制药粉尘收集——有毒粉尘治理与易燃粉尘防治，该如何进行？

2023-11-28

制药行业的大多数工序都会产生粉尘，包括从原辅料的粉碎、称重、混料到制粉、制粒、压片、颗粒封装、包衣甚至包装。由于这种粉尘很细，有可能飘得又高又远，并飘落到整个设施的各处表面和缝隙中。

这种粉尘带来诸多挑战，其中包括：cGMP问题、平行工序的交叉污染、处理有毒粉尘时的员工暴露以及粉尘的易燃性质可能导致的爆燃。

如果不能正确处理或抑制生产性粉尘，可能会被中国安监处以高额罚款或因需要进行清洁而导致停工损失，或者更糟糕的是人员伤亡。考虑到上述风险，医药生产企业应当了解选择何种过滤设备和技术能够提高效率、保持清洁以及帮助保护设施的安全。精细纤维滤料是一种可以信赖的过滤技术，将为您的除尘方案助力。请参见图1。

图1 拦截了细粉尘的精细纤维滤料。粉尘颗粒集聚在滤料表面且可轻松完成清灰，同时滤料基底保持清洁。如果使用深层过滤方式的滤芯，粉尘颗粒会渗透并累积到滤料基底深处，堵住气流通路。

除尘器壳体设计的演变

在过去的几十年里，除尘器壳体设计已经有了很大的发展，其中非常明显的增强之处是对除尘器壳体（或称箱体）设计的改进。在当今的粉末治理设施中，我们已经几乎看不到曾经是建筑物剪影一部分的传统袋式除尘器。技术进步让设备也随之升级换代，逐渐淘汰了曾经所必需的庞大除尘设备及其固有的上流式设计，效率低下、进行维护时需要整天停机以及在降低运行成本方面的总体选择有限等劣势。在国外大规模停用传统袋式设备始于上世纪七十年代中期，当时推出了早期的滤筒式除尘器和滤筒。

对于生产工序会产生细粉尘或轻质粉尘的制造商，若选择滤筒式除尘器，可以将除尘设备安置在工厂内。现在，维修人员无需爬上房顶或者亲自进入除尘器设备内，即可维修除尘设备。这一进步缩短了停工维护时间，并提高了工序的运行性能和效率。

但早期滤筒式除尘器的设计并没有比袋式除尘器的设计先进多少。滤筒垂直悬挂（和滤袋一样），而气流仍然是从低处进入除尘器箱体，因此仍然存在袋式除尘器中发现的二次扬尘问题和其他性能效率低下的问题。

这些早期的除尘器比陈旧的袋式技术确实有进步，但仍然需要加以改进。在上世纪八十年代初期，新的进步设计通过采用沉流式设计，即利用重力去除气流中的粉尘，进一步提高了除尘器的性能。

沉流式设计由EPA的研究提供支持，并受到美国政府工业卫生专家协会(ACGIH)的认可，被评定为高效的滤筒式除尘器壳体设计。这种设计使除尘器能够摆脱较低压降带来的效率障碍，消除二次扬尘问题，提供能够让颗粒轻松落入灰斗的总体设计。

分析气流

那么，壳体箱设计或气流流向是如何使运行性能发生变化的？难道不全是滤材的问题吗？为了更好地回答这个问题，让我们将上升流/错流与沉流设计的图片进行比较。通过比较这两个完全不同的设计原理，您能够清晰地看出由于气流从除尘器污浊空气端依靠重力流向除尘的清洁空气端，所以沉流式除尘器中的风速较低，请参见图 2。

较低风速产生的压降也较低，从而减少了使气流通过滤芯所需的能量。沉流式设计不仅降低了能量需求，还能更好地处理具有研磨性的粉尘。这意味着对滤芯的磨损更小，而且无需担心因不清扫灰斗而使粉尘悬浮并落回滤芯上（即所谓的二次扬尘）。二次扬尘会降低性能效率和增加能耗。所以，滤芯确实起到非常重要的作用，但良好的箱体设计将增强滤芯的有效性。

错流效应显示的气流速度分布不均匀，且存在气流速度明显较高的区域，说明造成磨损的可能性很大。进气口的交错挡板会使灰斗中形成高强度湍流，造成二次扬尘和增加脉冲清灰难度，从而使压降增加和滤芯使用寿命变短。

唐纳森 Torit Downflo^® 技术将下沉气流与重力相结合，使粉尘自动落入灰斗，从而能够在更小的滤芯磨损下达到更好的清灰效果。在下沉气流模式能够使通过除尘器的气流速度分布均衡，从而尽可能地减少磨损。

图2 错流效应与 Downflo 技术的比较

易燃粉尘

生产性粉尘通常比较轻，经常会进入设施中您可能从来不知道的区域。粉尘越细，飘得就越高，而且沉降下来所需的时间就越长。会产生什么后果？如果粉尘碰巧具有易燃性，那么现在墙壁表面、灯顶和 HVAC 管道表面等处处都可能成为燃料源。如果发生爆燃，则会使粉尘飞起到空气中，有可能造成您的设施中发生第二次更猛烈的爆炸。

那么，何为爆燃，何为爆炸？这两种时间性质不同，但会同时发生。爆燃是指形成火焰前锋、然后以亚音速传播的着火事件。爆炸是指容器或箱体因压力过大而发生物理破裂。在工业事故中，爆燃通常会引发除尘器或建筑物爆炸。工厂工艺设备中发生爆燃和/或爆炸会导致所有粉尘四处乱飞，并在一段时间后沉降到设施各处。在这之后，如果悬浮粉尘接触到工艺设备中爆炸形成的火焰前锋或设施中的其他点火源，则可能会发生通常破坏力更大的二次事故并导致设施严重受损，而且有可能导致人员伤亡。

要减少易燃粉尘带来的风险，就需要消除组成爆炸五边形的五个要素中的一个或多个要素，请参见图3。爆炸五边形代表五个关键要素，也就是易燃粉尘、氧气、粉尘扩散、含粉尘的密闭空间和火源，当这些要素共同起作用时，就会发生爆炸事件。

图3 管理或消除爆炸五边形中的一个或多个要素可以降低爆炸风险。

作为生产工序的所有者，您有责任评估工序的易燃粉尘相关风险并决定哪些易燃粉尘管理策略会有效地降低风险，具体方式是消除爆炸五边形中的一个或多个要素和/或控制和限制爆炸的后果。

了解更多信息，可下载《除尘器和可燃粉尘管理策略》：

粉尘隔离防护

许多制药副产物仍然包含有毒粉尘。这种粉尘可能含活性药物成分(API)，如麻醉药、激素、类固醇或者其他在过度暴露时会对员工或环境产生不良影响的复合物。

与产生惰性粉尘的标准工序不同，必须以限制暴露和强调隔离防护的方式处理有毒粉尘。需要进行粉尘隔离防护的情况往往会带来独特的挑战，因为此时过滤设备扮演着除尘器以及所收集粉尘的遏制设备这两种角色。

目前的除尘器大多都是自带洁净功能的，而且通常可配置为连续运行。多种设备选择使得除尘器控制器可以监测压力、调节气流、自动对滤芯进行脉冲清灰，甚至是在不停止工序的情况下从灰斗中排放粉尘。

但即使实现了高度自动化，仍然需要手动完成某些任务以保证除尘器高效运行。在这些手动任务中，常见的便是更换使用寿命耗尽的滤芯。如果在药品制造过程中会产生有毒粉尘，则更换此类滤芯通常需要袋进/袋出 (BIBO) 流程，请参见图 4。

图4 袋进/袋出(BIBO) 可改进滤芯更换流程和灰斗卸灰装置的维护流程，以帮助尽可能减少工人暴露在可能有害的粉尘中的风险以及减少泄漏到大气中的污染物。

BIBO流程指使用特质气密袋和处理流程，从而使操作人员在更换滤芯时不会直接暴露在除尘器的粉尘中。袋出步骤包括使用气密袋，然后将其连接到除尘器上的集成套环（BIBO 套环）。这些气密袋通过橡胶垫圈和橡胶涂层带夹连接到套环上，在 BIBO 袋与除尘器之间形成一个密封圈。

在尝试判断特定某 BIBO 设计是否有效时，请考虑以下几项：

① 气密袋应由隔离防护专家提供，而且应具备较高OEL（职业接触限值）等级。根据粉尘的毒性，请勿妥协使用质量不合格的气密袋。并非所有气密袋都具有相同等级。

② 圆形BIBO套环可提供质地均匀的无缝隙密封圈，因此往往比矩形套环更有效。矩形套环的顶部、底部和侧面容易出现缝隙。

③ 除尘器上的滤芯开口较小时，通常只需要一位员工来实际执行BIBO滤芯更换。相反，垂直悬挂且带有较大矩形滤芯开口的除尘器，往往需要操作人员将多达四个吸满粉尘的滤芯装入一个气密袋。由于吸满粉尘的滤芯重达70磅（约31公斤），所以仅就重量而言就需要一位以上操作人员才能处理和处置滤芯和气密袋。

④ 建议使用可在袋与除尘器之间实现三重密封的BIBO套环。

⑤ 在选择BIBO设备时，请选用专为BIBO流程设计的设备。不要满足于选用将BIBO作为事后考虑的设备设计。

谁能想到与除尘相关的技术和设计如此之多？唐纳森的使命是不断改进除尘器设计、滤芯解决方案和整体过滤效率，以提供更清洁、更安全的空气。我们始终致以不断创新、推动除尘技术进步为己任，因此即便您的过滤需求不断变化，我们也有能力提供有效的过滤解决方案。

深耕于除尘过滤行业超百年，唐纳森了解各行各业的除尘需求与难点。如需了解更多细节，欢迎您与我们取得联系。

撰稿人 | 唐纳森中国供稿

责任编辑 | 胡静

审核人 | 何发

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