(fā)展宇航事業(yè)，制定了阿波羅號(hào)登月計(jì)劃，其電子控制儀器和精密機(jī)械加工環(huán)境均要求凈化，因而促進(jìn)了潔凈技術(shù)的大發(fā)展，建造了百級(jí)潔凈室，誕生了第一個(gè)潔凈室標(biāo)準(zhǔn)。 1970年，1K位的集成電路開始大規(guī)模生產(chǎn)，使?jié)崈艏夹g(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)

6、。20世紀(jì)80年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)，使空氣潔凈技術(shù)有了進(jìn)一步的發(fā)展，集成電路的最細(xì)光刻線寬達(dá)到2-3m。在70年代未和80年代初，美國(guó)、日本研制出0.1m級(jí)高效空氣過濾器，為潔凈度的提高創(chuàng)造了條件,10,專業(yè)材料,在20世紀(jì)90年代，超大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)有了新的進(jìn)展，最細(xì)光刻線寬由80年代的微米級(jí)發(fā)展到亞微米級(jí)，到20世紀(jì)末，要求達(dá)到0.1m-0.2m，集成度達(dá)到1KM。集成電路的集成度越高，要求的光刻線寬就越小，則要求控制的塵粒粒徑就越小，塵粒數(shù)量也越少。如今,要求0.1m10級(jí)的潔凈度已經(jīng)很普遍,將來要求的潔凈度會(huì)更高,潔凈室的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更加寬廣,11,專業(yè)材料,在200

7、1年中國(guó)科協(xié)學(xué)術(shù)年會(huì)上,楊振寧教授指出，在今后三四十年三個(gè)領(lǐng)域?qū)⒊蔀榭萍及l(fā)展的火車頭： （1）芯片的廣泛應(yīng)用； （2）醫(yī)學(xué)與藥物的高速發(fā)展； （3）生物工程。 芯片需在工業(yè)潔凈室中生產(chǎn)，藥品需在生物潔凈室中生產(chǎn)，醫(yī)學(xué)研究、生物工程都離不開生物潔凈室。對(duì)于有生物學(xué)危險(xiǎn)的操作，需要在生物安全潔凈室中進(jìn)行。工業(yè)潔凈室、生物潔凈室及生物安全潔凈室，都是應(yīng)用空氣潔凈技術(shù)創(chuàng)造的特殊的微環(huán)境,12,專業(yè)材料,電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，將推動(dòng)我國(guó)潔凈技術(shù)向高水平發(fā)展，而醫(yī)學(xué)與藥物的快速發(fā)展，必將使空氣潔凈技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛。我國(guó)在制藥行業(yè)實(shí)施GMP（Good Manufacturing Practice）認(rèn)證制度以

8、來，生物潔凈室的興建象雨后春筍，給潔凈技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶來空前的繁榮。 近年來，三級(jí)甲等醫(yī)院紛紛建造潔凈手術(shù)部，使術(shù)后感染率降低10倍以上，從而可以少用或不用抗生素，減輕了抗生素對(duì)患者造成的傷害。這也將進(jìn)一步拓寬潔凈技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。2003年SARS病毒肆虐，使人們對(duì)空氣傳播病毒的危險(xiǎn)性有了深刻的認(rèn)識(shí)。最值得反思的就是醫(yī)院建筑，不僅要注重建筑外形與使用功能，更應(yīng)該關(guān)注建筑內(nèi)的空氣品質(zhì),13,專業(yè)材料,在21世紀(jì)，生物工程對(duì)人類的直接影響將超過芯片，而其發(fā)展離不開空氣潔凈技術(shù)。如生物工程中有相當(dāng)一部分操作存在潛在危險(xiǎn)性，特別是存在可能具有未知毒性的微生物新種傳播生物學(xué)危險(xiǎn)。這就需要提供具有生物安全的建筑

9、微環(huán)境，可利用空氣潔凈技術(shù)、生物安全知識(shí)來建造生物安全潔凈室（實(shí)驗(yàn)室）來控制這種具有生物學(xué)危險(xiǎn)的污染的傳播。 采用生物學(xué)工藝制成的生物活性制劑，即生物藥品，其生產(chǎn)過程需保持無菌，并且最終不能滅菌。因此，生產(chǎn)過程應(yīng)實(shí)行微環(huán)境無菌控制，有很大一部分還需要實(shí)行生物安全，這種控制過程都需要應(yīng)用空氣潔凈技術(shù)來實(shí)現(xiàn),14,專業(yè)材料,1.2 潔凈室 1.2.1 潔凈室的定義 潔凈室的定義： 潔凈室是空氣懸浮粒子濃度受控的房間。它的建造和使用應(yīng)減少室內(nèi)誘入、產(chǎn)生及滯留粒子。室內(nèi)其它有關(guān)參數(shù)如溫度、濕度、壓力等按要求進(jìn)行控制,15,專業(yè)材料,彩鋼板制作的手術(shù)室,16,專業(yè)材料,彩鋼板的連接節(jié)點(diǎn)1,17,專業(yè)材料

10、,彩鋼板的連接節(jié)點(diǎn)2,18,專業(yè)材料,彩鋼板的連接節(jié)點(diǎn)3,19,專業(yè)材料,可見，潔凈室是特殊的房間，該房間內(nèi)的空氣懸浮粒子濃度、空氣溫度、濕度、壓力等參數(shù)均需要控制。并且它應(yīng)有減少粒子的誘入、產(chǎn)生及滯留之功效。 這就需要通過良好的氣流組織，行之有效的壓差控制，符合工藝要求的潔凈室形狀及裝修材料，嫻熟的施工技術(shù)，科學(xué)的運(yùn)行管理等各個(gè)方面的共同作用來實(shí)現(xiàn)。 潔凈室大小從幾平方米到幾千平方米不等，幾千平方米的潔凈室，是由一個(gè)一個(gè)的小潔凈室按照生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程及污染控制理論等條件進(jìn)行科學(xué)的排列而組成，即所謂的潔凈車間,20,專業(yè)材料,空氣懸浮粒子是有特定含意的，它是尺寸范圍在0.15m的固體和液體粒

11、子，它用于空氣潔凈度的分級(jí)。 空氣懸浮粒子，有的有生命（如細(xì)菌、病毒等），有的無生命（如塵粒）。 有生命的微粒其實(shí)就是細(xì)菌等微生物附著在無生命的塵粒上形成的,21,專業(yè)材料,1.2.2 空氣潔凈技術(shù)也稱潔凈室技術(shù) 從空氣潔凈技術(shù)的起源、發(fā)展和應(yīng)用以及潔凈室的定義可知，生產(chǎn)環(huán)境的微粒控制是通過潔凈室來完成的。 可以肯定，在普通的生產(chǎn)車間要想控制整個(gè)微環(huán)境的懸浮粒子濃度，使其達(dá)到工藝要求的潔凈程度是完全不可能的。 只有建造潔凈室（潔凈車間），采用密閉的結(jié)構(gòu)，合理的氣流組織及合理的壓差，才能使其微環(huán)境內(nèi)達(dá)到所要求的空氣潔凈度，來滿足生產(chǎn)要求。所以說，空氣潔凈技術(shù)也稱潔凈室技術(shù),22,專業(yè)材料,1.2

12、.3 潔凈室的分類 1） 按用途分類 可分為工業(yè)潔凈室和生物潔凈室兩類。 工業(yè)潔凈室：主要控制無生命的微粒對(duì)操作對(duì)象的污染。應(yīng)用領(lǐng)域主要有宇航工業(yè)、精密機(jī)械加工業(yè)、集成電路生產(chǎn)企業(yè)、膠片生產(chǎn)企業(yè)、原子能工業(yè)、印刷企業(yè)等。 生物潔凈室：主要控制有生命的微粒對(duì)操作對(duì)象的污染。其應(yīng)用領(lǐng)域有制藥企業(yè)、食品工業(yè)、疾病控制中心、醫(yī)療單位、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房、科研及教學(xué)實(shí)驗(yàn)等,23,專業(yè)材料,2） 按氣流流型分類 單向流潔凈室 非單向流潔凈室（亂流潔凈室） 輻（矢）流潔凈室 混合流（局部單向流）潔凈室,24,專業(yè)材料,1.3 潔凈室標(biāo)準(zhǔn) 1.3.1 空氣潔凈度級(jí)別 空氣潔凈度是指潔凈環(huán)境中空氣所含懸浮粒子數(shù)多少的程

13、度。所含懸浮粒子數(shù)多，則空氣潔凈度低；所含懸浮粒子數(shù)少，則空氣潔凈度高。 空氣潔凈度的高低可用空氣潔凈度級(jí)別來區(qū)分。 空氣潔凈度級(jí)別：以每立方米空氣中某些粒徑的微粒的最大允許微粒數(shù)來確定，它是評(píng)價(jià)空氣潔凈環(huán)境的核心指標(biāo),25,專業(yè)材料,1.3.2 國(guó)外潔凈室標(biāo)準(zhǔn) 1)美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FS209E 1961年,誕生了世界上最早的潔凈室標(biāo)準(zhǔn)：美國(guó)空軍技術(shù)條令203。 1963年年底，頒發(fā)了潔凈室第一個(gè)軍用部分的聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)：FS209。從此以后，美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FS209就成為國(guó)際上最通行、最著名的潔凈室標(biāo)準(zhǔn)。 1966年，頒布了修訂后的209A,26,專業(yè)材料,1973年，又頒布了修訂的209B，并于1976年再次頒布了209B修正案1。在這一段時(shí)間內(nèi)，許多國(guó)家參照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相繼制定了潔凈室標(biāo)準(zhǔn) 隨著對(duì)潔凈度級(jí)別的更高需求，F(xiàn)S209B已不能滿足要求，促使美國(guó)修改FS209B 1987年10月27日，頒發(fā)了FS209C 1988年6月15日，F(xiàn)S209D取代了FS209C 1992年3月11日，F(xiàn)S209E又取代了FS209D 美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209E（FS209E,27,專業(yè)材料,表1-1 美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209E（FS209E,28,專業(yè)材料,2）國(guó)