實驗室空壓機

實驗室發酵槽(系統)歸納分析

實驗室細胞培養或是發酵會採用較小型的發酵槽來執行研發測試驗證等任務；我們來看看實驗室發酵槽或者是原地滅菌SIP發酵系統對於壓縮空氣氣源供應的需求，包括 : 需求流量、操作壓力以及壓縮空氣品質 (流量需求與操作壓力通常會依據各家實驗室發酵槽設計略有差異)。

範例1.

範例2.

範例3.

實驗室醱酵槽用壓縮空氣規格需求彙總

由於實驗室與量產的流量需求是不一樣的，但是在操作壓力，壓縮空氣品質的要求卻是相近的。我們以實驗室為歸納分析為基礎，整理實驗室發酵槽用的空壓機系統應該具備的規格提供各位科學家與實驗室工務專業參考。

1. 流量需求 : 30L/min ~ 600L/min (實際上, 600L/min的規格已經有許多應用在工廠的生產量產應用了; 因此，實驗室相對已經較大的應用會落在400L/min以下的流量需求)。
2. 操作壓力 : 發酵槽內的壓力通常落在2.0 ~3.5 bar左右; 但是系統或設備氣動閥的壓力需求通常被設定要求在6.0 bar (我們的經驗告訴我們氣動閥需求壓力通常在4.5~5.0 bar，可能是原廠擔心壓降問題，所以放大操作壓力裕度的規格)。目前看到最高的壓力需求為7.0 bar，也因此如果考慮空壓機的起停壓力設定，空壓機的運轉壓力區間停機壓力以8.0 bar就可以滿足各種發酵槽設備的操作壓力需求 (當然各種空壓機的停機壓力通常是可以往下調整，但是最高設定壓力往往無法再往上調；例如 : 空壓機操作壓力最高7.5 bar要調到8.0 bar就往往辦不到或者調了後續會影響空壓機可靠度與壽命)。
3. 壓縮空氣品質 : 所有的規範都要求壓縮空氣必須是無油 (不含油分或任何油氣)，除水 (乾燥的)，並且正常應該是必須攔阻固態顆粒或粉塵；部分設備會標註系統出入口必須滅菌或者是使用可以重複使用可以滅菌0.2µm的過濾器，部分則是提到0.01µm可以重複滅菌的過濾器 (這個地方有幾個需要明確化的規格，包括除水氣 (濕氣) 要到何種程度? 以及滅菌通常分為攔阻擄獲的捨棄型薄膜式過濾器與蒸汽殺菌過濾器，0.2µm或0.01µm通常是可以做固態顆粒攔阻與具備過濾油霧的效果，對於病毒或者細菌可能仍mesh仍稍微大一些)。

實驗室發酵槽用空壓機系統需要再澄清項目

壓力露點 (Pressure Dew Point)

壓縮空氣的乾燥程度通常以壓力露點 (P.D.P) 來表示，例如 : 壓力露點 10℃ 是指在7kg/cm2G的壓力下，在環境低於 10℃ 時，該壓縮空氣中的水氣就會部分成為飽和水氣, 然後變成顯形的冷凝水凝結出來。這時候可能會有許多影響，包括 : 如果是進入發酵槽可能會影響比例的形成以及細菌的孳生 (因為管路可能因為洩漏而有些微細菌在FAT TOM定理條件下孳生)；如果是在藥品製造包裝時產生，可能會讓藥錠後續在包裝盒內反潮。

通常如果可以控制氣體的含水量至壓力露點-26℃以下以抑制微生物的孳生。這樣的壓縮空氣乾燥程度一般的冷凍式乾燥機處理過後的壓縮空氣是無法達到這樣的乾燥程度；因此，有必要時必須進一步選用膜管式乾燥器 (P.D.P 3℃~40℃) 或者 吸附式乾燥機 (P.D.P. -10℃~-70℃)，選用的產品最好是有經過國際認證並取得證書的產品解決方案。

微生物滅菌/擄獲攔阻

空壓機的來源是取自大氣, 大氣中則會因為環境的不同而有不同的汙染物質 (請參考下圖)；大氣中的細菌或病毒經過乾式無油渦卷式或乾式無油螺旋式空壓機壓縮機體，由於乾式壓縮的壓縮熱溫度會達到160℃以上，因此具有高溫殺菌的效果。但是，空氣桶/管路本身內部或接合處可能產生洩漏，大氣有可能滲入其中並帶進些微細菌或病毒，經過管路傳輸旅行以及條件孳生；因此，末端可能需要依據需求在進入發酵槽的壓縮空氣入口安裝滅菌過濾器或要求濾效精度的過濾器，出口也通常會安裝可以重複使用的過濾器。

通常藥廠在空壓機系統機房進入介面前就會安裝除菌過濾器，請參考下圖；在於末端設備出入口安裝0.2µm或0.01µm過濾精度 (除油效率0.01mg/m3)的精密過濾器。

空壓機操作壓力

上述分析的發酵槽需求的操作壓力最高落在6.0~7.0 bar之間，我們通常會以此為空壓機啟動運轉的設定壓力，以避免壓力往下掉至要求值以下影響設備的操作順暢與實驗品質; 而空壓機的最高使用壓力 (或者說是最高停機壓力) 建議與啟動壓力至少有1.0 bar的壓差, 主要原因是可以避免空壓機頻繁起停，因此可選型最高壓力 8.0 bar者最佳。

實驗室醱酵槽用空壓機系統的解決方案

日本岩田乾式無油渦卷式空壓機

應用在實驗室發酵槽應用，未來服務工業會建議選型岩田Smart Air系列 1~5馬力 (實際打到8.0 bar 流量64~425L/min) 無油渦卷式空壓機；主要原因是實驗室需要寧靜的環境，這部分該系列最低噪音介於41~49dB(A)，在該馬力範圍是全球最靜音的無油式空壓機機型。

而且佔地面積極小，在寸土寸金必須利用空間的實驗室而言，這是一個極為重要的考慮因素之一；空壓機本身內部有標配不銹鋼空氣桶 (不同馬力機型配置5L、20L以及35L空氣桶) 選配內置冷凍式乾燥機機型能夠節省更多的空間作為其他利用。

乾燥過濾系統規劃配置

一般我們都會選擇具有國際第三方認證證書取得的解決方案，原因是可以確保一開始就是質量明確的產品解決方案，包括 :

1. 冷凍式乾燥機。
2. 吸附式乾燥機 (或 膜管式乾燥器)。
3. 管路過濾器與精密過濾器。
4. 除菌過濾器。
5. 末端過濾器。
6. (自動) 排水器。
7. 其他。

壓縮空氣品質監控管理

許多過濾器或者是吸附式乾燥機的耗材經國一段時間的使用，過濾效能就會開始呈現下降的趨勢，國際品牌過濾器通常會針對濾效提供12個月的驗證與保證，但是其餘的設備或者管路的密封品質可能產生些微變異影響壓縮空氣品質；所以必要時保持在線監控壓縮空氣品質也是一種重要任務，並且可以直接落實在實驗室認證或藥廠認證制度的SOP上。

未來服務工業提供系統客製化的壓縮空氣品質在線監控，針對有需要嚴格控管壓縮空氣品質的客戶提供IIoT解決方案。

無油渦卷式空壓機長期租用服務

研發實驗室往往隨著任務的變化而實驗設備會有變動，也因此會針對空壓機的馬力數或者流量需求產生變化，也有可能因為特定非長期的專案而有用氣需求的變動。讓客戶安心輕鬆地使用好的產品系統服務方案是未來服務工業的企業使命，我們希望藉由GoUseAir長期租用服務方案提供客戶提升生產力以及增加營運彈性的價值，GoUseAir方案內容包括 :

1. 設備免押金以積極落實使用權取代所有權。
2. 租金固定 : 免再承擔非預期內的額外維修保養費用；出租方在合約範圍內有義務在承租方急需時提供備機供氣。
3. 彈性換機 : 4年48期合約期間實驗室承租方有權利行使兩次大換小或者小換大的權利。
4. 由租轉購 : 合約期間實驗室承租方得行使由租轉購權利。
5. 售後租回 : 採用買斷模式的實驗是可以在四年內要求未來服務工業依據雙方約定的價格購回，並再以雙方合意已約定租金再行租回使用提高營運彈性。

深入探索無油渦卷式空壓機在實驗室應用? 到 研發實驗室空壓機部落格 逛逛!

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珍愛我們的故鄉

蝸牛 : 謝謝 您們環保愛地球保護我!

許多使用有油式空壓機的客戶會分享他們使用三道過濾來確保潤滑油氣跑到現場，筆者想要利用一些國際頂尖過濾器品牌的規格表以及實際現場的照片來說明，也同時來報告為何許多使用精密儀器的公司研發實驗室或工廠，通常不太會使用有油式空壓機的原因。

先來看一下精密儀器的壓縮空氣需求規格

下表是一款實驗室應用的雷射粒徑分析儀，事實上大多數的精密儀器除了風量與操作壓力的需求不太一樣之外，對於壓縮空氣的品質通常都是無水, 無油且符合一定數量固態顆粒的條件, 甚至要求必須無微生物檢出 (Oil Free, Germ Free and Low Dew Point–>Free of dry containments, moisture and oil)。精密儀器既然有用到壓縮空氣, 那肯定會有入口+流道+電磁閥件+關鍵部品+出口, 任何一處遭受汙染難免影響精度!

再來看看世界第一品牌過濾器的產品說明

Parker是世界最大的工業過濾濾材與過濾器品牌，也是業界認可最專業的過濾與乾燥專家；國際與台灣許多大型半導體, 光電廠與生技製藥廠…等公司指定採用；主要原因是其多數產品均經過國際第三機構認證證書取得，Parker在業界具有權威領導地位的可信度。

強調過濾器產品提供12個月的濾效保證，但是各位可以看看ACS (過濾潤滑油或空氣含油分的活性碳過濾器並沒有提供12個月的濾效保證) 告訴大家的是何時更換過濾器：當發現有油氣被偵測觀察到的時候。並不是該品牌騙人，因為固態顆粒確實是可以確保被攔阻下來，但是油氣是任何一家品牌過濾器都不敢保證一定時間內是可以完全被擄獲攔阻下來的。

過濾濾材的效果隨著使用的時間越長，濾材飽和程度會越來越高，濾效會逐漸降低。當然，過濾器品牌的技術還是最重要的因素；否則很難相信標示相同規格的過濾器，Parker可能數萬至數十萬元，中國產品或濾材來台組裝只要幾千元到幾萬元的原因在此。（筆者幾年前曾經解剖一組管路前置過濾器，所謂濾材是用類似紙巾材質取代了玻纖材質；當然玻纖等級, 孔目Mesh大小密度, 幾層與折疊方法也有差異而造成效果與成本各異）。

油氣跑到精密儀器會有何可能情況?

以下是潤滑油或大氣中的油氣跑到現場可能的情況，我們以簡單的說明圖片的狀況：

1. 第一張圖：左側為有油式空壓機系統的管路內壁有油膜或油垢積累; 我們經常在許多研發實驗室看到精密加工機械 CAD/CAM 主軸利用壓縮空氣形成主軸內正壓高於外部大氣壓力來作氣封，避免其他物質進入內造成壽命縮短或損害。或者是精密儀器中有許多電磁閥, 噴嘴, 位移部品元件由於壓縮空氣中含有油氣會如同左側的空壓管內壁形成油膜或油垢，造成精準度偏離或者壽命簡短。
2. 第二張圖：油氣跑出管路由令的接縫處，我們可以類推在精密儀器的許多系統部品利用壓縮空氣完成動作或任務後, 壓縮空氣藉由設計的空氣流道排出外部的；壓縮空氣含有油氣對於科學家, 研究員或工程師都不是好的情況，通常密閉空調空間內的揚程也需要20~30分鐘才能夠沉澱下來。
3. 第三張圖：壓縮空氣中含有油氣而且乾燥程度控制的不是很好，如果潤滑油氣與冷凝水結合而造成油乳化；有一些謬誤的說法，一些維護設備的工程師會告訴筆者壓縮空氣中有油氣剛好可以來潤滑氣動閥或氣壓缸。通常油氣經過管路到設備後，品質已經劣化甚至油乳化，不但無法達到潤滑的效果，反而造成氣動閥與氣壓缸的損傷。況且研發實驗室避免油氣汙染影響研究成果, 就算設備有使用潤滑油, 材質也必須有特殊要求，另外也不一定適合氣動閥或氣壓缸，有些高端的閥類甚至設計的是自潤材質…。

過濾器濾材飽和失效過程

三道過濾每年花費的費用加上更換工資至少萬元以上，有安裝固然也是好事，可是筆者往往發現許多實驗室機構或壓縮空氣要求高潔淨度的工廠的空壓機系統並沒有依據ISO 8573-1設定一定的壓縮空氣品質規範，這也是我們想要建議工廠或者研發實驗室需要考慮的…。

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