空气洁净技术第一章绪论

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1、空 气 洁 净 技 术,第一章 绪 论,洁净实例,GMP食品厂房实例,洁净制药车间,实验动物房,ICU烧伤病房,湘潭中心医院手术室,1、什么是洁净技术？ 洁净技术及玷污（或微玷污）控制技术，国际上常用玷污控制（Contamination Control）一词。 洁净技术：对加工或处理对象在加工处理过程中，由于玷污物质的存在，影响对象的成品率，而对到达对象表面的玷污物质进行控制后，能提高对象的成品率，这种有效控制玷污物质（亦包括加工或处理对象带有对人体有害的玷污物质需进行处理及隔离）的技术称为玷污控制或洁净技术。,2、研究洁净技术的重要意义,20 年前，江泽民时任电子工业部部长时，在洁净技术创刊

2、词中曾高瞻远瞩地指出： 洁净技术是一个新的科学技术领域，是一门跨部门、跨学科的综合性的新兴分支学科。 它与很多行业、很多学科有着千丝万缕的联系，我们必须善于借鉴、吸收各个行业、各个学科的已有成果、经验和长处。努力创新，发展我国自己的洁净科学。,2、研究洁净技术的重要意义,2001年中国科协学术年会上，杨振宁先生指出今后科学技术发展的三大战略发展方向： 芯片的广泛应用：建筑、家庭、汽车、人体等 医学与药物高速发展 生物工程,从两个方面看： 涉及到多个领域：微电子、宇航、精密仪表及微机械加工、光学、制药、医疗器械及移植装置制造、卫生、生物工程、纯化学试剂制造、食品等行业 ； 当代科学实验和生产活动

3、对空气洁净程度的要求越来越高。,例如，在以下四个方面：,加工精密化 产品微型 产品高纯度 产品的高可靠性,如有颗粒进入产品，可构成障碍、短路、 杂质源和潜在缺陷。,芯片的成品率对空气洁净度的要求（以随机存储器DRAM为例）：256 K要求0.5 m 100级（3.5个/L），容量越高要求洁净度越高，4 G要求0.1 m 0.1级（0.0035个/L）,国内外芯片制造集成度对照表,洁净室市场的四大用户依次为： 半导体 磁盘驱动器 平面显示器 制药。 此外，航天、医疗和食品等行业的洁净室用户大约占用户总数的四分之一。,美国医学研究所的报道,美国医学研究所2000年是人就会犯错误报告中指出：每年大约

4、有44000到98000名美国人死于医院的失误，人数比因车祸死亡的还要多，而医院的主要失误之一就是传播细菌，引起感染。,空气洁净的概念,洁净空气与空气净化 “空气洁净”可以从两个关联的方面来理解，一是空气净化，表示空气洁净的“行为”；二是指干净空气所处的洁净“状态”。 空气洁净的目的：是使受到污染的空气被净化到生产、生活所需的状态，或达到某种洁净度。 空气洁净度：一定体积或一定重量空气中所含污染物质的粒径、数量或重量来表示。 空气净化的概念：采用某种手段、方法和设备使被污染的空气变成是洁净的空气。,洁净室与洁净技术的概念,洁净室（区）（Cleanroom） 指空气悬浮粒子浓度、含菌浓度受控的房

5、间（限定的空间），房间（空间）的建造和使用方式要尽可能减少室内引入、产生和滞留粒子（包括尘粒和菌粒）等，房间（空间）内其他相关参数如温度、相对湿度和压力按要求进行控制，洁净区可以是开放式或密闭式，可以位于或不位于洁净室内。 空气洁净技术 洁净室污染控制技术及为创造污染程度受控的工作环境所采取的所有方法，包括预防性措施。,空气洁净度等级,空气洁净度等级 空气洁净度是洁净环境中空气含悬浮粒子量的多少的程度，通常空气中含尘浓度高则空气中洁净度低，含尘浓度低则空气洁净程度高。 国际标准ISO14644-1洁净度等级共分9级，ISO Class 19级 国际标准ISO14644-1洁净度等级计算：,Cn

6、：被考虑粒径的空气悬浮粒子最大允许浓度（pc/m3）。Cn是以四舍五入至相近的整数，通常有效位数不超过三位数；N：分级序数，数字不超过9，分级序数整数之间的中间数可以作规定，N的最小允许增量为0.1；D ：被考虑的粒径（m）； 0.1 ：常数，其量纲为（m）。,算 例,N=5级（100级），按D=0.5 m考虑，计算的Cn=3516个/m3 N=5级（100级），按D=1 m考虑，计算的Cn=832个/m3,洁净室的三种状态,按照洁净室（区）的空气洁净度级别状态所达到空气洁净度级别处于的状态分三种： 空态（as-built）：设施已经建成，所有动力接通并运行，但无生产设备、材料及人员。 静态（

7、as-rest）：设施已经建成，生产设备已经安装，并按业主及供应商同意的状态运行，但无人员。 动态（operational）：设施以规定的状态运行，有规定的人员在场，并在商定的状况下进行工作。,空气洁净技术的发展历史,空气洁净技术的由来 20世纪20年代，美国航空业的陀螺仪制造过程中最先提出了生产环境的洁净要求，为消除空气中的尘埃粒子对航空仪器的齿轮、轴承的污染，建立了“控制装配区”。美国一家导弹公司发现，在普通车间内装配惯性制导用陀螺仪时平均每生产10个产品就要返工120次，当在控制空气中的尘粒污染的环境中装配后，返工率可降低至2次；在无尘与将空气有尘粒达1000pc/m3（平均直径为3m，

8、pc为粒子个数的缩写）的环境中装配转速为12000r/min的陀螺仪轴承进行对比，产品使用寿命竟相差100倍。 20世纪50年代初，高效空气粒子过滤器HEPA在美国问世 。美国在军事工业和人造卫星制造领域建立了一些洁净室；日本从20世纪50年代开始在半导体制造工厂中应用空气洁净技术；前苏联也在同时期编制了所谓“密闭厂房”典型设计。 20世纪60年代初，利用工业洁净室进行那些要求无菌环境的实验。 从20世纪70年代初，诞生了现代的生物洁净室，如在制药工业、化妆品工业、食品工业和医疗部门的手术室、特殊病室以及生物安全等方面的推广应用 。,空气洁净技术的发展,集成电路的线宽已从几微米发展到现今的0.

9、1m左右。以集成电路的微型化为例，它对空气中受控粒子粒径从0.30.5m的要求发展到空气中受控粒子的粒子尺寸要求控制在0.05m甚至更小，产品的微型化正不断对空气洁净技术提出更严格的要求。 20世纪60年代，空气洁净技术在美国、欧洲等国家产品生产和科学实验活动的需要得到了广泛应用。 20世纪60年代后期，在工业洁净室的基础上发展了生物洁净室。 20世纪80年代，电子厂房洁净开始大发展。,主要的洁净室标准年表,G M P(Good Manufacturing Practice ),药品在制造过程中由于受到微生物尘粒等污染或交叉感染，可能会引起预料不到的疾病或危害。19651966年间，瑞典曾发生

10、甲状腺药片沙门杆菌污染事故，突发性沙门杆菌患者多达206人。混药与交叉污染对药品质量的危害和严重后果是十分明显的，这种危害随药品品种和污染类型的不同而有所不同，对青霉素类等高致敏性药、某些激素类甾体药物等所引起的污染最危险。19651966年，美国曾发生过非青霉素药品中混有青霉素而被迫回收的事件，为杜绝此类事件以及因混药或交叉污染而引起的质量事故的发生，在各国的“药品生产质量管理规范”（GMP）中对药品生产的空气洁净度都作了严格的规定。,沙门杆菌,主要的GMP标准年表,表1-3 大规模集成电路的工艺发展趋向,表1-4 超大VLSI发展规划及相应控制粒子的粒径,表1-5 每平方米芯片上的空气粒子

11、的最大允许值,生物洁净室,生物洁净室是在工业洁净室的技术基础上发展起来的。美国宇航局最早开始对生物洁净室进行探索，为了防止地球上的微生物传播到外层空间，以及防止从外层空间采集到的样品中未知物扩散到地球或被地球上的微生物所污染。1962年在一个生物洁净室中对被火箭送上太空的狗施行手术；1966年1月，美国新墨西哥州建成了世界上第一个无菌手术室；英国的一名整形外科医生也在进行多次防止空气中微生物引起感染的洁净空调送风系统改进后，于1966年6月建成类似于垂直单向流的洁净室。“单向流手术室的设计与建造”、“生物洁净手术室使用指南”等技术资料的制订、发表，对发展、指导生物洁净室的发展起了积极作用。,生

12、物洁净室,空气中细菌的大小多为0.510m，利用高效过滤器基本上可以去除； 病毒的大小为0.010. 3m，其中大部分附着于悬浮尘粒上，也可利用高效过滤器去除。 生物洁净室的空气洁净度等级通常为5级（100级）、7级（10000级）、8级（100000级）和大于8级（1000000级），由使用情况或产品及其采用的生产工艺的不同而确定。 生物洁净室对空气中污染物控制的对象是尘粒和微生物，所以它具有与工业洁净室不同的要求和特点 。,生物洁净室和工业洁净室差别,中国空气洁净技术的发展,20世纪50年代末，我国的空气洁净技术的研究和应用开始，第一个洁净室于1965年在电子工厂建成 。 20世纪60年代

13、，建成了高效过滤器生产车间。 从20世纪70年代末开始，0.1m高效过滤器研制成功。 20世纪80年代，在建设大规模集成电路工厂、研究所、彩色显像管工厂以及制药工厂的洁净室工程、洁净手术室的同时，建成了一批5级（100级）、6级（1000级）的洁净室。 1984年编制完成了我国首部洁净厂房设计规范（GBJ 7384），2001年进行了修订（GBJ 500732001） 。 1988年，颁布了药品生产质量管理规范（GMP），先后在1992年和1998年进行了修订。 1994年1月，实验动物环境与设施（GB/T 1492594）颁布。 2002年，医院洁净手术部建筑技术规范（GB 50333-20

14、02）颁布。,洁净技术的应用,微电子工业和半导体制造业； 微机械加工工业； 光学工业； 纯化学试剂； 生物技术工业&遗传工程 ； 制药工业； 食品与饮料工业； 医疗器械与移植装置的生产包装工业； 医院与其他保健机构。,洁净室的特点,洁净室是空气的洁净度达到一定级别的可供人活动的空间，其功能是能控制微粒和微生物的污染。 洁净室是一个多功能的综合整体。首先需要多专业配合建筑、空调、净化、纯水、纯气等；其次需要对多个参数进行控制，例如：空气洁净度、细菌浓度以及空气的量、压、声、光，温湿度等。 评价洁净室的质量，在重要性方面，设计、施工和运行管理都很重要，即洁净室是通过从设计到管理的全过程来体现其质量

15、的。,洁净室建筑特点,洁净室建筑设计所依据的洁净技术是一门多学科的综合性很强的技术领域。 洁净室建筑设计具有很强的综合性。 洁净厂房内通常除了设有洁净房间之外，还洁净室建筑设计必须协调好、安排好洁净建筑内各功能房间的平面、空间布置，尽量做到对最大限度的平面、空间的利用。 洁净室内的生产设备一般价格昂贵，洁净室建筑造价也较高，并且家具及装修复杂、要求严密性好。,洁净空调与一般空调的区别,主要参数控制 空气过滤手段 室内压力要求 避免外界污染 对气密性的要求 对土建及其他工种的要求,实现洁净的途径,控制污染源，减少污染发生量 有效地阻止室外的污染侵入室内 迅速有效地排除室内已经发生的污染 流速控制

16、69级的洁净室采用非单向流 系统的气密性 建筑上的措施,参考文献,1 许钟麟. 空气洁净技术原理. 同济大学出版社，1998 2 许钟麟、沈晋明. 空气洁净技术应用. 中国建筑工业出版社， 1989 3 许钟麟. 洁净室设计. 地震出版社，1994 4 梅自力. 医疗建筑空调设计. 中国建筑工业出版社，1991 5 李钧. 药品GMP实施与认证. 中国医药科技出版社，1999 6 洁净厂房设计规范 GB50073-2001 7 洁净室施工及验收规范 JGJ71-90 8 医药工业洁净厂房设计规范 GMP-97 9 药品生产质量管理规范 GMP-98 10 洁净与空调技术（原洁净技术） 详见（中国期刊 网 ）,