فیلتر هپا

فیلتراسیون اتاق تمیز -فیلتر هپا

قبل از بررسی سیستم فیلتراسیون، بهتر است اتاق تمیز را به‌طور کلی مورد نظر قرار داد زیرا درک طراحی و عملکرد اتاق‌های تمیز می‌تواند به درک استاندارد کمک کند. اتاق تمیز محیطی است که در آن، سطح آلاینده‌های محیطی مانند گرد و غبار، میکروب‌های معلق در هوا، ذرات آئروسل و بخارات شیمیایی کم است. سطح آلودگی با تعداد (یا غلظت) ذرات دارای اندازه‌های معین در متر مکعب مشخص می شود. واحد اصلی اندازه‌گیری در اتاق تمیز میکرون (μm)  است که یک میلیونیم متر است. در بخش علوم زیستی، غلظت ذرات 5/0 میکرومتری اندازه‌گیری می‌شود. برای مقایسه، موی انسان حدود 100 میکرومتر است.

انواع مختلف اتاق‌های تمیز نیاز به سطوح کنترلی مختلفی دارند که بستگی به تعداد مجاز ذرات با اندازة مشخص دارد. درجة تمیزی استاندارد یک اتاق به کاری که در آن اتاق انجام می‌شود، بستگی دارد. هر چه حساسیت محصول نسبت به آلودگی بیشتر باشد، نیاز به درجة استاندارد بهتری («تمیزتری») دارد. بنابراین درجات تمیزی مختلفی به اتاق‌های تمیز مخصوص فعالیت‌های مختلف اختصاص داده می‌شوند. برای مثال، برای پرکردن بسته‌های دارویی در شرایط ضدعفونی، به اتاق‌های تمیز درجة 5 ایزو (تقریباً معادل درجة A در GMP اتحادیة اروپا) نیاز است، در حالی‌که برای فرمول‌بندی نهایی یک محصول استریل، درجة تمیزی اتاق‌های تمیز معمولاً برابر با درجة 8 ایزو (معادل درجة C حالت عملیاتی GMP اتحادیة اروپا) است.

بیشتربخوانید: اتاق تمیز بیمارستان چیست؟

سطح مناسب کنترل

برای دستیابی به سطح مناسب کنترل، باید  هوایی که از بیرون وارد اتاق تمیز می‌شود، فیلتر شود تا گرد و غبار آن جدا شود و هوای داخل نیز باید پیوسته به گردش درآمده و از فیلترهای هپا (فیلتر هوا با بازدهی بالا) یا اولپا (نفوذ هوای به‌شدت کم) عبور داده شود تا آلودگی‌هایی را حذف کنند که در داخل محیط به وجود آمده‌اند. فیلترهای هوا معمولاً بر اساس بازده جمع‌آوری ذرات، افت فشار (یا مقاومت جریان هوا) و ظرفیت نگهداری ذرات جمع‌آوری‌شده، توصیف و درجه‌بندی می شوند. فیلترهای هپا معمولاً بیش از 99.97% در جمع‌آوری ذرات بزرگ‌تر از 3/0 میکرومتر از هوای اتاق کارآیی دارند. فیلتراسیون ذرات مبتنی بر چهار اصلی کلی است: برخورد مبتنی بر اینرسی، انسداد، انتشار و جاذبة الکترواستاتیک.

فیلترهای هوا از محیط فیلتری، درزگیر، یک قاب، گاه یک لایة محافظ رویی و یا واشر درزبندی تشکیل می‌شوند. انواع متداول محیط‌های فیلتری عبارت هستند از الیاف شیشه، الیاف مصنوعی، الیاف بی‌بافت و PTFE پلی تترا فلوئورواتیلن). این اجزای مختلف فیلتر نشان می‌دهد که چرا ارزیابی منظم نشتی فیلترهای هوا اهمیت دارد

هوای ورودی به اتاق تمیز میبایست قبل از ورود به اتاق تمیز فیلتر شده و سپس وارد اتاق تمیز گردد. در فرایند فیلتراسیون هوا ذرات معلق و هوابرد حذف گردیده و هوایی با کیفیت مورد نظر وارد اتاق تمیز میگردد.

جهت دستیابی به کیفیت هوای مورد نظر در مسیر جریان هوا از چندین بسترفیلتر با بازدهی های متفاوت استفاده میگردد. بطورمیتوان فیلتر ها را سه دسته کلی تقسیم بندی نمود :

• پیش فیلتر ها جهت جداسازی و حذف ذرات درشت
• فیلترهای میانی جهت جداسازی و حذف ذرات با اندازه متوسط
• فیلترهای با بازدهی بالا جهت حذف ذرات ریز و فوق ریز

فیلترهای هوایی که در فناوری اتاق تمیز و هواساز اتاق تمیز به کار می‌روند، فیلترهای الیاف هستند که از قرارگیری آزادانة الیاف ظریف و مرغوب در کنار هم تشکیل شده‌اند. قطر الیاف بر عملکرد فیلترکنندگی پارچه تأثیرگذار است و فضای خالی زیادی بین الیاف در نظر گرفته می‌شود تا ذرات عمیقاً به داخل فیلتر نفوذ کنند، بعد به دام بیفتند. به این ترتیب ظرفیت بالای ذخیرة گرد و غبار حاصل می‌شود. شکل زیر مجموعه‌ای از فیلترهای هوا را نشان می‌دهد که تمام درجه‌های کیفی را شامل می‌شود.

در یک فیلتر لیفی، مجموعه‌ای از این سازوکارها با هم برهم‌کنش دارند:

– اثر غربال‌گری (شکل 5. الف): زمانی‌ اثرگذار است که فاصله بین دو لیف کوچکتر از قطر ذره باشد.

– اثر انسداد (شکل 5 ب): زمانی اثرگذار است که خط جریان حامل ذره آن‌قدر از نزدیکی لیف عبور کند که ذره به آن برخورد کند.

– اثر اینرسی (شکل 6  الف) که بیش از همه برای ذرات بزرگ‌تر از 1 میکرومتر تأثیرگذار است:  این ذرات به دلیل اینرسی جرمی نسبتاً بالایی که دارند، نمی‌توانند خطوط جریان هوا را دنبال کنند چرا که در اطراف الیاف به سمت آن‌ها منحرف می‌شوند، در نتیجه تمایل به برخورد به الیاف دارند.

– اثر انتشار (شکل 6 ب) که مربوط به ذرات بسیار کوچک (کوچک‌تر 5/0 میکرومتر) با جرم کم است: در نتیجة برخورد مداوم این ذرات با مولکول‌های گاز اطرافشان، یک حرکت انتشاری نامنظم را حول خط جریانشان تجربه می‌کنند (حرکت براونی). از این رو احتمال برخورد ذره با یکی از الیاف فیلتر افزایش پیدا می‌کند، با کاهش قطر ذرات این نوسانات قابل توجه‌تر می‌شود.

بازده کل جداسازی E، یعنی مجموع بازده‌ یک واحد فیلتر، مجموع تأثیراتی است که در بالا به آن‌ها اشاره شد (شکل 7). معمولاً برحسب درصد (%) نشان داده می‌شود. به جای عبارت بازده کل جداسازی اغلب از عبارت بازده کل نفوذ استفاده P می‌شود که نشان‌دهندة آن درصد از ذرات است که از فیلتر عبور کرده‌اند. این دو مکمل یکدیگر هستند، به این ترتیب که:

E + P = 100 ➔ P = 100 – E

با افزیش قطر ذرات، ساز و کارهای انسداد و اینرسی تأثیرگذارتر می‌شوند. این موضوع در مورد تأثیر ساز و کار انتشار برعکس است: با کاهش اندازة ذره، قابلیت تحرک ذرات و در نتیجه انتشار آن‌ها و احتمال به دام افتادنشان افزایش می‌یابد. در نتیجه، بازده کل جداسازی، یک کمینه دارد و بازده کل نفوذ، یک بیشینه دارد. این بیشینة نفوذ ذرات تحت تأثیر اندازة ذراتی است که بیشترین نفوذ را دارند و تابعی از سرعت نفوذ هوا از پارچة فیلتر است (شکل 8). از آن‌جا که سرعت نفوذ هوا در فیلترهای اتاق تمیز خیلی کم و در حد چند سانتی‌متر در ثانیه است، باید محیط فیلتر را پلیسه داد (شکل 9) تا به سرعت مطلوب 5/0-4/0 متر بر ثانیه در سطح فیلتر دست یافت.

برای مطالعه بیشتر کلیک کنید: كيفيت تجهيزات اتاق تميز باید در چه سطحی باشد؟ (UP)

اندازة ذراتی که بیشترین نفوذ را دارند برای محیط فیلتری الیاف شیشه معمولاً بین 1/0 تا 2/0 میکرومتر است. در نتیجة این ویژگی‌های فیلترهای لیفی، هم ذرات زیستی بسیار کوچک مانند سلول‌های ویروسی که حدود 1/0 میکرومتر قطر دارند و هم ذرات زندة بسیار بزرگ مثل میکروارگانیسم‌ها که معمولاً به ذرات 2 میکرومتر و بزرگ‌تر از آن می‌چسبند، به خوبی در همة فیلترهای با کارآیی بالا با درجات کیفی مختلف گیر میفتند و حبس می‌شوند.

هنگامی‌که ذرات روی سطح لیف نشست کردند، در اثر نیروهای سطحی (نیروهای واندروالس) در آن‌جا ثابت می‌مانند.

بازده جداسازی فیلترهای هوای سامانه‌های HVAC یا همان هواساز اتاق تمیز طیف بسیار وسیعی از اندازة ذرات را پوشش می‌دهد. بنابراین، معمولاً آن‌ها را به گروه‌های عملکردی تقسیم می‌کنند که خود به درجات مختلف فیلتر هوا تقسیم می‌شوند. طبق استانداردهای اروپایی EN779 و EN1822پنج گروه فیلتر متمایز وجود دارند:

– فیلترهای گرد و غبار درشت (با پیشوند G، درجات G1 تا G4)؛

– فیلترهای گرد و غبار متوسط (با پیشوند M، درجات M5 تاM6 )؛

– فیلترهای گرد و غبار ریز (با پیشوند F، درجات F7 تاF9 )؛

– فیلترهای اِپا، یعنی فیلترهای کارآمد ذرات هوا (پیشوند E، درجات E10 تا E12

– فیلترهای هپا، یعنی فیلترهای ذرات هوا با بازدهی بالا (پیشوند H، درجاتH13 تا H14).

– فیلترهای اولپا، یعنی فیلتر با نفوذ هوای بسیار کم (پیشوند U، کلاس‌های U15 تا U17).

سازمان بهداشت جهانی نیز در دستورالعمل خود برای HVAC دارویی، استفاده از طرح استاندارد اروپا را برای طبقه‌بندی فیلترها پیشنهاد می‌کند.

سامانه‌های فیلتر هوای اتاق‌های تمیز معمولاً شامل سه مرحله می‌شوند:

– مرحلة اول فیلتر: فیلتر گرد و غبار ریز با عملکرد متوسط برای محافظت از واحد هواسازاتاق تمیز در برابر آلودگی.

– مرحلة دوم فیلتر: فیلتر گرد و غبار ریز با کارایی بالا برای تمیز نگاه داشتن مسیرهای هوا و کانال های هوا.

– مرحلة سوم فیلتر: فیلترهای اپا، فیلتر هپا یا فیلترهای اولپا برای تضمین کیفیت هوای ورودی به اتاق تمیز.

یک سیستم فیلتر هوای سه مرحله‌ای در هواساز اتاق تمیز، مطابق توصیه‌ها در جدول زیر، عمر مفید طولانی فیلترهای اپا، هپا یا اولپا را تضمین می‌کند.

فیلترهای با کارآیی بالا

بر اساس استاندارد EN1822 دو نوع فیلتر با کارآیی بالا وجود دارند که تحت عنوان فیلتر هپا (فیلتر هوا با بازدهی بالا) یا فیلتر اولپا (نفوذ هوای به‌شدت کم) شناخته می‌شوند. سرعت پایین‌دست این فیلترها باید حدود 45/0متر بر ثانیه و افت فشار آن‌ها باید بین 120 تا 220 پاسکال باشد. این فیلترها طراحی شده‌اند تا تعداد ذراتی را که وارد یک اتاق تمیز می‌شوند، با استفاده از سازوکارهای فیلتراسیون کنترل کنند. عملکرد فیلترهای هپا حاصل ترکیب سه جنبة مهم است. اول، یک یا چند فیلتر بیرونی وجود دارند که مانند غربال عمل می‌کنند و ذرات بزرگتر آلودگی، گرد و غبار و مو را متوقف کنند. در داخل آن فیلترها، یک آکاردئونی وجود دارد که لایه‌ای از الیاف بسیار متراکم است که ذرات کوچک‌تر را به دام می‌اندازد. قسمت داخلی فیلتر هپا ذراتی را که با جریان هوا عبور می‌کنند، به دام می‌اندازد. درجات مختلفی از فیلترهای هپا با کارآیی‌های مختلف وجود دارند که در جدول زیر نشان داده شده‌اند.

پرده صنعتی در اتاق تمیز باید چگونه باشد؟ برای کسب اطلاعات بیشتر کلیک کنید

نوع فیلتر خریداری‌شده به نیاز تأسیسات بستگی دارد. بیشتر تأسیسات تولیدکنندة دارو از فیلترهای هپای H13 یا فیلتر هپا H14 استفاده می‌کنند.

در هنگام تعیین مشخصات فیلتر باید به درزگیری دور آن یا نوار هوابند فیلتر توجه ویژه‌ای نشان داد که انواع مختلفی دارد (شکل‌های 6 و 7)

– درزبند لاستیکی نئوپرنی بین 6 تا 8 میلی‌متر ضخامت دارد تا متناسب با قاب فیلتر باشد. درزبند به داخل محفظه فشرده می‌شود تا از نشت هوای آلوده جلوگیری کند. در اکثر موارد این روش موفقیت‌آمیز است اما اگر خطایی جزیی در طراحی محفظه وجود داشته باشد یا درزبند خیلی محکم یا شل باشد و یا کیفیت بالایی نداشته باشد، به راحتی اجازة نشت آلودگی را می‌دهد.

– درزبند ژلی

فشردگی ایده‌آلی دارد و عدم نفوذ را تضمین می‌کند، یعنی مانع از عبور هوای فیلترنشده از قاب فیلتر و در نتیجه آلودگی اتاق تمیز می‌شود. این قاب مجرایی است که با ژل پر شده است. محفظه‌ای که برای این منظور طراحی شده و بخشی از آن که به قاب وصل می‌شود، شکلی چاقومانند دارد که در هنگام تماس اجازه می‌دهد ژل کل محفظه را پر کند و به نوبة خود فضایی برای عبور هوای فیلترنشده باقی نمی‌گذارد.

فیلتر هپا چیست؟

فیلتر هپا (به طور کلی ذرات معلق در هوا)  نمی تواند بخارات یا گازها را حذف کند فیلترهای HEPA مورد استفاده در هودهای میکروبی و هودهای کشت بافت زیرا باید دارای حداقل راندمان فیلتراسیون 9999 درصد در برابر ذرات معلق در هوا به کوچکی 03 میکرون باشند همچنین برای آشنایی بیشتر با انواع روکش های لمینت می توانید پوشش میکروفایبر چیست یا پوشش کشت بافت چیست را مطالعه کنید.

کارکرد فیلتر هپا

راندمان فیلتراسیون ذرات بزرگتر و کوچکتر از 03 میکرون بیش از 9999 درصد خواهد بود فیلترهای هپا استفاده شده در تمامی محصولات روشنایی صنعت بدون نشتی بوده و دارای امتیاز فیلتر 9999% می باشد همچنین یکی از اجزای ضروری هر هود لامینار یک فیلتر هوای ذرات با راندمان بالا است که معمولاً فیلتر HEPA نامیده می شود.

در یک هود چند لایه، جریان لایه ای از هوای فیلتر شده با کیفیت HEPA به صورت عمودی یا افقی در سراسر منطقه کار دمیده می شود تا یک منطقه تقریبا بدون آلودگی برای آزمایش ایجاد شود و محصول در برابر آلودگی محافظت شود هودهای میکروسکوپی همچنین هوای فیلتر شده با HEPA را برای محافظت از محصول در محیط کار و همچنین هوای عبور از فیلتر HEPA را قبل از تخلیه از کابینت برای محافظت از محیط ارائه می دهند.

بنابراین فیلتر HEPA (مواد ذرات با کارایی بالا) از فشرده سازی غیر یکنواخت الیاف فایبر گلاس، پارچه و یک تشک مخصوص با پلیسه آکاردئونی برای بهبود عملکرد و قطر متوسط ​​05 تا 2 میکرون تشکیل شده است همچنین فیلتر هپا به گونه ای طراحی شده اند که می تواند حتی کوچکترین آلاینده ها را جذب کنند.

فیلتر هپا چیست و چگونه ذرات معلق را فیلتر می کند؟

فیلترهای هپا در تجهیزات و دستگاه هایی که مکش یا دمیدن هوا را کنترل می کنند استفاده می شود از لوازم خانگی که در آنها از این فیلتر استفاده می شود می توان به دستگاه های تصفیه هوا و جاروبرقی اشاره کرد فیلتر هپا دارای کاربردهای صنعتی، پزشکی و آزمایشگاهی نیز می باشد فیلتر هپا از الیاف فایبرگلاس، پارچه، حصیر و فشرده تولید می شود قطر الیاف بسته به کاربرد آنها از 05 تا 2 میکرون متغیر است.

طراحی و اجرای اتاق تمیز چگونه انجام می شود؟ برای کسب اطلاعات بیشنر کلیککرده و با ما در تماس باشید

ساختار فیلتر هپا

فیلتر HEPA که مخفف عبارت High Efficiency Particulate Air است که از الیاف پلیمری خاصی ساخته شده است که دارای منافذ داخلی هستند این ساختار اجازه می دهد تا هوا از میان این منافذ عبور کند، اما ذرات بزرگتر از 003 میکرون در فیلتر باقی می مانند بنابراین برای افزایش کارایی و طول عمر فیلتر، به صورت افقی جمع می شود به این ترتیب می توان حجم زیادی از فیلتر را در قسمت کوچکی فشرده کرد در برخی از دستگاه های تصفیه هوا، ممکن است 40 متر از سطح فیلتر را در یک واحد 1 متری قرار دهد.

این فیلتر تصفیه هوا به صورت صفحه ای و مستطیلی عرضه می شود در برخی از مدل ها با کاربردهای دیگر، می توان آنها را به دو شکل استوانه ای و دایره ای استفاده کرد مدل های پرکاربرد فیلتر هپا قابل شستشو نیستند، اما با تکان دادن فیلتر یا عبور جریان هوای قوی می توان بخشی از آن را تمیز کرد اما برای دستگاه های تصفیه هوا توصیه می شود پس از انقضای فیلتر قبلی، فیلتر جدید خریداری کنید.

فیلترهای هپا انواع مختلفی دارند کلاس های مختلف ذرات فیلتر دارای قطرهای متفاوتی هستند اما استاندارد طبقه بندی فیلتر هپا بر اساس میزان ذرات با قطر 03 میکرون است به عنوان مثال، پایین ترین کلاس فیلتر HEPA، HEPA10 یا H10، تا 85 درصد از ذرات معلق در هوا را فیلتر می کند فیلترهای HEPA بر اساس میزان فیلتراسیون آنها رتبه بندی می شوند جدول زیر دسته بندی های مختلف این فیلتر را نشان می دهد.

بیشتر بخوانید: استانداردهای اتاق تمیز باید به چه صورتی باشد؟

فیلتر هپا چگونه کار می کند؟

فیلتر HEPA جهت قرار دادن ذرات کوچک طراحی می شوند لذا به خوبی یک فیلتر غشایی معمولی که در آن ذرات بزرگتر از اندازه منافذ مشخص شده فیلتر جذب می شوند، عملکرد خوبی ندارد در عوض، فیلترهای HEPA بر ترکیبی از سه مکانیسم به دام انداختن ذرات متکی هستند همچنین اولین مکانیسم تله گذاری است که در آن ذرات منتقل شده در جریان هوا در اطراف الیاف فیلتر به فیلتر می چسبند ذرات باید در شعاع الیاف فیلتر باشند تا جذب شوند ذرات بزرگتر اغلب تحت تأثیر مکانیسم دوم قرار می گیرند این ذرات به دلیل اندازه خود نمی توانند با تغییرات ناگهانی جریان هوا در اطراف فیلتر سازگار شوند و اساسا با الیاف فیلتر برخورد کرده و جاسازی می شوند.