空氣過濾器及空氣凈化設備在無菌灌裝間空調(diào)凈化的應用
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備在無菌灌裝間空調(diào)凈化的應用特為重要,冷灌裝工藝具有很強的科學性，對環(huán)境、設備要求嚴格。正確實現(xiàn)果汁、灌裝設備、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)設計來分析空氣過濾器及空氣凈化設備在無菌灌裝間空調(diào)凈化的應用。
無菌冷灌裝間冷灌裝的工藝要點
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（原標準為100級）。所有接觸果汁飲料的設備、物品甚至空間都必須經(jīng)過嚴格的滅菌。
1 瓶子無菌
由于PET材料不耐熱，一般采用化學試劑進行滅菌，且不能讓化學試劑影響到果汁。無菌灌裝采取了以下措施：要求最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。
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 灌裝設備無菌
無菌冷灌裝的主體設備要求符合衛(wèi)生級設計，在管道和閥門技術(shù)、材料表面的刨光、重要區(qū)域的表面設計、選擇抗腐蝕材料等幾方面都有嚴格的要求。目前一般采用將消毒機、沖瓶機、灌裝機和旋蓋機組合成四合一機組，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。本設計將采用后一種方式。
沖瓶機一般采用插入式噴嘴，可進行多次無菌水沖洗、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)以及設備外部泡沫清洗系統(tǒng)（COP）。旋蓋機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行沖洗。
另外，無菌冷灌裝設備還會添加一套氮氣（或其他惰性氣）置換系統(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，操作人員是最大的污染源。空氣過濾器及空氣凈化設備在無菌灌裝間空調(diào)凈化的應用中空調(diào)系統(tǒng)在凈化空氣的同時，最好的解決方案是安裝KLC全自動風淋室潔凈設備,可以讓人員在進入車間前進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。操作人員在進入5級凈化間時，要經(jīng)過嚴格的消毒程序，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→全自動風淋室→進入潔凈室。
空氣過濾器及空氣凈化設備在無菌灌裝間空調(diào)凈化的應用工程實例
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)相對比較復雜，而且房間面積小，凈化級別要求高，設計和施工難度較大。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，進門安裝風淋室\貨淋室\風淋機\風淋門潔凈風淋設備,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、風淋室\換潔凈工作服、手消毒、風淋通道，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)設計參數(shù)為ｔ=24±2℃、Φ=60±10%，冬季設計參數(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[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，應不小于5Pa，潔凈區(qū)與室外的壓差，應不小于10Pa。對兩個不同級別的凈化系統(tǒng)設計了壓力梯度，并在適當位置設置了微壓差計，用于監(jiān)測及控制房間的相對壓差。
4 新風量
為維持正壓必須補充一定的新風量。另一方面，由于凈化區(qū)密封性好，工人在其中工作，必須補充新風以滿足衛(wèi)生需求。本設計新風量的確定取下列二項中的大值:(1)補償室內(nèi)排風量和保持室內(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)的計算
1 凈化空調(diào)風量
系統(tǒng)風量根據(jù)負荷計算風量和換氣次數(shù)風量兩者取大值。
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，斷面風速V≥0.25m/s
2 冷熱負荷
根據(jù)室內(nèi)設計參數(shù)、新風比例、濟南地區(qū)室外氣象參數(shù)計算系統(tǒng)冷熱負荷。夏季總冷負荷為25.5Kw,冬季總熱負荷為8.5Kw。
根據(jù)負荷計算風量均小于根據(jù)換氣次數(shù)計算的風量，故兩個系統(tǒng)分別選用了20000ｍ3/ｈ、2000ｍ3/ｈ風量組合式空調(diào)機組各一臺。
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、中效袋式過濾器設于組合式空調(diào)機組箱體內(nèi)，高效空氣過濾器設于送風系統(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(凈化工作臺的送風方式)，頂棚滿布百級高效空氣過濾器。設計時曾考慮灌裝間的灌裝設備加密封罩做局部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，層流面積達到18.51ｍ。為使空氣過濾器及空氣凈化設備在無菌灌裝間空調(diào)凈化的應用該系統(tǒng)安裝簡單、控制方便、效果更佳，決定采用集中送風垂直層流方式。在層流房間潔凈棚的頂棚內(nèi)設送風管道，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)?；仫L口設在側(cè)墻下側(cè)，通過回風夾墻與回風總管相連后通過回風總管回至空調(diào)過濾器凈化機組。
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。故本設計采用了臭氧消毒。在每個組合式空調(diào)機箱內(nèi)的中效出風段中都放置了一臺臭氧發(fā)生器，通過整個空調(diào)送回風系統(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計模式即紫外燈和甲醛熏消的方法，而且還能對組合空調(diào)機內(nèi)腔、風管的內(nèi)壁、和初、中、高效過濾器等進行消毒，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，設計需采取以下措施:
(1)潔凈區(qū)內(nèi)的排風均設置止回閥，防止室外空氣倒灌；
(2)人員進出的更衣系統(tǒng)，物料進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、回風和排風系統(tǒng)的啟閉連鎖，防止室內(nèi)產(chǎn)生負壓；
(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，在適當位置均安裝0－60Pa指針圓盤式微壓差計，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計、安裝調(diào)試和生產(chǎn)經(jīng)驗的分析后得到以下幾點體會:
(1)凈化空調(diào)系統(tǒng)潔凈級別的高低以及室內(nèi)設計參數(shù)的確定將直接影響到工程冷熱負荷的計算量和配套公用工程消耗量，進而對整個工程的造價和系統(tǒng)的運行費用產(chǎn)生巨大影響。因此，在符合國家規(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)設計參數(shù)是工程前期工作的重要環(huán)節(jié)。
(2)凈化空調(diào)系統(tǒng)應設置變頻裝置，以降低風機的運行費用，便于系統(tǒng)調(diào)節(jié)，降低能耗。
(3)與灌封間灌裝設備局部層流罩5級凈化相比，集中送風垂直層流使室內(nèi)參數(shù)控制更嚴格，更易保證5級凈化要求；對灌裝設備
