气流设计:食品工厂的常见疏忽

在开发一个食品生产设施的设计过程中, 业主/运营商需要考虑很多事情:资本融资, 获取原材料, 靠近配电点, 工艺设备布置, 未来的扩展能力, 充足的人员配备和员工福利设施等等.

难怪会有气流, 一种看不见的气体的运动和过滤, 在设施内部可能会被忽视. 然而, 正确设计和安装气流系统对于清洁和安全的食品生产环境至关重要.

虽然气流设计有许多细微差别，并根据设备类型进行独特的考虑, 工厂的布局和正在生产的产品, 适用于大多数设施的一些共同考虑因素包括:

• 空气分布
• 过滤
• 增压
• 温度/湿度

在这篇博客中，我们将探讨这四个常见的注意事项. 让我们从空气分布开始.

空气分布

在任何设施中，良好的气流设计都始于空气的适当分布. 为了使系统达到安全食品生产环境所要求的性能, 空气分布需要在整个生产空间均匀，为实现适当的过滤提供平台, 增压, 温度和湿度条件. 分配管道系统需要进行清洁和拭子测试，并且要远离开放的产品.

有许多具有成本效益的解决方案可以实现良好的空气分配, 尤其是在设计新设施的时候. 各种空气终端装置(格栅), 寄存器和扩散器)取决于应用程序. 织物风管(有时被称为风管袜)是一种集风管和终端设备于一体的设备，它在初始成本和性能上都有一些真正的优势.

大多数航空终端制造商都会发布风速分布图，供设计人员使用，以确保空气均匀分布. 速度低至每分钟50或25英尺对于颗粒来说通常是足够的, 温度和湿度控制. 设计人员应对终端设备进行分析，以确保它们能在生产车间的所有区域实现一定程度的空气流动. 这可以简单地通过在显示终端设备位置的尺寸精确的平面图周围绘制弧线来完成. 弧线代表每个装置的距离或“投掷”. 更复杂的分析可能包括使用计算流体动力学(计算流体动力学)模型. 大多数织物管道系统制造商也可以进行气流和速度分析，以帮助最终布局和尺寸确定.

均匀气流分布的另一个同样重要的方面发生在回风侧. 如果所有的空气都回流到一个地方, 空气更容易短路，不能分布到房间的所有区域，造成温度不均匀, 局部湿度问题和颗粒物积聚. 最好将回风入口分散开来，并将它们放置在与送风出口相对的高度(通常低于地面，因为大多数送风分布在高处)。.

当这无法完成时, 空气装置的选择应更加仔细，并包括对空气总体分布的额外分析. 这可以通过检查建筑物的垂直部分来完成，看看空气装置是否能够将空气输送到空间的下部. 评估是否需要计算流体动力学模型来确保气流均匀分布可能是合适的. 曾经考虑用于更专门的应用程序, 计算流体动力学软件的低成本和更高的可用性使其在评估加热方面更加实用, 通风和空调(暖通空调)系统.

过滤

过滤器的作用是去除气流中的污染物.  这些污染物可能来自外界空气(花粉), 灰尘, 燃烧产物)为通风目的带来的，也可以来自居住者产生的空间内部或通过生产过程(粉末), 纺织纤维, 食用油). 根据要删除的内容，有许多类型的过滤器. 对微粒, 过滤器通常由某种纤维材料制成，空气必须通过，颗粒与过滤介质结合. 气体的过滤要困难得多, 在某些情况下, 实际上不能过滤，只能稀释. 碳(如木炭)通常用于去除气体, 还有其他技术，比如离子过滤器，也可以处理气体.

微粒控制是过滤器最常见的需求. 在许多设施中, 有产品质量保证(QA)人员将确定每个区域所需的过滤量. 每个范围的颗粒都与不同的潜在污染物(如.g., 花粉, 纺织纤维, 霉菌)，了解哪些污染物最有可能，哪些会导致产品问题, QA人员可以确定过滤系统的规格.

有时用户的QA团队会指定过滤器的最低效率和空气交换率. 在美国，最常见的过滤器分级系统.S. 是马雷(最低效率报告值). 马雷额定值表示去除不同粒径颗粒的效率.g.，从1开始.0 – 3.0微米，或者0.3 to 1.0微米). 空气交换率, 有时被称为每小时换气量, 确定空间中的空气通过过滤器的频率.

在其他情况下，一定大小的颗粒的浓度(如.g.(大于3微米的颗粒小于百万分之100). 在这种情况下, 每个空间的过滤效率和空气交换率必须根据类似设施的计算和经验来确定.

均匀分布空气, 如本系列的第1部分所述, 是否有必要确保空间中的所有空气都被扫过，并且所有颗粒都有机会被回风系统拾取. 回风系统将所有室内空气和微粒带到过滤器组.  如果你不能让微粒进入过滤器, 它们只会在设施内循环并集中.

用于处理区域的过滤通常在气流中串联有一个预过滤器和后过滤器. 预滤波器的马雷额定值远低于最终滤波器. 这起到了牺牲过滤器的作用，增加了最终过滤器的预期寿命，降低了频繁更换最终过滤器的维护成本.

在某些应用中，紫外线灯用于进一步清洁空气并提供应用所需的清洁度.

增压

在食品生产设备的污染控制中，加压是重要的. 许多操作人员希望保持暴露状态, 熟食正压相对于原料或成品存储区域，但无法做到成本效益.  这可能是由于各种原因造成的，比如空间之间的开口太多, 室外空气不足, 或空气处理设备和控制装置不足.

确保设备适当增压的第一步是确定所需的压力关系. 有些植物有各种各样的环境，从干净到脏(例如.g.(生产品、烹饪、包装和成品/包装产品). 这些区域通常具有不同级别的清洁度要求，从而导致彼此之间不同程度的过滤和加压. 最干净的区域通常是食品进入其初级包装的地方. 例如, 从定义为中性或“0”的外部气压开始, 加工厂的各个区域相互之间可能有以下压力:

建筑物的结构和布置对保持适当的压力很重要. 不同环境条件空间之间的外墙和内墙施工质量决定了保持压力的难易程度. 即使在墙上会有开口供产品和人员移动, 这并不意味着墙的其他部分也会有泄漏. 每个裂缝和开口都会导致空气的传递，不必要的开口会导致更多的空气传递和潜在的污染.

工厂布局对维持适当压力的能力有重大影响. 直线厂房布局在气流设计上有很多优势，但从整体空间规划和操作的角度来看，它很少是实用的. 它的优点是避免了不同压力的空间彼此相邻.g.(a +1旁边是a +3和a +2). 考虑到这通常是不实际的, 气流设计通常必须容纳彼此相邻的多个压力区(详见下文)。.

成功加压控制的一个被忽视的关键是监测空间之间压力的传感器. 有些设施根本没有传感器，而是依靠设施的初始空气平衡来维持压力关系. 不幸的是, 这些关系将在短时间内显著漂移，因为皮带的张力变化, 过滤器装满了微粒, 以及设备的一般磨损情况. 重新平衡空气处理设备以维持压力关系是不切实际的. 即使设备经常被重新平衡, 外界气压随着天气的变化而变化. 因此，许多这些设施无法满足其加压需求.

由于压差关系，空气会从一个空间流到另一个空间. 最终，从一个房间到另一个房间的空气将从设施流向室外. 因为什么出去了, 必须进来, 室外空气必须经过处理并引入设备. 我们的目标是在尽可能少的室外空气中保持压力关系，以降低初始成本和运营成本, 因为提供室外空气很昂贵.

一些设施安装压力传感器和控制风扇和阻尼器来维持压力关系. 只要使用正确的传感器，这可能是一种有效的方法. 通常安装的传感器精度和可靠性都很差. 这导致需要过多的室外空气和对传感器的维护，以保持它们校准，并且通常与依赖初始空气平衡时相同.

最好的结果来自于使用高精度和可靠的压力传感器, 与实验室中使用的类似. 例如, 一个高质量的传感器可能需要1美元,比普通的传感器贵1000美元，但可以节省10美元,在空调系统的初始费用中，我们将节省5000美元, 和1美元,每年可节省3万英镑的能源. 正确的传感器可以将外部空气的需求减少到便宜传感器的1/10. 这些节省在设施的整个生命周期中持续下去，每年节省能源成本. 更重要的是, 在建筑的整个生命周期中，适当的加压可以更可靠地实现，而不需要太多的再平衡和重新校准.

温度和湿度

适当的配气和加压, 温度和湿度的控制变得更容易实现. 不同的工艺有不同的温度和湿度需求. 它们还会带来热量和水分, 需要移除哪些以维持所需的环境条件. 这些因素以及工厂所在地的天气条件都被考虑在内，以确定为生产区服务的暖通空调设备的尺寸. 在过去, 生产区域安装空调的情况不太常见, 但是，由于工艺需要和人员环境条件的改善，越来越多的设施提供空调.

如前所述, 加压需要外部空气，而外部空气通常不在室内所需的温度和湿度范围内.  因此，外部空气可能需要加热、冷却和/或除湿. 在极少数情况下，可能需要增加湿度.  室外进气口的位置应尽可能远离污染源, 但这通常意味着他们在屋顶上，在那里他们可能会受到更极端的高温，有时也会潮湿.

大多数商用暖通空调机组的设计都不能处理维持空调食品生产设施加压所需的外部空气量, 因此首先确定气流和外部空气需求是很重要的, 然后选择能够在该地点的所有天气条件下控制温度和湿度的设备. 这可能需要多种选择，并且通常需要能够在大范围内改变容量的设备来处理设施将经历的不同负载条件.

凝结和湿度控制在大多数食品生产设施中是至关重要的，因为死水可能导致细菌的生长和传播. 保持空间露点温度比预期的最冷表面温度低几度，可以防止凝结形成. 空间露点是引入空间的水分的函数. 室外空气是最常见的湿气来源, 但是有些过程和清洁过程也会产生湿气. 这是外部空气和空间回风的组合，将决定暖通空调单元需要去除的热量和水分的数量，以达到所需的环境温度和露点温度. 作为工艺的一部分，预计冷的表面通常是绝缘的, 但, 取决于绝缘的类型和厚度, 他们可能还是比房间里冷, 所以如果露点不被控制, 它们经常会凝结. 在某些情况下, 高容量的热空气可以用来干燥空间后，他们已经冲洗下来，以减少任何残留的静水的停留时间.

欲了解更多信息，请联系哈斯凯尔食品和饮料部门负责人， 基斯Perkey.