乳品厂无菌奶包装间通风空调系统改造研究:无菌物品存放机械通风

　　摘要：本文针对乳品厂无菌奶包装间的环境治理提出了局部排风、改善室内气流组织、三级过滤、有害气体处理的复合治理方案，重点研究了采用吸气罩在污染物发生点就近控制的局部排风措施的计算模型。
　　关键词：复合治理；就近控制；局部排风；气流组织；有害气体处理
　　中图分类号：TB657.2 文献标识码：A
　　引言
　　乳品厂无菌奶包装间对环境有较高要求，最好是在污染物发生的地点就近将污染物质予以控制处理，避免有害物质扩散，同时采用多种手段复合治理，才能达到较好的效果。下面以重庆天友乳品二厂厂无菌奶包装间通风空调系统改造为例作简要研究。
　　重庆天友乳品二厂是一个工艺先进、环境优美、日加工鲜奶超过300吨的大型现代化乳品加工厂，其无菌奶包装间目前设有白利包灌装机和利诺灌装机各六台。灌装机在生产过程中使用H2O22对包装袋进行消毒。消毒用的H2O22通过灌装机出口散发至车间，造成空气污染，在现场考察时可在车间内闻到较强的刺激性气味，对工人健康造成影响。同时因生产设备在生产过程中散发大量的热量和湿量，而车间原通风、空调系统设计不十分合理，车间内有害气体排污效率及室内余热排热效率低，造成积累的有害气体及余热较大，车间内舒适度低，影响工人的工作效率和工作质量。
　　1 改造方案说明
　　为了改善无菌奶包装间的工作环境，针对车间的实际情况，有以下几项改造措施。
　　1.1 设置局部排风，排除有害气体
　　针对灌装机在生产过程中消毒用的H2O22通过灌装机出口散发至车间，造成空气污染问题。在其污染源出口处设置可灵活布置的局部排风措施，从而达到控制有害气体的散发，集中将大部分的有害气体排出室外的目的。
　　车间内的灌装机分白利包灌装机和利诺灌装机两种，其双氧水耗量白利包灌装机约为每24小时1升浓度35％双氧水溶液，利诺灌装机约为每4.5小时1升浓度35％双氧水溶液。灌装机内部均自设有送、排风系统，风机风量为1440m3/h，工艺上为保证消毒效果，通过变频器自动控制以保证灌装机内部气体维持正压，其引风机工作频率通常维持在45.5Hz，则实际总排风量约为：18000×85％=15300m3/h。
　　根据现场情况，改造方案如下：在每个白利包灌装机污染源出口处布置一个侧吸罩，在每个利诺灌装机上部污染源出口处布置一个顶吸罩（具体布置及尺寸详见后附图纸），将空气污染物于其发生源或接近发生源位置将污染物补集排除，排污效果可达到将80～95％的污染物排出。吸气罩为局布排气系统之开口部份，其作用在于限制或减少污染物从发生源扩散，并导引气流以最有效之方法捕捉污染物，而后经由塑料导管，并由增设于室外的防腐蚀排风机分别排放至室外。为保证排气效果，防止相互串流干扰，将白利包灌装机和利诺灌装机各分两个排气系统。
　　经现场检查，白利包灌装机H2O22发生源位置为侧面出口，出口尺寸为240×160mm，出口风速V0=1.5m/s，射流衰减长度为70mm，Vc=0.8m/s，设计采用250×200mm侧面吸气罩，采用流体力学方法原理，按控制风速法计算，则：
　　a/b=250/200=1.25
　　x/b=250/200=1.25
　　Vx/V0=0.09，V0=Vx/0.09=0.25/0.09=2.7m/s，罩口排风量L=3600V0Fm≈340m3/h。则六台白利包灌装机总排气量为4080m3/h。
　　利诺灌装机H2O22发生源位置为上部出口，现已设有吸气罩，目前罩口尺寸为1500×600mm，罩口吸气风速4.5m/s，为增加其吸气效果，设计采用1500×650mm吸气罩，同上理，经计算其罩口排风量为508m3/h，则六台利诺灌装机总设计排气量为3048m3/h。
　　为保证室内风量平衡，设计新风量需补偿室内排风和保持室内正压值，采用定风量阀，以保证室内的正压分布。
　　应：G新≥G排，即G新≥3048+15300+4080
　　G新≥22428m3/h，所以设计总新风量为23000m3/h。
　　1.2 优化室内气流组织
　　要保证室内空气循环有利于H2O22等有害气体的排出，提高室内空气环境，须对无菌奶包装间的空调气流组织进行优化。为有效的排除人员活动区内的污染物，同时提高室内空调的制冷效果，采用下部出风，上部回风的置换通风方式。空气洁净度的空气净化处理采用初效、中效、高效空气过滤器三级过滤。中效过滤器集中设置在空气调节系统的正压段；选用安装简便可靠，易于检漏和更换的高效空气过滤器，设置在空调系统末端。
　　采用置换通风时, 新鲜空气直接从房间底部送入人员活动区。由于送风温度低于室内空气温度，送风在重力作用下先蔓延至地表面，随后在后继送风的推动和室内热源产生的热对流（热烟羽）气流的浮力作用下上升，在热源周围形成浮力尾流，由于风速较低，气流组织紊动平缓，没有大的涡流，因而室内工作区空气温度在水平方向上比较一致，而在垂直方向上分层。不断卷吸周围空气并流向顶部而形成室内主导气流，不仅可以带走热负荷，也将污浊的空气从工作区带到室内上方，由布置在车间上部的回风口吸走，排出室外。
　　整个室内气流分层流动，在垂直方向上形成室内温度梯度和浓度梯度。通过CFD仿真法设计计算，保证热力分层界面位于室内人员活动区之上，就可保证人员活动区内良好的空气品质。具体布置详见设计图纸。
　　1.3 通过多种手段综合处理废气，净化空气
　　通过排放、吸收、吸附、稀释等多种手段处理废气，从而取得对废气综合治理的最佳效果，净化空气。
　　对通过局部排风罩排除后余下的少量有害气体，其在车间内的浓度已下降到安全水平，为防止少量有害气体的积累，还采用以下措施治理：引入室外洁净的新风，以新鲜空气稀释被污染的空气，以达到工业安全及卫生的目的；同时在总回风管道上设吸附处理段，采用专门研制的吸附剂从混合气体中有选择地清除有害组分，通过物理吸附和化学吸附，利用分子间力的相互吸引作用和化学键的力的相互吸引，达到基本完全清除（60％以上）余下的少量有害气体的目的。
　　1.4 双氧水气体处理后浓度计算
　　通过实施上述改造措施，将大大降低室内空气中的双氧水浓度，计算过程如下：
　　据查实，目前车间每班上班运转是从上午7：00～下午7：00，下一班从下午7：00～第二天上午7：00，如此循环，每班前后各1.5小时为打扫清理时间，则每班实际工作时间为9小时。目前设备总风量为35000m3/h，车间内体积为405×6=2430m3，则车间内空调通风换气次数为14.4次/小时，室内新风量为23000m3/h，新风换气次数约为9.46次/小时。按白利包灌装机约每4小时1升浓度35％双氧水溶液，利诺灌装机约每4.5小时1升浓度35％双氧水溶液耗量计算，双氧水溶液密度按1.11g/mL，其中约15％散发至车间，现假设以一个工作班次实际开始工作为起点，假设当时室内双氧水浓度为0，即Y0=0，则开始工作后，空气中双氧水浓度变化如下：
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　　可知，空气中双氧水浓度随工作时间逐渐增大，在第9小时增至最大，即YMax=Y9，而Y9=Y8+Yj-Yp
　　其中，Yj-Yp=[(250×6+223×6)×15％×35％×1.11×(1-90％)×(1-23000/35000)×1000]/(2430×9.46)
　　=0.162mg/m3
　　则，Y1=0+0.162=0.162mg/m3
　　Y2=0.162+0.162=0.324mg/m3
　　……
　　Y8=1.296mg/m3
　　Y9=0.162+1.296=1.458mg/m3
　　1.458mg/m3＜1.5mg/m3，所以符合要求。每班工作结束后至下一班次，有3个小时的间隔时间，在次段时间中，Yj=0，同时继续运行排气系统，由上可知，室内新风换气次数约为9.46次/小时，即Yp=∞，所以在下一班次工作时，可认为Y0=0。
　　2 改造效果
　　通过上述改造，可达到车间内地面向上2.2m内人员活动区空气中H2O22含量浓度1.5mg/m3以内，达到卫生许可浓度范围。从而改善车间内的空气环境，提高工人的工作效率和工作质量。
　　3 结论
　　工厂通风技术已行之多年，对于过去在整体换气及局部排气方面，不论是由提高工业安全或提升生产品质的角度来看，其所扮演的角色均日益重要，不可轻忽。过去技术乃基于以往作业情形所发展出来，由于产量、机台尺寸乃至厂房作业区范围等均逐渐扩大，相对污染源之范围亦成比例地增加，以过去之技术若要完全应用于当今现场作业可能有其困难性，即使是正确的原理，亦必须作技术修正，以符合现场需求。
　　在乳品厂无菌奶包装间环境治理中，最好是在污染物发生的地点就近将污染物质予以控制处理，避免有害物质扩散，同时应采用改善室内气流组织、三级过滤、有害气体化学处理等多种手段复合治理，才能达到较好的效果。
　　参考文献
　　[1]陆耀庆 主编，实用供暖空调设计手册（第二版），北京：中国建筑工业出版社，2008.
　　[2]尉迟斌 主编，实用制冷与空调工程手册，北京：机械工业出版社，2001.
　　[3]孙一坚主编，工业通风（第三版），北京：中国建筑工业出版社，1994.
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