6章(洁净室及其控制技术).ppt
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室内污染控制与洁净技术洁净室室环境是微境是微电子工子工业、精密加工技、精密加工技术、光学工、光学工业、生物技、生物技术、医医药工工业、精、精细化工生化工生产技技术、食品加工等行、食品加工等行业中必中必备的生的生产条件。
随条件。
随着科学技着科学技术日新月异的日新月异的发展,展,对洁净室的要求已室的要求已经从从洁净室室环境中的温、境中的温、湿度和湿度和悬浮微粒浮微粒污染物的控制染物的控制扩展到了展到了对洁净室室环境中的气(汽)境中的气(汽)态污染物、染物、细菌和微生物的控制。
菌和微生物的控制。
洁净室室环境境对其研究成果的其研究成果的实现和新和新产品品开开发的成的成败起到了至关重要的作用。
起到了至关重要的作用。
第六章:
洁净室及其控制技术第六章:
洁净室及其控制技术室内污染控制与洁净技术空气洁净度等级标准与控制对象空气洁净度等级标准与控制对象6.2洁净室技术原理洁净室技术原理6.3生物洁净室技术生物洁净室技术6.4洁净室设计计算洁净室设计计算6.5第六章:
洁净室及其控制技术第六章:
洁净室及其控制技术洁净技术设备与应用洁净技术设备与应用6.6洁净室的运行管理洁净室的运行管理6.7洁净室的定义、分类及其应用洁净室的定义、分类及其应用6.16.1室内污染控制与洁净技术6.1.16.1.1洁净室的定义洁净室的定义洁净室室(cleanroom):
(cleanroom):
洁净室就是室就是洁净的室的室(广广义)。
定义如下:
定义如下:
1.1.美国联邦在美国联邦在FS-209FS-209中是这样定义的:
中是这样定义的:
洁净室洁净室“室内悬浮粒子浓度被控制在一定水平的房间。
室内悬浮粒子浓度被控制在一定水平的房间。
”洁净区洁净区“空气浮游粒子的浓度被控制在特定的浮游粒子洁净度等级空气浮游粒子的浓度被控制在特定的浮游粒子洁净度等级范围内的某一限定空间。
范围内的某一限定空间。
”6.16.1洁净室的定义、分类及其应用洁净室的定义、分类及其应用室内污染控制与洁净技术6.16.1洁净室的定义、分类及其应用洁净室的定义、分类及其应用2.2.国际标准化组织的定义:
国际标准化组织的定义:
洁净室洁净室“空气中浮游粒子空气中浮游粒子浓度受控的房度受控的房间,其建造和使用,其建造和使用应使使进入、入、产生、滞留于室内的粒子最少;室内其他参数如温度、湿生、滞留于室内的粒子最少;室内其他参数如温度、湿洁净区洁净区“定定义同同FS-209FS-209标准,此准,此洁净区可以是开放的,也可以是封区可以是开放的,也可以是封闭的,可位于或不位于的,可位于或不位于洁净室内。
室内。
”3.3.中国国家标准中国国家标准GB50073-2001GB50073-2001中对洁净室的定义是:
中对洁净室的定义是:
洁净室洁净室“空气中空气中悬浮粒子浮粒子浓度受控的房度受控的房间,它的建造和使用,它的建造和使用应减少室减少室内内诱入、入、产生或者滞留粒子。
室内其他参数如温度、湿度、生或者滞留粒子。
室内其他参数如温度、湿度、压力等按要求力等按要求进行控制。
行控制。
”度、气压按需要控制。
度、气压按需要控制。
”室内污染控制与洁净技术洁净区洁净区“空气中悬浮粒子浓度受控的限定空间,它的建造和使用应空气中悬浮粒子浓度受控的限定空间,它的建造和使用应减少室内诱入、产生或者滞留粒子。
室内其他参数如温度、减少室内诱入、产生或者滞留粒子。
室内其他参数如温度、湿度、压力等按要求进行控制。
湿度、压力等按要求进行控制。
现代洁净室特殊的含义:
现代洁净室特殊的含义:
明确了空气洁净技术的基本特征和主要的控制对象;明确了空气洁净技术的基本特征和主要的控制对象;指明了指明了洁净技技术的基本原理;的基本原理;除了对空调系统中的温度、湿度、压力、流速和粒子浓度等参数严格控制除了对空调系统中的温度、湿度、压力、流速和粒子浓度等参数严格控制以外,还应根据不同的应用要求和控制等级,对其他相关参数进行控制。
以外,还应根据不同的应用要求和控制等级,对其他相关参数进行控制。
如现代化的集成电路生产线上,还要求对静电、微振动以及空气中气态如现代化的集成电路生产线上,还要求对静电、微振动以及空气中气态(分子态分子态)污染物污染物(AirbornicAirbornicMolecularMolecularContaminants,AMCContaminants,AMC)进行控制。
进行控制。
1.1.2.2.3.3.6.16.1洁净室的定义、分类及其应用洁净室的定义、分类及其应用室内污染控制与洁净技术6.1.26.1.2洁净室的分类洁净室的分类1.1.按用途来分类按用途来分类
(1)
(1)工工业洁净室室:
以非生物微粒以非生物微粒(或称或称为无生命微粒无生命微粒)为控制控制对象。
主要控制非象。
主要控制非生物微粒生物微粒对工作工作对象象产生生污染。
其受控染。
其受控环境一般保持正境一般保持正压,防止外界微粒防止外界微粒进入。
入。
(2)
(2)生物洁净室生物洁净室:
以生物微粒以生物微粒(或称为有生命微粒或称为有生命微粒)为控制对象,可分为:
为控制对象,可分为:
一般生物洁净室一般生物洁净室;隔离式生物洁净室隔离式生物洁净室。
一般生物洁净室一般生物洁净室:
主要控制有生命微粒主要控制有生命微粒(如菌类如菌类,原生动物、细菌和病毒原生动物、细菌和病毒等等)对工作环境及工作对象的污染。
其受控环境一般保持正压。
对工作环境及工作对象的污染。
其受控环境一般保持正压。
隔离式生物洁净室隔离式生物洁净室:
以防止微生物以防止微生物(有生命的微粒有生命的微粒)外逸为控制目的。
受控外逸为控制目的。
受控环境处于环境处于“负压负压”状态状态,即负压送风即负压送风,过滤排风过滤排风,一般不采用回风。
主要控制一般不采用回风。
主要控制工作对象是有生命的微粒工作对象是有生命的微粒,防止其对外界和人体产生伤害。
防止其对外界和人体产生伤害。
6.16.1洁净室的定义、分类及其应用洁净室的定义、分类及其应用室内污染控制与洁净技术2.2.按照气流流型分类按照气流流型分类单向流(向流(UnidirectionalUnidirectionalAirflowAirflow)非单向流(非单向流(Non-Non-unidirectionalunidirectionalAirflowAirflow)混合流(混合流(MixedAirflowMixedAirflow)图图6.16.1三种洁净室的气流流三种洁净室的气流流型型示意图示意图SASA送风送风;RA;RA回风回风室内污染控制与洁净技术6.16.1洁净室的定义、分类及其应用洁净室的定义、分类及其应用3.3.按净化设备布置方式分类按净化设备布置方式分类
(1)
(1)集中式集中式;
(2);
(2)局部式局部式;(3);(3)混合式混合式图图6.26.2为上述为上述33种净化设备布置方式的基本原理。
种净化设备布置方式的基本原理。
图6.26.2洁净装置布置形式装置布置形式室内污染控制与洁净技术6.1.36.1.3洁净技术的发展与应用洁净技术的发展与应用洁净技技术(CleanroomCleanroomtechnology)technology)是一是一门以防止生以防止生产与研究工作受与研究工作受环境因素的干境因素的干扰和影响和影响,保保护产品或研究品或研究对象不受有害物象不受有害物质污染染为核心内容的核心内容的新新兴技技术。
它随着科学技。
它随着科学技术的的发展、工展、工业产品的日新月异品的日新月异,特特别是航空航天是航空航天业、电子工子工业、生物医、生物医药和食品工和食品工业的的发展而不断展而不断发展。
展。
现代工代工业和和现代代科学科学实验研究研究对产品的微型化、高精密度和高可靠度等方面的要求不断提品的微型化、高精密度和高可靠度等方面的要求不断提高,促使高,促使洁净技技术的快速的快速发展。
展。
洁净技技术的的发展已成展已成为现代工代工业生生产和和实验活活动不可缺少的重要不可缺少的重要标志之一。
志之一。
2020世纪世纪2020年代年代,美国就开始了洁净技术方面的研究。
美国就开始了洁净技术方面的研究。
2020世纪世纪5050年代年代,美国成功研制了高效性空气粒子过滤器美国成功研制了高效性空气粒子过滤器(HEPA)(HEPA)。
2020世纪世纪6060年代年代,推出了世界上第一个单向流洁净室推出了世界上第一个单向流洁净室,这项研究成果是空这项研究成果是空气洁净技术发展史上的一项重大突破。
气洁净技术发展史上的一项重大突破。
19631963年美国颁布了第一个联邦标准年美国颁布了第一个联邦标准FS-209FS-209。
6.16.1洁净室的定义、分类及其应用洁净室的定义、分类及其应用室内污染控制与洁净技术19991999年该委员会出台第一个关于洁净室的标准年该委员会出台第一个关于洁净室的标准-空气洁净度分级空气洁净度分级(ISO14644-1)(ISO14644-1)。
7070年代年代,洁净技术应用得到普及洁净技术应用得到普及,尤其是在电子工业领域尤其是在电子工业领域,工业洁净室得工业洁净室得到了广泛应用。
到了广泛应用。
8080年代至今年代至今,是洁净技术发展大普及的是洁净技术发展大普及的2020余年。
表余年。
表1.21.2和表和表1.31.3分别给出分别给出了大规模集成电路和超大规模集成电路了大规模集成电路和超大规模集成电路(VLSI)(VLSI)的发展趋势。
的发展趋势。
9090年代以来年代以来,超大规模集成电路的加工技术发展迅猛超大规模集成电路的加工技术发展迅猛,每隔每隔22年其关键技年其关键技术就会有一次飞跃术就会有一次飞跃,集成度每集成度每33年增长年增长44倍。
这对洁净技术的发展提出了巨大倍。
这对洁净技术的发展提出了巨大挑战挑战,微电子工业技术始终引领着洁净技术的发展方向。
微电子工业技术始终引领着洁净技术的发展方向。
6.16.1洁净室的定义、分类及其应用洁净室的定义、分类及其应用室内污染控制与洁净技术生物洁净技术是在工业洁净技术基础上发展起来的生物洁净技术是在工业洁净技术基础上发展起来的,生物洁净技术的出生物洁净技术的出现也是生物科学及医学发展的必然需要。
早在现也是生物科学及医学发展的必然需要。
早在18671867年年,英国的里司特英国的里司特(LISTER)(LISTER)已用室内喷石碳酸的方法消灭漂浮在手术室空气中的微生物已用室内喷石碳酸的方法消灭漂浮在手术室空气中的微生物,手术手术后感染率从后感染率从63%63%下降到下降到18%18%。
美国宇航局。
美国宇航局19621962年在一个生物洁净室中对被火箭年在一个生物洁净室中对被火箭送上太空的狗进行手术。
送上太空的狗进行手术。
19661966年在美国新墨西哥州的一家医院建成了世界上年在美国新墨西哥州的一家医院建成了世界上第一个无菌手术室第一个无菌手术室;英国的一名整形外科医生英国的一名整形外科医生19661966年年66月建成类似于垂直单向月建成类似于垂直单向流的洁净室。
流的洁净室。
进入入2020世世纪7070年代后年代后,微生物微生物洁净技技术的的发展及展及应用在国用在国际上已上已进入了相入了相当广泛的当广泛的领域。
生物域。
生物洁净室已广泛室已广泛应用于宇宙航行、医学、制用于宇宙航行、医学、制药、微生物学、微生物学、生物生物实验、遗传工程、食品等众多工程、食品等众多领域域,生物生物洁净技技术在在这些些应用用领域均占有域均占有重要地位。
重要地位。
6.16.1洁净室的定义、分类及其应用洁净室的定义、分类及其应用室内污染控制与洁净技术我我国国洁净室室技技术的的研研究究和和应用用:
60:
60年年代代是是我我国国洁净技技术发展展的的起起步步时期期,第第一一个个洁净室室于于19651965年年在在电子子工工厂厂建建成成投投入入使使用用,同同期期我我国国的的高高效效过滤器器(HEPA)(HEPA)研制成功投入生研制成功投入生产。
7070年年代代末末开开始始,我我国国的的洁净技技术随随着着各各行行业引引进和和设备的的兴起起得得到到了了长足足进步步。
19801980年年后后,我我国国洁净技技术和和洁净厂厂房房建建设取取得得了了明明显的的成成果果,在在建建设大大规模模集集成成电路路工工厂厂、研研究究所所、彩彩色色显像像管管工工厂厂以以及及制制药工工厂厂洁净室室工工程程、洁净手手术室室的的同同时,建建成成了了一一批批55级(100(100级)、66级(1000(1000级)的的洁净室室。
19841984年年编制完成了我国首部制完成了我国首部洁净厂房厂房设计规范范(GBJ73-84)(GBJ73-84)。
6.16.1洁净室的定义、分类及其应用洁净室的定义、分类及其应用室内污染控制与洁净技术9090年代我国与国年代我国与国际知名公司合作或合知名公司合作或合资,建成了一些高建成了一些高级别(0.1m(0.1m、11级、1010级)的的洁净制造制造车间。
19881988年我国制定了制年我国制定了制药行行业的的药品生品生产质量量管理管理规范范(GMP),(GMP),明确明确规定了制定了制药工工业中中对不同不同类型的型的药品所需的生品所需的生产环境境的的洁净度。
度。
9090年代后期年代后期,我国我国洁净手手术室的建室的建设在最近在最近1010年中加快了速度年中加快了速度,据据有关方面至有关方面至20012001年不完全年不完全统计,全国有近,全国有近20002000间洁净手手术室投入使用。
室投入使用。
19961996年年实施了国施了国际军队医院医院洁净手手术部建筑技部建筑技术规范范,2000,2000年年实施了国施了国际医院医院洁净手手术部建部建设标准准,2002,2002年年实施了国施了国际医院医院洁净手手术部建筑技部建筑技术规范范。
6.16.1洁净室的定义、分类及其应用洁净室的定义、分类及其应用室内污染控制与洁净技术6.26.2空气洁净度等级标准与控制对象空气洁净度等级标准与控制对象6.2.16.2.1洁净度等级标准洁净度等级标准11美国联邦标准美国联邦标准-FS209E-FS209E等等级级名名称称等等级级限限值值0.10.10.20.20.30.30.50.555容积单位容积单位容积单位容积单位容积单位容积单位容积单位容积单位容积单位容积单位国际国际单位单位英制英制单位单位mm33ftft33mm33ftft33mm33ftft33mm33ftft33mm33ftft33M1M13503509.919.9175.775.72.142.1430.930.90.8750.87510.010.00.2830.283M1.5M1.5111240124035.035.02652657.507.501061063.003.0035.335.31.001.00M2M23500350099.199.175775721.421.43093098.758.751001002.832.83M2.5M2.5101012400124003503502650265075.075.01060106030.030.035335310.010.0M3M33500035000991991757075702142143090309087.587.51000100028.328.3M3.5M3.51001002650026500750750106001060030030035303530100100M4M475700757002140214030900309008758751000010000283283M4.5M4.5100010003530035300100010002472477.007.00M5M51000001000002830283061861817.517.5M5.5M5.5100001000035300035300010000100002470247070.070.0M6M610000001000000283002830061806180175175M6.5M6.5100000100000353000035300001000001000002470024700700700M7M71000000010000000283000283000618006180017501750表表6.2FS6.2FS209E209E标准的空气中悬浮粒子洁净度等级标准的空气中悬浮粒子洁净度等级室内污染控制与洁净技术6.26.2空气洁净度等级标准与控制对象空气洁净度等级标准与控制对象209E209E标准中,准中,对其中任意等其中任意等级的上限的上限浓度可近似用下列公式来度可近似用下列公式来计算:
算:
式中式中:
NNMM大于或等于粒径的上限大于或等于粒径的上限浓度度,pc/m,pc/m33;MM采用国采用国际单位制是位制是洁净度等度等级的的值;dd所考所考虑的粒子直径,的粒子直径,umum。
室内污染控制与洁净技术6.26.2空气洁净度等级标准与控制对象空气洁净度等级标准与控制对象2.2.国际标准之前的各国标准国际标准之前的各国标准级限(粒/m3)美国日本德国俄罗斯中国英国法国瑞典澳大利亚d=0.5umd=5umFS-209E1992年JISB9920VID-28031990年GOSTR-50766-1995GBJ73-1984BSI-BS5295-1989年AFNOR-44101-1981年TOMT80-1989AS13861989年0.3501PI3.5020P2100MI35.30M1.5
(1)3-1P3C0.0351000M23530M2.5(10)4-2P4DB0.3510000M335300M3.5(102)5-3P5100E或F400073.510000M435300247M4.5(103)6-4P61000G或H40000635100000618M53530002470M5.5(104)7-5P710000J4000005350表表6.36.3各国洁净度等级的对照各国洁净度等级的对照室内污染控制与洁净技术6.26.2空气洁净度等级标准与控制对象空气洁净度等级标准与控制对象3.3.国际洁净室标准国际洁净室标准洁净度等级(N)等于或大于相应粒径的最大允许浓度(pc/m3)0.1um0.2um0.3um0.5um1um5umISO1102ISO210024104ISO31000237102358ISO4100002365101835283ISO51000002365110176351783229ISO61000000236514101763351688318293ISO7351676831762925ISO8351675783176429251ISO9351675728317638292511表表6.46.4洁净室和洁净区内空气中悬浮粒子洁净度等级洁净室和洁净区内空气中悬浮粒子洁净度等级室内污染控制与洁净技术6.26.2空气洁净度等级标准与控制对象空气洁净度等级标准与控制对象按国际标准,空气中悬浮粒子洁净度等级以等级序数按国际标准,空气中悬浮粒子洁净度等级以等级序数NN表示,表示,相应的中间等级的粒子最大允许浓度相应的中间等级的粒子最大允许浓度CCnn可用公式计算:
可用公式计算:
式中:
式中:
CCnn大于或等于粒径(大于或等于粒径(dd)的粒子最大允许浓度,)的粒子最大允许浓度,pc/mpc/m33;NN洁净度级别;洁净度级别;dd被考虑的粒径,被考虑的粒径,umum。
室内污染控制与洁净技术6.26.2空气洁净度等级标准与控制对象空气洁净度等级标准与控制对象值得注意的是,洁净室(区)内空气洁净度在不同状态下是不同的,值得注意的是,洁净室(区)内空气洁净度在不同状态下是不同的,所以国际标准中对洁净室(区)涉及到的三种状态作出如下定义:
所以国际标准中对洁净室(区)涉及到的三种状态作出如下定义:
空态空态(as-builtas-built):
设施已经建成,所有动力接通并运行,但无生产):
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。
设备、材料及人员。
静态静态(at-rest):
设施已经建成,生产设备已经安装,并按业主供应:
设施已经建成,生产设备已经安装,并按业主供应商同意的状态运行,无生产人员。
商同意的状态运行,无生产人员。
动态动态(operational):
设施以规定的状态运行,有规定的人员在场,:
设施以规定的状态运行,有规定的人员在场,并在商定的状态下进行工作。
并在商定的状态下进行工作。
洁净室工程在验收时所处的状态应与业主和开发商协定确定而国际洁净室工程在验收时所处的状态应与业主和开发商协定确定而国际标准(标准(ISO14644-1ISO14644-1)特别指名:
)特别指名:
“空态测试空态测试”完毕还应进一步作完毕还应进一步作“静态静态”或或“动态动态”(或同时作两种)测试无论在何种状态下都能实现并保持(或同时作两种)测试无论在何种状态下都能实现并保持所要求的参数。
所要求的参数。
室内污染控制与洁净技术6.26.2空气洁净度等级标准与控制对象空气洁净度等级标准与控制对象修订后的国家标准修订后的国家标准洁净厂房设计规范洁净厂房设计规范(GB50073-2001GB50073-2001)从从20022002年年11月发布实施。
国家标准(月发布实施。
国家标准(GB50073-2001GB50073-2001)中规)中规定的洁净室(定的洁净室(洁净洁净区)内空气洁净度等级等同采用国际标准区)内空气洁净度等级等同采用国际标准ISO14644-1ISO14644-1种的有关规定种的有关规定。
4.4.我国的洁净室标准我国的洁净室标准室内污染控制与洁净技术6.26.2空气洁净度等级标准与控制对象空气洁净度等级标准与控制对象5.5.生物洁净室的相关标准生物洁净室的相关标准世界第一个有关微生物世界第一个有关微生物净化化级别的的标准是美国航空与航天管理局准是美国航空与航天管理局(NASANASA)于)于1967.81967.8公布的公布的NHB5340.2NHB5340.2洁净室和室和洁净工作台微生物控制工作台微生物控制标准准,至今仍被广泛,至今仍被广泛应用于各国的相关用于各国的相关标准和相关行准和相关行业。
级别微粒生物微粒粒径最大数量浮游最大数量最大沉降量um粒/ft3粒/L个/ft3个/L个/ft2.周个/m2.周1000.51003.50.10.0035120012900100000.55.010000653502.50.50.01766000646001000000.55.01000007003500252.50.088430000323000表表6.56.5美国宇航局美国宇航局(NASA)(NASA)标准准NHR5340.2NHR5340.2室内污染控制与洁净技术6.26.2空气洁净度等级标准与控制对象空气洁净度等级标准与控制对象该标准主要是针对宇航业的应用,而相对于其他行业则偏严。
随着该标准主要是针对宇航业的应用,而相对于其他行业则偏严。
随着生物技术的发展和广泛应用,世界各国相继制定了一系列适应不同场合生物技术的发展和广泛应用,世界各国相继制定了一系列适应不同场合的标准的标准,如药品生产领域中著名,如药品生产领域中著名药品生产质量管理规范药品生产质量管理规范药品生产质量管理规范药品生产质量管理规范(GMP-GoodGMP-GoodManufacturingPracticeManufacturingPractice)等。
自美国)等。
自美国19621962年率先颁布了年率先颁布了“GMPGMP”后,世后,世界界100100多个国家和地区相继制定了多个国家和地区相继制定了GMPGMP11。
我国。
我国19821982年由中国医药工业公年由中国医药工业公司首先颁布司首先颁布GMPGMP后,相关部委陆续颁布和修订了各项后,相关部委陆续颁布和修订了各项GMPGMP标准。
此外还先标准。
此外还先后颁布了后颁布了洁净手术部建筑技术规
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