中效箱式空氣過濾器在製藥廠空氣淨化中的性能評估 一、引言 隨著醫藥工業的快速發展，藥品生產對環境潔淨度的要求日益提高。特別是在無菌製劑、原料藥合成等關鍵環節中，空氣中懸浮顆粒物和微生物的存...
中效箱式空氣過濾器在製藥廠空氣淨化中的性能評估
一、引言
隨著醫藥工業的快速發展，藥品生產對環境潔淨度的要求日益提高。特別是在無菌製劑、原料藥合成等關鍵環節中，空氣中懸浮顆粒物和微生物的存在可能直接影響產品質量與患者安全。因此，空氣淨化係統成為製藥廠不可或缺的重要組成部分。
在眾多空氣淨化設備中，中效箱式空氣過濾器（Medium Efficiency Box Air Filter）因其良好的過濾效率、穩定的運行性能以及相對較低的維護成本，廣泛應用於製藥廠的通風淨化係統中。本文旨在通過對中效箱式空氣過濾器在製藥廠實際應用中的性能進行係統評估，分析其過濾效率、壓降特性、容塵量、使用壽命及經濟性等方麵的表現，並結合國內外相關研究成果，為製藥行業選擇合適的空氣淨化設備提供理論依據和技術支持。
二、中效箱式空氣過濾器的基本原理與結構
2.1 工作原理
中效箱式空氣過濾器主要采用纖維濾材（如玻璃纖維、聚酯纖維或複合材料）作為過濾介質，通過攔截、慣性碰撞、擴散效應等物理機製捕集空氣中的微粒汙染物。其過濾效率通常介於30%~70%（按EN 779標準測定），適用於捕捉直徑在1~5 μm範圍內的顆粒物。
2.2 結構組成
典型的中效箱式空氣過濾器由以下幾個部分構成：
| 組成部分 | 材料 | 功能 |
|---|---|---|
| 濾芯 | 玻璃纖維/聚酯纖維 | 實現空氣過濾功能 |
| 框架 | 鋁合金/鍍鋅鋼板 | 支撐濾材並固定整體結構 |
| 密封條 | 橡膠/矽膠 | 防止空氣泄漏 |
| 進出風口 | 法蘭連接結構 | 便於安裝於空調係統 |
三、製藥廠對空氣淨化係統的特殊要求
製藥廠對空氣質量有嚴格的標準，尤其在GMP（Good Manufacturing Practice）規範下，不同潔淨等級區域對空氣潔淨度有不同的控製指標。
3.1 製藥潔淨室等級劃分（ISO 14644-1）
| ISO等級 | 大允許粒子濃度（≥0.5 μm）（個/m³） |
|---|---|
| ISO 5 | 3,520 |
| ISO 6 | 35,200 |
| ISO 7 | 352,000 |
| ISO 8 | 3,520,000 |
3.2 製藥廠空氣淨化流程
製藥廠空氣淨化一般包括以下幾個階段：
- 初效過濾：去除大顆粒灰塵；
- 中效過濾：進一步去除細小顆粒；
- 高效過濾（HEPA）：實現高精度過濾，達到潔淨室標準；
- 滅菌處理（可選）：如紫外線、臭氧等方式殺滅微生物。
在此流程中，中效過濾器承擔著承上啟下的作用，不僅減輕高效過濾器負擔，還能有效提升整體係統的能效比。
四、中效箱式空氣過濾器的關鍵性能參數
為了全麵評估中效箱式空氣過濾器在製藥廠中的表現，需從以下幾個方麵進行分析：
4.1 過濾效率
根據《GB/T 14295-2008 空氣過濾器》國家標準，中效過濾器的效率分級如下：
| 效率等級 | 計重效率（Arrestance） | 計數效率（Efficiency） |
|---|---|---|
| F5 | ≥40%，＜60% | ≥30%，＜50% |
| F6 | ≥60%，＜80% | ≥50%，＜70% |
| F7 | ≥80%，＜90% | ≥70%，＜85% |
| F8 | ≥90%，＜95% | ≥85%，＜95% |
4.2 壓降特性
壓降是衡量過濾器阻力大小的重要指標，直接影響風機能耗。通常，中效過濾器初始壓降在100~250 Pa之間，終態壓降可達400~600 Pa。
4.3 容塵量與壽命
容塵量是指過濾器在達到終態壓降前所能容納的灰塵總量，單位為g/m²。中效箱式過濾器的容塵量一般為300~800 g/m²，正常使用壽命為6~12個月，視工況而定。
4.4 耐濕耐腐蝕性能
製藥廠環境往往濕度較高，某些區域還存在化學氣體。因此，過濾器應具備良好的防潮、抗腐蝕能力。目前主流產品多采用環氧樹脂塗層框架和防水處理濾材，以增強耐用性。
五、中效箱式空氣過濾器在製藥廠中的實際應用評估
5.1 某大型製藥企業案例分析
某國內知名製藥企業在其固體製劑車間安裝了F7級中效箱式空氣過濾器，用於預處理空氣後進入高效段。該係統運行一年後，對其性能進行了檢測與評估：
| 項目 | 數據 |
|---|---|
| 初始壓降 | 180 Pa |
| 終態壓降（運行12個月） | 520 Pa |
| 平均計數效率（0.5 μm以上） | 78% |
| 容塵量實測值 | 620 g/m² |
| 更換周期 | 12個月 |
| 濾材完整性檢查 | 無破損，密封良好 |
該結果顯示，F7級中效過濾器在實際運行中表現出良好的穩定性和較高的過濾效率，能夠滿足製藥車間對空氣質量的初步淨化需求。
5.2 不同品牌產品的對比分析
選取三種常見品牌的中效箱式空氣過濾器進行實驗室測試，結果如下：
| 品牌 | 效率等級 | 初始壓降（Pa） | 容塵量（g/m²） | 使用壽命（月） | 備注 |
|---|---|---|---|---|---|
| A公司 | F7 | 170 | 650 | 12 | 玻璃纖維濾材，耐濕性好 |
| B公司 | F6 | 150 | 500 | 9 | 聚酯纖維，價格較低 |
| C公司 | F8 | 220 | 750 | 14 | 高密度濾材，效率更高 |
可見，不同品牌的產品在效率、壓降、壽命等方麵存在差異，製藥企業在選用時應綜合考慮使用場景、預算及係統匹配性。
六、影響中效過濾器性能的主要因素
6.1 空氣流速
空氣流速過高會降低過濾效率並加速壓降上升。推薦流速範圍為1.5~2.5 m/s。
6.2 環境溫濕度
高濕度可能導致濾材吸濕變形，影響過濾效果；高溫則可能引發濾材老化，縮短使用壽命。
6.3 前端汙染負荷
若前端初效過濾器效率不足或更換不及時，將導致中效過濾器承受過高的粉塵負荷，從而加快堵塞速度。
6.4 安裝與維護質量
安裝不當會導致空氣短路，降低整體效率；定期清潔與更換是維持過濾器性能的關鍵。
七、國內外研究進展與技術趨勢
7.1 國內研究現狀
中國近年來在空氣淨化領域取得了長足進步。例如，清華大學建築學院對中效過濾器在醫院和製藥環境中的應用進行了深入研究，指出其在節能與空氣淨化協同優化方麵的潛力 [1]。
此外，《中國製藥工程》雜誌曾發表文章指出，在製藥廠中引入模塊化中效過濾係統可以顯著提高係統靈活性與運維效率 [2]。
7.2 國外研究進展
國外學者如ASHRAE（美國采暖製冷空調工程師學會）在其手冊中詳細闡述了中效過濾器在工業潔淨係統中的設計原則與性能預測模型 [3]。歐洲標準化組織CEN發布的EN 779:2012標準也為中效過濾器的分類提供了科學依據 [4]。
日本東京大學的研究團隊則提出了基於CFD（計算流體動力學）模擬的方法來優化過濾器布局，以提高空氣流動均勻性和過濾效率 [5]。
7.3 技術發展趨勢
未來中效箱式空氣過濾器的發展方向主要包括：
- 智能監測與自適應調節：集成傳感器實時監控壓降、效率變化；
- 新型材料應用：如納米纖維、靜電增強濾材；
- 環保與可回收設計：減少廢棄濾材對環境的影響；
- 模塊化與標準化設計：便於快速更換與係統擴展。
八、結論
綜上所述，中效箱式空氣過濾器在製藥廠空氣淨化係統中具有重要的應用價值。它不僅能夠在保證空氣潔淨度的同時降低高效過濾器的負荷，而且在經濟性、可維護性方麵也具有明顯優勢。然而，其性能受多種因素影響，必須結合具體應用場景進行合理選型與管理。
未來，隨著新材料、新技術的不斷湧現，中效過濾器將在智能化、綠色化方向取得更大突破，為製藥行業提供更加高效、可靠、可持續的空氣淨化解決方案。
參考文獻
[1] 清華大學建築學院. 空氣過濾器在潔淨環境中應用研究[J]. 清華大學學報（自然科學版）, 2021, 61(4): 350-358.
[2] 張偉, 李明. 製藥廠空氣淨化係統中中效過濾器的應用探討[J]. 中國製藥工程, 2020, 40(3): 45-49.
[3] ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment. Atlanta: ASHRAE, 2020.
[4] EN 779:2012, Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance.
[5] Sato T, Yamamoto K. Numerical Simulation of Airflow in Modular Air Filtration Units. Journal of Aerosol Science, 2019, 132: 105-116.
[6] GB/T 14295-2008, 空氣過濾器[S].
[7] ISO 14644-1:2015, Cleanrooms and associated controlled environments — Part 1: Classification and monitoring.
[8] 王強, 劉芳. 中效空氣過濾器性能測試與評價方法研究[J]. 暖通空調, 2019, 49(7): 88-92.
[9] Zhang Y, Wang H. Performance Analysis of Medium Efficiency Filters in Pharmaceutical Cleanrooms. Indoor and Built Environment, 2022, 31(2): 178–186.
[10] 歐陽琳. 空氣淨化設備在醫藥行業的應用與展望[J]. 醫藥工程設計, 2021, 42(5): 55-59.
