GÓC KỸ THUẬT - Tính toán để chọn lọc cho hệ thống phòng sạch


Để đánh giá tổng quan về Cấp độ sạch của phòng, chúng ta phải đánh giá được: Nồng độ bụi sinh ra, lượng bụi được lọc bởi các filter và hiệu suất của dòng không khí mang bụi đi ra khỏi phòng sạch hoặc vùng sạch.

Nguồn bụi sinh ra bao gồm nguồn phát sinh bụi bên trong và sự xâm nhập bụi từ bên ngoài.

Lượng bụi lọc được bởi filter phụ thuộc vào cấp độ lọc_thông thường được tính cho H13 đến U17 (EN 1822)_ và số lần không khí tuần hoàn qua lọc.

Hiệu suất của dòng khí mang bụi ra ngoài là khả năng dòng không khí lấy bụi đi khi nó được sinh ra. Chính vì thế khi thiết kế phòng sạch điều chú ý quan trọng là dòng khí. Dòng khí đơn hướng "unidirectional flow", dòng không đơn hướng "nonunidirectional flow", dòng kết hợp "mixed flow", dòng cho khu vực cách ly. Dòng khí có thể được thiết kế đi thẳng từ trên xuống "vertical flow", dòng khí đi ngang "horizontal flow"...

Sau khi xem xét kỹ lưỡng các yếu tố, ta có thể thiết lập phương trình cân bằng bụi cho phòng sạch. Cũng giống như các phương trình cân bằng khác (cân bằng nhiệt, cân bằng ẩm, cân bằng nồng độ CO2 và các chất có hại cho sức khỏe con người trong điều hòa không khí) nhằm đưa ra trạng thái ổn định tối ưu để đạt được yêu cầu điều hòa như mong muốn.

Phương trình rất chi là đơn giản: " Lượng bụi sinh ra - Lượng bụi lọc được = Lượng bụi còn lại trong Phòng sạch". Nếu trong phương trình được tính là lượng bụi trên một đơn vị thời gian thì ta sẽ tính được khoảng thời gian từ khi bắt đầu đến khi đạt được nồng độ cân bằng. Một trong những bước đầu tiên của công việc thiết kế Phòng sạch là đánh giá được cấp độ sạch theo yêu cầu. Để đánh giá cấp độ sạch gồm yếu tố cơ bản sau:  "

TÍNH TOÁN ĐƠN GIẢN ĐỂ  CHỌN LỌC CHO PHÒNG SẠCH

NGUỒN BỤI ĐẾN TỪ ĐÂU ?

Nguồn bui từ không khí bên ngoài:

Hệ thống HVAC cho phòng sạch dựa vào điều kiện không khí bên ngoài. Cấp độ bụi của nó phụ thuộc vào từng địa điểm và thời gian.

Quy trình sản xuất việc nhập liệu cần chú ý nếu có mang theo bụi vào phòng.

Ví dụ không khí sạch có số phân tử (pt) lớn hơn 0.1 micron là 5 *10^8/ m3, không khí bẩn có 10^10 pt/ m3.


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"



Nguồn bụi tạo ra bên trong:

Khó khăn trong thiết kế là việc tính toán nguồn bụi tạo ra bên trong phòng. Bụi tạo ra bên trong phòng do người làm việc bên trong và quy trình sản xuất nên được xem xét kỹ lưỡng.

Qua việc dùng máy đếm bụi bằng tia laser, đối với người làm việc thì sinh ra khoảng 10^6 phân tử lớn hơn 0,1 µm trong một giây, 4 * 10^5 pt lớn hơn 0.3 µm/s và 2 * 10^5 pt lớn hơn 0.5µm/s.




CHỌN LỌC CHO PHÒNG SẠCH

Tiêu chuẩn & Sơ đồ phòng sạch:

Cấp độ phòng sạch theo tiêu chuẩn hay áp dụng:

Ngoài các phân tử có kích thước 0.1 đến 5 µm, còn chú ý đến ultrafine particle (< 0.1 µm) và macroparticle (> 5µm).

ISO 14644-1




US Fed. STD 209E




Đánh giá một phòng sạch: Cấp độ sạch – trạng thái ứng dụng – kích thước phân tử

Một số sơ đồ phòng sạch:

>>> Dòng laminar:


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Nồng độ phân tử trước khi qua lọc HEPA:     


Nồng độ phân tử khi qua lọc HEPA:


Trường hợp không tuần hoàn: (x = 0).


Nồng độ phân tử trước khi qua lọc HEPA: 

         
Nồng độ phân tử khi qua lọc HEPA:                           


Trường hợp tuần hoàn 100% (x = 1).


Nồng độ phân tử trước khi qua lọc HEPA:                                           


Nồng độ phân tử khi qua lọc HEPA:                                   


>>> Dòng khí rối turbulence


Nồng độ pt trong phòng:


>> Dòng kết hợp _ dòng rối và dòng thẳng


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

VÍ DỤ TÍNH TOÁN:

Ví dụ 1. Dòng đơn hướng với 100% không khí bên ngoài.

Xem xét phân tử 0.1 µm  với hai lớp lọc Hi-FLO và lọc HEPA, ULPA của Camfil.

Giả sử lấy khí ngoài trời với điều kiện xấu nhất sẽ có nồng độ 10^10 pt/m3 lớn hơn 0.1 µm. Lọc Hi-FLO lọc được 50% và HEPA lọc được 99,9998% với pt 0.1 µm này.

Qua lọc Hi-FLO nồng độ phân tử còn lại 50% là 5 * 10^9,

Qua lọc HEPA nồng độ phân tử sẽ còn lại là: 0,0002% x 5 x 10^9 =10^4 = 10000 pt/m3.

Phân loại phòng sạch theo tiêu chuẩn Fed Std 209E:


Suy ra: M = 2.462 với phân tử d = 0.1 µm

Như vậy với 2 cấp lọc như trên chúng ta có thể đạt tới cấp độ sạch M2.5 với giới hạn 12400 pt/m3.

10000 pt/m3 có kích thước 0.1 µm đạt được ISO Class 4

Ví dụ 2. Dòng đơn hướng tái tuần hoàn 100%

Giả sử phân bố 1 người trên 10 mét vuông và chỉ có người sinh ra bụi. Dòng tuần hoàn 100 %. Dòng laminar với vận tốc trung bình đã được biết là 0.45 m/s. Lưu lượng gió cấp là 10 * 0.45 = 4.5 m3/s. Cũng xem xét với bụi có kích thước 0.1 µm.

Nếu cũng giả sử người sinh ra bụi với 10^6 pt/s và nồng độ trước khi qua lọc HEPA sẻ là:


Giả sử đặt lọc MICRETAIN hiệu suất 98% thì nồng độ phân tử lọc qua là:

2% * (2.2 * 10^5) = 4400 pt/m3 với những pt băng & kích thước lớn hơn 0.1µm. Với nồng độ này chưa đạt được cấp độ sạch M2 (0.1µm) giới hạn 3500 pt/m3.

Ví dụ 3. Dòng đơn hướng với tỷ lệ gió hồi

Giả sử thiết kế với gió hồi 80 % (x = 0.8) không khí ngoài lấy vào dạng bẩn Cout = 10^10 pt/m3 , pt có kích thước lớn hơn 0.1µm.

Phân bố 1 người trên 10 m2 , dòng laminar với lưu lượng gió cấp là 4.5 m3/s.

Sử dụng Hi FLO hiệu suất 50%. Nồng độ phân tử trước lọc HEPA là:


Ta thấy 2 thông số của phép cộng trên _Nồng độ bụi bên trong sinh ra nhỏ hơn nhiều so với bụi từ ngoài mang vào_ nồng độ bụi sinh ra bên trong không ảnh hưởng nhiều đến phép toán (giả sử bỏ qua để dễ tính toán vì khi nhân với 2 * 10^-6 thì còn lại con số rất bé).

Sử dụng lọc HEPA GOLDSEAL để lọc trên trần với hiệu suất 99,9998% đối với pt 0.1µm . Nồng độ còn lại là: 0.0002% x 10^9 = 2000 pt/m3.

Đánh giá cấp độ sạch theo Fed 209:

M = lg 2000 – 2.2lg (0.5/0.1) = 1.76

Phòng sẽ được phân loại cấp độ sạch cao hơn M2 (với pt 0.1 μm)

Nếu tính toán theo tiêu chuẩn ISO:

2000 = 10^N (0.1/0.1)^2.08 suy ra: N = lg2000 = 3.3

Ví dụ 4. Dòng khí rối

Giả sử 1 người phân bố trên 10 m2 tạo ra 10^6 pt/s với pt > 0.1μm và phòng cao 3m.

Không khí bên ngoài với nồng độ Cout = 10^10 pt/m3 với pt > 0.1 μm.

Sử dụng lọc HI FLO hiệu suất 50% và HEPA hiệu suất 99,998%.

Chọn tỷ lệ trao đổi không khí 30 lần/giờ.

Lưu lượng không khí tính toán được 0.25 m3/s.

Không khí tuần hoàn 80%.

Nồng độ pt được tính:


C = 4 020 000 pt/m3 với pt > 0.1μm.

Cấp độ sạch M = lg (4 020 000) – 2.2 lg (0.5/0.1) = 5.06

Nồng độ này quá cao không được phân loại trong tiêu chuẩn Fed Std 209E với M = 5.06

Sử dụng lọc tốt hơn không được đưa ra ở ví dụ này. Muốn giảm nồng độ pt bụi trong phòng cần giảm nguồn pt bụi sinh ra bên trong, bằng cách tối ưu hơn về quần áo, gang tay, chùm đầu cho công nhân trong phòng sạch hoặc tăng tỷ lệ trao đổi không khí cao hơn.

Ví dụ 5. Cùng ví dụ 4 tính với pt 0,5 μm.

Hi FLO 85 hiệu suất 70%, lọc hiệu suất cao 99,9999%.

Quá trình bên trong giả sử tạo ra S = 2 x 10^5 pt/s > 0.5 μm

Nồng độ pt không khí bên ngoài Cout = 3 x 10^7 pt/m3 > 0.5 μm

Nồng độ pt được tính:



C = 800 002 pt/m3 với pt  > 0.5μm

Cấp độ sạch M = lg (800 002) – 2.2 lg (0.5/0.5) = 5.9 (với pt > 0.5μm).

Phù hợp với class M6 và cột giới hạn pt 0.5 μm trong bảng Fed Std 209E

Nếu tính toán theo tiêu chuẩn ISO:

800 002 = 10^N (0.1/0.5)^2.08 suy ra: N = lg(800 002) – 2.08 lg(0.1/0.5) = 7.35

Ví dụ 6. Cũng ví dụ này

Ta thay lọc với hiệu suất cao hơn ví dụ chọn lọc Micretain hiệu suất 99% với pt 0.5 μm. Nồng độ pt là C = 818 000 pt/m3.

Cấp độ sạch đạt M 5.91, ta thấy thay đổi rất nhỏ. Nên việc tăng tỷ lệ trao đổi không khí lên để tăng cấp độ sạch là một điều dễ dàng hơn.

Để tính dễ dàng hơn, phần mềm hỗ trợ việc tính toán được đơn giản hơn rất nhiều.

Lấy ví dự từ dòng khí rối ở trên.


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

NGUỒN: (http://27mec.com.vn)


TÀI LIỆU THAM KHẢO:


TIÊU CHUẨN US Fed. STD 209E For Clean Room

LINK DOWNLOAD (PART 1)

LINK DOWNLOAD (PART 2)


TIÊU CHUẨN ISO 14644 For Clean Room

LINK DOWNLOAD (PART 1)

LINK DOWNLOAD (PART 2)


PHẦN MỀM - Tính toán thiết kế phòng sạch và lựa chọn phin lọc CFSS (Camfil Filtration Solution System).

LINK DOWNLOAD


TÀI LIỆU - Tiêu chuẩn thiết kế phòng sạch & tối ưu hóa năng lượng (Camfil).

Clean Room Design Standards & Energy Optimization

CONTENTS:

Abstract 2
Clean 2
Camfi l Farr Solution Systems (CFSS) 3
 - CREO (Clean Room & Energy Optimization) 3
 - Software Analysis Tools 3
Theory 4
 - Mass Flow Balance 4
 - Particulate Balance 4
 - Particulate Balance Equations 5
 - Different Clean Room Systems 6
Air Handling Systems 7
 - Recirculation & Reduction of Velocity 7
Life Sciences Industry Standards 8
 - Clean Rooms 8
 - EU GGMP 10
 - Outdoor Particle Concentrations 11
 - Internal Particle Concentration 11
 - Start-up Concentration 12
Air Filters 13
 - HVAC Air Filter Standards 14
Summary

LINK DOWNLOAD


Chúc các bạn thành công!
M_tả

No comments: