Chương 3 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐIỀU CHẾ KHÔNG KHÍ VOÂ TRUỉNG
3.1. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo phin lọc
Phin lọc bụi, vi khuẩn là một bộ phận quan trọng nhất của công nghệ điều chế không khí vô trùng. Phin lọc có nhiều loại: phin lọc sơ cấp, phin lọc thứ cấp. Trong phin lọc sơ cấp cũng chia ra 2 loại: phin lọc sơ cấp bậc 1 có thể ngăn bụi thô với hiệu suất lọc từ 10 đến 30% xuất xưởng ở dạng panel gấp zíc-zắc có lưới kim loại làm khung đỡ, hay ở dạng rulo tự động. Phin lọc sơ cấp bậc 2 có hiệu suất lọc từ 60 đến 95% chế tạo ở dạng panel phẳng ký hiệu EU5, EU6, EU7, EU8, EU9 hay hộp zic-zắc F9 có công suất lọc khí rất lớn từ 1000 đến 4500 m3/giờ có trở lực ban đầu 190-260 Pa và trở lực thay thế 500 Pa và diện tích giấy lọc lên tới 35m2.
- Phin lọc sơ cấp bậc 2 còn chế tạo ở dạng lọc túi có tên gọi thương mại là BAG Filter có hiệu suất lọc từ 45 đến 95% ký hiệu là G3, G4, G7.
- Phin lọc Hepa cú hiệu suất lọc từ 99,97% đối với hạt kớch thước 0,3àm đến 99,9995% đối với hạt kớch thước 0,12àm.
- Phin lọc Ultrafilter hay còn gọi là ULPA có hiệu suất lọc rất cao đến 99,999%;
99,9999% và 99,99995% đối với hạt cú kớch thước 0,1-0,2 àm dựng cho những mục đích đặc biệt.
Để phục vụ cho các mục tiêu của Đề tài, chúng tôi tập trung vào nghiên cứu thiết kế chế tạo một số loại phin lọc chính sau đây:
1. Phin lọc sơ cấp bậc 1 dạng panel tấm phẳng gấp zic-zắc có lưới kim loại làm khung đỡ (FL-1).
2. Phin lọc sơ cấp bậc 2 dạng panel phẳng hay hộp lắp phin lọc kiểu zic-zắc có công suất lọc lớn (FL-2).
3. Phin lọc Hepa dạng tấm phẳng có hiệu suất lọc đến 99,997% (FL-Hepa).
Trong Đề tài chúng tôi thực hiện chế tạo phin lọc theo 2 phương pháp là dùng lưới kim loại và giấy thiếc cán zic-zắc để chống xít các múi giấy.
Nguyên liệu để chế tạo phin lọc chúng tôi nhập từ Liên Bang Nga có các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản nêu trong Bảng 1 và Bảng 2.
Bảng 1 – Thông số kỹ thuật của giấy lọc sử dụng để chế tạo phin lọc Hepa
STT Thông số kỹ thuật Chỉ tiêu
1 2 3 4 5
Trở lực màng lọc v = 0,01m/s, (Pa)
Hệ số lọt qua với cỡ hạt 0,15àm, vận tốc v = 0,01 m/s, (%) Trọng lượng riêng, (g/m2)
Chiều rộng, (mm) Chiều dài, (mm)
13,7 – 17,6 0,01 25 – 35 900 ± 20 1500 ± 10 Bảng 2 – Thông số kỹ thuật của một số loại giấy lọc bụi, vi khuẩn
TT Chủng loại
Chổ tieõu F111 147 1096 M JF02
1 2
3 4 5
Độ dày, mm Trở lực, Pa 2,5l/phuùt, 50cm2 Định lượng,g/cm2 Hệ số lọt qua, % Chiều rộng, cm
1,2 180
195 10-3 60×60
0,61 32
139,2 1,6×10-3
50
0,32 45
58,8 4×10-4
50
0,29 68
71,2 6,5×10-4
50
0,47 80
140,0 6,5×10-4
50
Một trong những thành công của Đề tài ở đây là tìm các giải pháp kỹ thuật để chế tạo các loại phin lọc phục vụ cho việc thiết kế chế tạo thiết bị xử lý bụi, vi khuẩn nhằm đảm bảo không khí sạch bụi (trắng) và sạch vi khuẩn (vô trùng) cho các ngành sản xuất nêu trên.
Thực nghiệm đã chỉ ra rằng, không thể dùng màng lọc ép lên trên thiết diện của thiết bị để dùng quạt đẩy gió qua. Trong trường hợp nêu trên mọi phương án sử dụng quạt li tâm các loại từ công suất nhỏ đến công suất lớn đều không cho ta kết quả mong muốn, có nghĩa là gió không thể qua màng lọc được bởi vì trở lực khí động học của nó quá lớn. Để giải quyết vấn đề này vật liệu lọc phải chế tạo thành
phin lọc có cấu trúc “khai triển” nghĩa là phin lọc có cấu trúc với diện tích bề mặt lọc lớn hơn thiết diện ngang của thiết bị hàng chục lần (10 – 20 lần). Phin lọc như vậy sẽ có trở lực khí động học nhỏ đảm bảo sự thông khí dễ dàng.
Sau một thời gian dài nghiên cứu các kiểu gấp phin lọc chúng tôi đã chọn được một loại phin gấp theo kiểu nếp gấp đứng song song có chiều sâu nếp gấp khác nhau và kích thước tuỳ ý, đáp ứng mọi yêu cầu kỹ thuật và mỹ quan công nghiệp của một loại phin lọc hiện đại.
Đối tượng của giải pháp ở đây phải giải quyết là tạo được một loại con chèn bằng giấy kim loại cũng có nếp gấp để chống chồng xít giữa các múi và tạo cho dòng khí là đơn hướng (laminar) và tăng diện tích hiệu dụng của phin lọc là một yêu cầu bắt buộc đối với phin lọc khí vô trùng.
Đối tượng của giải pháp còn ở chỗ tìm được phương án công nghệ để đảm bảo độ kín khí tuyệt đối của hàng trăm mối ghép nối 2 đầu phin lọc, giữa phin và khung phin. Điều này đòi hỏi phải tạo ra một số loại keo kết dính và keo kết cấu giữa giấy – giấy, giấy với gỗ hay kim loại làm khung và bít kín các khe kẽ thành phin lọc và khung phin lọc…
Tác giả đã thành công trong việc ứng dụng, biến tính các loại keo sẵn có trên thị trường cho công nghệ chế tạo phin lọc chống được hiệu ứng co ngót, hiệu ứng lực nội gây tách lớp, xé rách màng lọc, gây lỗ thủng như các thiết bị của nước ngoài chuyển giao công nghệ sang ta do sử dụng keo có độ co ngót cao phin lọc bị xé rách ra từng mảng (xem hình 1). Điều đó chứng tỏ tính chất phức tạp của công nghệ chế tạo phin lọc mà công trình đã thực hiện thành công cho nhiều chủng loại thiết bị trong thời gian qua.
Kết quả của giải pháp tìm được một qui trình công nghệ hợp lý chế tạo phin lọc khí vô trùng đạt chất lượng và mỹ quan công nghiệp không thua kém các sản phẩm
Hỡnh 1 - Tuỷ caỏy vi sinh thoồi ngang do Trung quốc chế tạo (Đã bị biến
dạng và thủng màng lọc Hepa) Loã thuûng cuûa
màng lọc
nhập ngoại.
Sơ đồ 1 - Nguyên lý qui trình chế tạo phin lọc khí vô trùng
Nguyên liệu Giấy lọc bụi, vi khuÈn
Kiểm tra ngoại quan đảm bảo tính nguyên vẹn
Cắt định hình theo d−ìng cho tõng loại phin lọc
Vào khuôn gấp mói giÊy
Vào khuôn cố định nÕp gÊp giÊy
Đệm con chèn kim loại bằng giấy thiếc vào giữa các múi giÊy
Đệm con chèn giấy có keo vào 2 đầu múi giấy lọc
ép định hình khép kÝn 2 ®Çu mói giÊy
Bổ sung keo dán kết cấu điền đầy các khe ®Çu mói giÊy nơi đặt chèn
Ván ôcan hay nhôm thanh
Tạo nếp gấp giÊy thiÕc trên máy
Máy cắt phôi giấy
thiÕc KL
Nguyên liệu giÊy thiÕc làm con chèn
Cắt định hình làm con chÌn Bôi keo lên giấy làm con chÌn
Giấy lọc phế liệu Keo dán phin lọc
Cho phin lọc vào khung
bao
Chế tạo khung phin lọc
Tiếp tục bổ sung keo kÕt cấu bịt kín
Hoàn chỉnh khuôn có
phin lọc
NhËp kho Phin lọc
Bao bì đóng gói
Kiểm tra trở lực phin lọc
KiÓm tra kÝn khÝ
Kiểm tra độ kín bằng buồng tối
Hình 2 – Một số chủng loại phin lọc:
a- Sô caáp b- Hepa c- Phin lọc dạng hộp
(a) (b)
(c)
Việc đánh giá chất lượng phin lọc được triển khai làm ba bước:
- Bước 1 – Nguyên liệu nhập ngoại được đánh giá sơ bộ bằng cảm quan (phương pháp chiếu đèn) để phát hiện các khuyết tật (rách, thủng..), nếu có phái lại bỏ, sau đó đưa đánh giá các chỉ tiêu cơ bản tại Phân viện phòng hóa – phòng nguyên, Trung tâm khoa học công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng. Những số liệu kiểm tra hoàn toàn phù hợp với các chỉ tiêu kỹ thuật của nhà sản xuất. Các phương pháp đánh giá được nêu ở phần phụ lục.
- Bước 2 – Sau khi chế tạo phin lọc chúng tôi kiểm tra trở lực phin lọc bằng phương pháp áp kế nghiêng đo độ chênh lệch áp suất trước và sau phin lọc, và kiểm tra độ kín khói.
- Bước 3 – Cơ sở sản xuất sau khi lắp đặt kiểm tra lần cuối khả năng lọc bụi và vi sinh cuûa thieát bò.
Như vậy với cách tổ chức nghiên cứu đó, Đề tài đã chế tạo được 3 loại phin lọc nêu trên có chất lượng, kiểu dáng công nghiệp, mỹ quan công nghiệp và giá cả không thua kém những sản phẩm nhập ngoại cùng loại (Xem hình 2).
Thành công của Đề tài khẳng định khả năng chúng ta hoàn toàn có thể chủ động việc tự chế tạo trong nước các loại phin lọc phục vụ cho nghiên cứu và sản xuaỏt coõng nghieọp.
Đối với các ngành sản xuất sạch như dược phẩm và thuỷ sản xuất khẩu đòi hỏi phải kiểm soát được không khí không có sự ô nhiễm bụi, vi khuẩn lây bệnh. Muốn vậy toàn bộ hệ thống cấp gió cho các phân xưởng sản xuất phải được lọc bụi và vi khuẩn tuỳ theo mức độ sạch của từng khu vực, và khí hồi về trung tâm phải được xử lý bụi, mùi và hơi hóa chất để chống sự nhiễm chéo – là việc nhiễm của một vật liệu hay sản phẩm này với vật liệu hay sản phẩm khác. Để giải quyết vấn đề này các phin lọc FL-1, FL-2, FL-Hepa hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật để lắp ráp vào các hệ thống cấp gió làm mát và khử bụi, vi khuẩn có độ phân tán khác nhau.
Muốn đạt tiêu chuẩn GMP và HACCP các xí nghiệp dược và thuỷ sản xuất
khẩu bắt buộc phải lắp các hệ thống lọc khí nhằm kiểm soát được môi trường sản xuất tránh những ô nhiễm không cần thiết. Như vậy những phin lọc do Đề tài chế tạo đã đáp ứng được yêu cầu bức thiết không thể thiếu được của sản xuất công nghiệp nhằm góp phần nâng cao chất lượng các sản phẩm dược và thuỷ sản xuất khaồu.
Song cần nhấn mạnh rằng, đây mới chỉ là kết quả bước đầu. Để hoàn thiện công nghệ chế tạo phin lọc nhà nước cần đầu tư vào những khâu quyết định nhằm tạo điều kiện sản xuất các vật liệu lọc trong nước và xây dựng ngành công nghệ chế tạo kiểm tra đánh giá chất lượng phin lọc một cách hoàn chỉnh. Hiện nay nhu cầu về phin lọc các loại cho sản xuất công nghiệp lên tới hàng chục triệu USD/năm, không có lẽ chúng ta cứ mãi mãi phụ thuộc vào nước ngoài (!).