Свойства и значение стерильного воздуха

Если задать вопрос производителю: «Какую функцию выполняют воздушные фильтры на вашем предприятии по выпуску пищевых продуктов и напитков?» — в ответ вы обычно услышите: «Удаление пыли и загрязнений». Некоторые проницательные наблюдатели могут также упомянуть удаление водно-масляных аэрозолей.

Хотя эти ответы верны, наиболее опасными загрязнителями в воздухе, имеющем прямой или непрямой контакт с пищевыми продуктами, являются микроорганизмы. Эти микроскопические частицы могут быть как полностью безвредными, так и — при наличии определенных условий — подвергать риску жизнь человека. Воздушный компрессор создает такие условия: влага, тепло, масло в воздухе являются благоприятной средой для развития многих видов микроорганизмов. Постоянный контроль состава микроорганизмов в системе сжатого воздуха не представляется возможным, поэтому чрезвычайно важно организовать производственные процессы таким образом, чтобы защитить производителя и потребителей.

Существует ряд организаций, которые устанавливают стандарты, дают рекомендации и определяют лучшие способы снижения риска порчи продуктов из-за заражения микроорганизмами. Компания Donaldson дает следующие рекомендации производителям по защите продуктов от порчи, а также о том, как защитить себя и своих потребителей: фильтрация, стерилизация, контроль и обслуживание.

1. Фильтрация

Предварительная очистка

Компрессор повышает концентрацию частиц и бактерий, которые присутствуют в окружающем воздухе в естественных условиях. Фильтрация высоких концентраций таких загрязнений может быть сильно затруднена. Кроме того, механическое воздействие компрессора приводит к попаданию в воздух дополнительных частиц и масляных аэрозолей, которые также необходимо удалить. При охлаждении в ресивере воздух обычно на 100 % насыщается водяными парами, что приводит к образованию конденсата. Конденсат переносится ниже по потоку в виде аэрозоля мельчайших капель, которые при отсутствии сепаратора унесенной жидкости и коалесцирующего фильтра предварительной очистки могут повреждать рефрижераторные осушители или осушители с влагопоглотителем. Компания Donaldson предлагает циклонные сепараторы и коалесцирующие фильтры для предварительной очистки.

Осушение

После прохождения через фильтры предварительной очистки из воздуха необходимо удалить водно-масляные аэрозоли и твердые частицы размером более 5 микрон. 

После этого воздух все еще будет насыщен влагой и любое его охлаждение приведет к образованию конденсата.

Если оставить все как есть, со временем конденсат повлечет за собой значительные расходы, в том числе из-за коррозии и обледенения. Кроме того, смесь воды и масла создает благоприятные условия для размножения бактерий.

Следует отметить, что остановить рост бактерий значительно проще и безопаснее, чем задерживать их высокие концентрации впоследствии. Чаще всего для снижения концентрации паров масла и воды используется охлаждение воздуха в рефрижераторном осушителе или адсорбция паров в адсорбционном осушителе. Компания Donaldson рекомендует использовать безнагревный регенерируемый осушитель с влагопоглотителем серии Ultrapac™ Smart. Гигроскопический адсорбирующий материал этого осушителя восстанавливает свои свойства в процессе безнагревной регенерации. Это позволяет добиться значительной экономии средств, недоступной при использовании рефрижераторных осушителей и осушителей с горячей регенерацией. Кроме того, осушитель серии Ultrapac Smart оснащается фильтром предварительной очистки для защиты влагопоглотителя от загрязнений, а также фильтром тонкой очистки, защищающим оборудование, расположенное ниже по технологической цепочке.

Фильтрация в точках использования

(корпусы фильтров Donaldson серии DF, P-EG и PG-EG)

После того как из воздуха будут удалена большая часть водно-масляных аэрозолей и крупных твердых частиц, перед контактом с продуктом или поверхностями, находящимися в контакте с продуктом, воздух следует подвергнуть тонкой очистке. Фильтрация в точках использования необходима, так как фильтрация на предыдущих этапах не предназначена для удаления бактерий с абсолютной степенью задержания. Кроме того, в линиях между фильтрами предварительной очистки и фильтрами в точках использования могут присутствовать отложения и загрязнения. Так как кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости, при высокой скорости потока воздуха даже мелкие частицы могут обладать достаточной энергией для повреждения фильтра стерильного воздуха. Компания Donaldson рекомендует использовать коалесцирующий фильтр и фильтр с активированным углем класса M или S. Фильтр с активированным углем поглощает ряд веществ (например, пары углеводородов, духи, цитрусовые эфирные масла, серную кислоту, толуол и метанол), которые могут изменить запах или вкус готовой продукции.

Последней ступенью очистки является фильтр стерильного воздуха. Фильтр стерильного воздуха компании Donaldson предназначен для удаления более 99,99998 % загрязнений размером с бактерию.

В качестве тестового микроорганизма в принятом отраслевом стандарте ASTM F838 используется Pseudomonas Diminuta (номер 19146 в Американской коллекции типовых культур (ATCC)) со средним диаметром 0,3 микрона. При подаче 1,0 x 107 бактерий на см² фильтрующей поверхности стерильный фильтр создает стерильный фильтрат.

Это важное условие, так как некоторые производители фильтров иногда маркируют свои фильтры как стерильные для частиц размером 0,01 микрона. Большинству фильтров легче задерживать частицы размером 0,01 микрона, чем частицы размером 0,2 микрона, поэтому Donaldson маркирует фильтры как стерильные для частиц размером 0,2 микрона. Фильтрующий элемент Donaldson P-SRF для стерильного воздуха имеет эффективность 99,99998 % или выше при удалении частиц размером 0,2 микрон и менее.

2. Стерилизация

(Фильтры Donaldson P-GS и P-GSL N для пара)

Выше были описаны два способа контроля микроорганизмов. Осушение позволяет удалить необходимую для жизни воду. Фильтрация задерживает бактерии и масло, которым они питаются. Если бактерии останутся в фильтре и в точку использования будет подаваться только сухой воздух, бактерии будут находиться на стадии неактивных спор. Тем не менее, при определенных условиях бактерии могут переходить в активную стадию. В таком случае бактерии могут размножиться, пройти через фильтрующий материал и попасть в продукт или технологический процесс ниже по потоку.

Одним из способов предотвратить риск роста и прохождения бактерий через фильтр является стерилизация фильтров стерильного воздуха горячим паром или с использованием автоклава. Создаваемое при этом тепло вызывает необратимые внутриклеточные реакции, которые убивают микроорганизмы. Так как пар широко используется для стерилизации трубопроводов и емкостей, его удобно также использовать для стерилизации фильтров и корпусов. Насыщенный пар прекрасно подходит для стерилизации фильтров, так как он отдает тепло при постоянной температуре. Это тепло изменяет свойства внутриклеточных белков, убивая микроорганизмы. Не менее важное значение имеет фильтрация пара. Donaldson предлагает два разных типа фильтров для кулинарного пара. Это фильтр P-GS из спеченной нержавеющей стали и гофрированный фильтр P-GSL N из нержавеющей стали.

3. Контроль

Засорение фильтрующего элемента для стерильного воздуха не приводит к повышению дифференциального давления, по которому можно было бы определить необходимость его замены. Чтобы обнаруживать загрязнение фильтра микробами, необходимо периодически проводить измерения и регистрировать их результаты. Одним из способов контроля является проверка целостности элементов стерильного воздуха.

Тип испытания для проверки целостности фильтра зависит от типа фильтра стерильного воздуха. Целостность глубинных фильтрующих элементов (например, P-SRF и P-SRF V) можно проверить дисперсией аэрозолированного масла. Целостность мембранных фильтров (например, PP N) проверяется методами определения точки пузырька или диффузионного потока. Эти методы для проверки фильтров в точках использования позволяют обеспечить безопасность при прямом или непрямом контакте воздуха с пищевыми продуктами.

4. Обслуживание

Со временем фильтры засоряются загрязнениями. Фильтрующий материал подвергается значительным нагрузкам, что в конечном итоге может привести к нарушению целостности фильтра. Правильный выбор последовательности установки фильтров значительно снизит тенденцию к засорению, повысит защиту целостности стерильного фильтра и позволит сэкономить средства благодаря снижению затрат на техническое обслуживание.

Компания Donaldson определила рекомендованные интервалы замены фильтров, которые позволят защитить процесс при соблюдении графика профилактического обслуживания. От этого может зависеть не только безопасность процесса и потребителей, но и репутация компании.