Chương 1 Tổng quan về phòng sạch và điều hòa dùng trong phòng sạch 1. Giới thiệu về phòng sạch Phòng sạch là một phòng mà nồng độ của hạt lơ lửng trong không khí bị khống chế và nó được xây dựng và sử dụng trong một kết cấu sao cho sự có mặt, sự sản sinh và duy trì các hạt trong phòng được giảm đến tối thiểu và các yếu tố khác trong phòng đều có thể khống chế và điều khiển. Như vậy đối với phòng sạch thường giải quyết năm vấn đề là nhiệt độ, độ ẩm, áp suất phòng, độ sạch và vấn đề nhiễm chéo. *)Những đặc điểm khác nhau chính giữa phòng sạch và ĐHKK thường : 1.Áp suất phòng Nhiệm vụ chủ yếu là ngăn ngừa không cho không khí, hạt bụi, chất nhiễm trùng; từ phòng, khu vực dơ hơn sang phòng, khu vực sạch hơn.
Nguyên tắc di chuyển căn bản của không khí là từ nơi có áp suất cao tới nơi có áp suất thấp. Như vậy, phòng có cấp độ sạch hơn thì có áp cao hơn và ngược lại. Để kiểm soát áp suất phòng thì thường có đồng hồ đo áp suất, khi áp phòng vượt quá sẽ tự động tràn ra ngoài thông qua cửa gió xì. Thường thì những phòng nào có yêu cầu cao mới gắn miệng gió xì.
Nhiễm chéo Để hiểu rõ về nhiễm chéo ta định nghĩa về tạp nhiễm. Tạp nhiễm là sự nhiễm (đưa vào) không mong muốn các tạp chất có bản chất hóa học hoặc vi sinh vật, hoặc tiểu phân lạ vào trong hoặc lên trên một nguyên liệu ban đầu hoặc thành phẩm trung gian trong quá trình sản xuất, lấy mẫu, đóng gói, bảo quản và vận chuyển. Như vậy nhiễm chéo là việc tạp nhiễm của một nguyên liệu ban đầu , sản phẩm trung gian, hoặc thành phẩm với một nguyên liệu ban đầu hay sản phẩm khác trong quá trình sản xuất. 5 Việc nhiễm chéo có cả nguyên nhân bên ngoài và bên trong.
Vấn đề nhiễm chéo khá phức tạp đối với các phòng trong nhà máy dược cũng như phòng mổ trong bệnh viện. Các phòng sạch cho công nghệ cao thì ít hơn rất nhiều do chỉ sản xuất 1 loại sản phẩm trong một khu lớn.Độ sạch Độ sạch của phòng được quyết định bởi hai yếu tố là số lần trao đổi gió hay bội số tuần hoàn (Air Changes per Hour) và Phin lọc. Thông thường đối với điều hòa không khí cho cao ốc văn phòng có thể từ 2 tới 10 lần. Nhưng trong phòng sạch thì số lần trao đổi gió lên tới 20 lần, đặc biệt trong phòng sạch cho sản xuất chíp lên tới 100 lần.
Tăng số lần trao đổi gió để làm giảm nồng độ hạt bụi, chất ô nhiễm sinh ra trong phòng. Do vậy kết cấu phòng sạch khác với những cao ốc văn phòng. Với các phòng có yêu cầu cấp độ sạch khác nhau thì số lần trao đổi gió cũng khác nhau. Ví dụ trong nhà máy sản xuất dược phẩm khu vực thay đồ có cấp độ sạch E (cấp màu đen) có áp phòng là +(15Pa), số lần trao đổi gió là 10, trong khi phòng pha chế có cấp độ sạch C có áp phòng +(30Pa), số lần trao đổi gió là 20, phin lọc cấp H12.
Phin lọc có nhiệm vụ là lọc bỏ những hạt bụi của không khí trước khi vào phòng. Tùy theo yêu cầu của các loại phòng sạch mà sử dụng phin lọc cho phù hợp. Thông thường với các phòng trong nhà máy dược thì sử dụng loại lọc hiệu suất cao HEPA(High Efficiency Particle Air). Vị trí bộ lọc có thể gắn ngay tại AHU hoặc từng phòng.
Điều hòa dùng trong phòng sạch 1.Khái niệm về điều hòa không khí Điều hòa không khí là một ngành khoa học nghiên cứu các phương pháp , công nghệ và thiết bị nhằm tạo ra một môi trường không khí phù hợp với công nghệ sản xuất, chế biến hoặc tiện nghi đối với con người. Ngoài nhiệm vụ duy trì nhiệt độ trong phòng , hệ thống điều hòa không khí còn phải giữ 6 nhiệt độ không khí trong phòng đó ổn định ở một mức độ ổn định nào đó. Bên cạnh đó cần phải chú ý đến độ sạch của không khí, khống chế độ ồn và tốc độ lưu thông hợp lí của dòng không khí. Như vậy, một hệ thống điều hòa đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng thái của không khí trong không gian điều hòa ở trong vùng quy định nào đó, nó không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của điều kiện khí hậu bên ngoài hay sự thay đổi phụ tải bên trong.
Sơ đồ nguyên lí của điều hòa 1- Máy nén ; 2- Bình ngưng ; 3- Dàn lạnh ; 4- Bình tách lỏng ; 5 - Tháp giải nhiệt ; 6 – Bơm giải nhiệt ; 7- phòng 7 1. Hệ thống thông gió 1. Hệ thống đường ống gió Để luân hồi không khí trong hệ thống ta sử dụng hệ thống ống gió làm bằng tôn, có tính chất vật lí tốt như bền, nhẹ không làm ảnh hưởng tới không khí cần luân hồi, tùy thuộc vào kích thước của từng ống mà chọn độ dày khác nhau. Thiết bị tiêu âm Khi hệ thống hoạt động sẽ tạo ra tiếng ồn, để tiếng ồn không bị di chuyển theo cấp vào các phòng sản xuất ta phải sử dụng biện pháp làm tiêu âm trên dường đi của dòng khí, sử dụng ống gió tiêu âm bề mặt xung quanh bên trong ống có cấu trúc lỗ làm cho tiếng ồn đó bị triệt tiêu.
Các miệng cấp/ hồi khí – Bộ lọc HEPA - Miệng cấp khí HEPA : Trong hệ thống phòng sạch có nhiều khu vực có cấp độ sạch khác nhau. Bởi vậy các HEPA cho các khu vực này cũng có các filter lọc với cấp độ lọc, độ dày khác nhau theo tiểu chuẩn GMP – WHO. - Miệng hồi khí : Với cửa hút trần ta sử dụng cửa hút nan thẳng có màng lọc thô hoặc cửa hút có vỏ bọc kim loại soi nhiều lỗ tròn. Cửa hút chân tường là dùng loại dạng lưới.
Vật liệu bảo ôn cách nhiệt Hệ thống ống gió được làm bằng tôn nên trong quá trình lắp đặt ta cần phải làm kín và cách nhiệt. Ta sử dụng bảo ôn PE dạng tấm xốp có tráng bên ngoài một lớp giấy bạc, ngoài ra bảo ôn còn có thể cách âm cho hệ thống. Hệ thống thải khí Đối với một số công trình phòng sạch có các khu vực độc hại hoặc hóa chất gây hại cho con người và môi trường nên không thể để không khí luân hồi tại các AHU. Do đó ta cần lắp đặt một hệ thống thải khí trong đó có các virút và hóa chất độ hại được tách ra khỏi không khí trước khi cho ra môi trường bên 8 ngoài.
Giải pháp tốt nhất cho vấn đề này là sử dụng các bộ lọc khí RPT hoặc hệ thống lọc khí BIBO. 9 Chương 2 Hệ thống điều khiển lưu lượng không khí trong phòng sạch 2.Khái quát về hệ thống điều khiển 2. Thành phần cấu tạo chính - Thông số điều khiển: là thông số nhiệt vật lí cần phải duy trì của hệ thống điều khiển. Thông số điều khiển được định giá trị trước tại bộ điều khiển.
- Bộ cảm biến: là thiết bị cảm nhận sự thay đổi của thông số diều khiển và truyền các ghi nhận đó lên thiết bị điều khiển. Bộ cảm biến hoạt động dựa trên sự giãn nở nhiệt của các chất, áp lực dòng chảy … - Bộ điều khiển: Thiết bị điều khiển sẽ so sánh giá trị nhận được từ bộ cảm biến với giá trị đặt trước của nó.Tùy theo mối quan hệ của hai giá trị này mà tín hiệu đầu ra khác nhau. - Phần tử điều khiển: Sau khi nhận tín hiệu từ thiết bị điều khiển cơ cấu chấp hành sẽ tác động, tác động đó có tác dụng làm thay đổi thông số điều khiển. Nhiệm vụ và chức năng Chức năng quan trọng nhất của hệ thống điều hòa không khí là duy trì các thông số khí hậu trong một phạm vi nào đó không phụ thuộc vào điều kiện môi trường xung quanh và sự thay đổi của phụ tải.
Tuy nhiên chúng ta vẫn chưa xem xét làm thế nào mà hệ thống điều hoà không khí có thể thực hiện được điều đó khi phụ tải và môi trường luôn luôn thay đổi. Hệ thống điều khiển có chức năng nhận các tín hiệu thay đổi của môi trường và phụ tải để tác động lên hệ thống thiết bị nhằm duy trì và giữ ổn định các thông số khí hậu trong không gian điều hòa không phụ thuộc vào điều kiện khí hậu bên ngoài và phụ tải bên trong. Ngoài chức năng đảm bảo các thông số vi khí hậu trong phòng, hệ thống điều khiển còn có tác dụng bảo vệ an toàn cho hệ 10 thống, ngăn ngừa các sự cố có thể xãy ra; đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và kinh tế nhất; giảm chi phí vận hành của công nhân.3 Sơ đồ điều khiển *) Sơ đồ nguyên lý điều khiển : VSD FT 1- Phin lọc (miệng cấp khí) ; 2- Cảm biến lưu lượng ; 3- Bộ điều khiển 4- Biến tần ; 5- Quạt ; 6- Dàn lạnh ; 7- Miệng hồi khí 11 *) Sơ đồ cấu trúc: v(t) Trong đó R: Thiết bị điều khiển. O : Đối tượng điều khiển(trong hệ thống này là: biến tần, quạt, cảm biến).
u(t): Tín hiệu điều khiển tác động lên phần tử điều khiển. e(t): Tín hiệu sai lệch điều khiển. z(t): Tín hiệu phản hồi.2 Các thiết bị đo và điều khiển 2.1 Bộ điều khiển PID Cấu trúc của bộ ñiều khiển PID gồm có ba thành phần là khâu khuếch đại (P), khâu tích phân (I) và khâu vi phân (D). Khi sử dụng thuật toán PID nhất thiết phải lựa chọn chế độ làm việc là P, I hay D và sau đó là đặt tham số cho các chế độ đã chọn.
Một cách tổng quát, có ba thuật toán cơ bản được sử dụng là P, PI và PID. 12 1 TI s TD s Cấu trúc bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID có cấu trúc đơn giản, dễ sử dụng nên được sử dụng rộng rãi trong điều khiển các đối tượng SISO theo nguyên lý hồi tiếp. Bộ PID có nhiệm vụ đưa sai lệch e(t) của hệ thống về 0 sao cho quá trình quá độ thỏa mãn các yêu cầu cơ bản về chất lượng: - Nếu sai lệch tĩnh e(t) càng lớn thì thông qua thành phần up(t), tín hiệu điều chỉnh u(t) càng lớn. - Nếu sai lệch e(t) chưa bằng 0 thì thông qua thành phần uI(t), PID vẫn còn tạo tín hiệu điều chỉnh.
- Nếu sự thay đổi của sai lệch e(t) càng lớn thì thông qua thành phần uD(t), phản ứng thích hợp của u(t) sẽ càng nhanh.