FFU: Thông tin toàn diện, Cấu tạo, Nguyên lý, Ứng dụng, Phân loại FFU

FFU Fan Filter Unit là một thiết bị lọc không khí độc lập, tích hợp động cơ quạt và bộ lọc hiệu suất cao thường là HEPA hoặc ULPA, được sử dụng để tạo ra môi trường không khí siêu sạch trong một khu vực nhất định.

Cấu tạo của một FFU tiêu chuẩn bao gồm bốn thành phần chính: động cơ quạt, bộ lọc tinh HEPA/ULPA, hộp điều khiển và phần vỏ hộp bảo vệ. Những bộ phận này được thiết kế tối ưu để hoạt động hiệu quả và bền bỉ.

FFU hoạt động theo nguyên lý áp suất dương, hút không khí từ môi trường bên ngoài hoặc từ trên trần, sau đó đẩy không khí qua bộ lọc tinh để loại bỏ các hạt bụi siêu nhỏ, vi khuẩn, và cung cấp dòng khí sạch theo phương thẳng đứng vào không gian cần bảo vệ.

Thiết bị này là thành phần cốt lõi trong các ngành đòi hỏi tiêu chuẩn phòng sạch cao như sản xuất dược phẩm đạt chuẩn GMP, điện tử bán dẫn, quang học, phòng thí nghiệm và các phòng mổ trong bệnh viện.

FFU được phân loại chủ yếu dựa trên vật liệu vỏ thép mạ kẽm, inox 304, loại động cơ AC, DC không chổi than - BLDC, và cấp độ lọc của màng lọc HEPA H13, H14 hoặc ULPA U15, U16.

1.FFU - Fan Filter Unit là gì?

FFU - viết tắt của Fan Filter Unit là một module tự cấp nguồn bao gồm quạt hút và hệ thống lọc chuyên dụng để cung cấp dòng khí đã được làm sạch cho một không gian. Các FFU có thể được lắp đặt độc lập để tạo một khu vực sạch cục bộ clean bench, clean booth hoặc lắp đặt theo dạng lưới trên trần của một phòng lớn để tạo thành một phòng sạch quy mô lớn với cấp độ sạch từ ISO Class 1 đến ISO Class 8.

2. Cấu tạo chi tiết của FFU như thế nào? 

Một FFU hoàn chỉnh được cấu thành từ 4 bộ phận chính: vỏ hộp, động cơ quạt, bộ lọc và hộp điều khiển, mỗi bộ phận đều có vai trò riêng biệt trong việc tạo ra luồng khí sạch.

Chi tiết các bộ phận cấu tạo FFU: 

• Vỏ hộp - Housing: Vỏ hộp có chức năng bảo vệ các linh kiện bên trong và định hướng luồng không khí. Thường được làm bằng thép mạ kẽm, thép sơn tĩnh điện hoặc inox 304 để chống ăn mòn, đảm bảo độ bền và đáp ứng tiêu chuẩn phòng sạch.
• Động cơ quạt  - Fan Motor: Đây là bộ phận tạo ra luồng khí, quyết định đến lưu lượng và áp suất của FFU. Các FFU hiện đại thường dùng quạt ly tâm và động cơ DC không chổi than BLDC để tiết kiệm năng lượng, giảm độ ồn và tăng tuổi thọ.
• Bộ lọc - Filter: Bộ lọc là "trái tim" của FFU, quyết định đến cấp độ sạch của không khí đầu ra. Cấu trúc lọc thường gồm một lớp lọc thô để bảo vệ quạt và một lớp lọc tinh hiệu suất cao là HEPA hoặc ULPA.

• Hộp điều khiển - Control Box: Đây là bộ não cho phép người dùng điều khiển hoạt động của FFU. Hộp điều khiển thường cho phép điều chỉnh tốc độ quạt thường có 3 cấp tốc độ, bật/tắt thiết bị và hiển thị các trạng thái cảnh báo.

  

3. Nguyên lý hoạt động của FFU

FFU hoạt động dựa trên nguyên tắc cơ bản là hút, lọc và đẩy không khí để tạo ra một dòng khí sạch, chảy tầng laminar flow trong một không gian xác định. Quy trình này diễn ra liên tục để duy trì cấp độ sạch theo yêu cầu. Không khí được quạt hút vào từ phía trên, đi qua bộ lọc thô để loại bỏ các hạt bụi lớn, sau đó được nén và đẩy qua màng lọc HEPA/ULPA. Tại đây, các hạt bụi siêu nhỏ, vi khuẩn, bào tử nấm sẽ bị giữ lại, và chỉ có không khí sạch được thổi ra ngoài với vận tốc đều, tạo thành một "bức màn" không khí sạch bảo vệ khu vực làm việc.

Quá trình này có thể được chia thành 4 bước rõ ràng:

• Bước 1: Hút không khí : Động cơ quạt ly tâm ở phía trên của FFU bắt đầu hoạt động, hút không khí từ môi trường bên ngoài hoặc từ khoảng không trên trần kỹ thuật. Luồng khí này trước tiên sẽ đi qua một lớp lọc thô để loại bỏ các hạt bụi lớn, giúp bảo vệ và tăng tuổi thọ cho màng lọc chính phía sau.
• Bước 2: Tạo áp suất dương : Không khí sau khi qua lọc thô sẽ được quạt nén vào khoang chứa bên trong FFU còn gọi là khoang áp suất dương. Việc này tạo ra một áp suất không khí bên trong FFU cao hơn so với áp suất của môi trường phòng, đây là điều kiện tiên quyết để đẩy không khí qua màng lọc một cách hiệu quả.
• Bước 3: Lọc hiệu suất cao: Dưới áp suất do quạt tạo ra, không khí bị ép đi qua màng lọc tinh HEPA hoặc ULPA. Cấu trúc sợi thủy tinh siêu nhỏ và dày đặc của màng lọc sẽ giữ lại gần như toàn bộ 99,99% trở lên các hạt bụi siêu nhỏ, vi sinh vật, bào tử có kích thước từ 0.3 micromet.

• Bước 4: Cung cấp dòng khí sạch chảy tầng: Luồng không khí siêu sạch sau khi ra khỏi màng lọc sẽ đi qua một mặt nạ khuếch tán. Mặt nạ này có tác dụng điều hướng và làm đồng đều vận tốc dòng khí thường ở mức 0.45 m/s ± 20%. Kết quả là tạo ra một dòng khí sạch, ổn định, chảy song song theo phương thẳng đứng xuống khu vực bên dưới.

  

4. Ứng dụng của FFU trong các ngành công nghiệp

Nhờ khả năng tạo ra môi trường siêu sạch một cách linh hoạt, FFU được ứng dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp có yêu cầu khắt khe về kiểm soát tiểu phân trong không khí như dược phẩm y tế, sản xuát điện tử bán dẫn.

Chi tiết các ứng dụng của FFU được liệt kê bên dưới: 

•  Trong sản xuất Dược phẩm và Y tế: FFU là thiết bị bắt buộc để xây dựng các phòng sạch sản xuất thuốc tiêm, vắc-xin theo tiêu chuẩn GMP-WHO và các phòng mổ, phòng xét nghiệm vô trùng.

  Trải nghiệm từ người dùng: Bà Thu An Quản lý đảm bảo chất lượng, nhà máy dược phẩm tại Hưng Yên cho biết: "Hệ thống FFU giúp chúng tôi dễ dàng đạt và duy trì cấp sạch Class 100 ISO 5, đảm bảo sản phẩm không bị nhiễm khuẩn trong suốt quá trình sản xuất."

• Trong sản xuất Điện tử - Bán dẫn: FFU được dùng để bảo vệ các linh kiện, vi mạch nhạy cảm khỏi các hạt bụi có thể gây chập, hỏng hóc trong quá trình sản xuất.

  Trải nghiệm từ người dùng: Ông Minh Tuấn Trưởng phòng R&D, công ty lắp ráp điện tử tại Bắc Ninh chia sẻ: "Tính module của FFU rất tiện lợi. Chúng tôi dùng chúng để tạo các clean booth, giúp bảo vệ sản phẩm khỏi tĩnh điện và hạt bụi hiệu quả."

  

5. Phân loại các dòng FFU phổ biến

FFU trên thị trường được phân loại dựa trên ba tiêu chí chính: cấp độ của bộ lọc, loại động cơ sử dụng và vật liệu làm vỏ hộp, mỗi loại sẽ phù hợp với các nhu cầu và ngân sách khác nhau.

Liệt kê dưới đây sẽ đi chi tiết các dòng FFU: 

5.1: Phân loại theo cấp độ lọc HEPA/ULPA:

 Đây là cách phân loại quan trọng nhất, quyết định đến độ sạch của không khí.

• FFU lọc HEPA: Có hiệu suất lọc 99,99% các hạt 0.3 micromet, phổ biến trong các phòng sạch dược phẩm, thực phẩm.
• FFU lọc ULPA: Có hiệu suất lọc 99,999% các hạt 0.12 micromet, dùng cho các ứng dụng yêu cầu độ sạch cực cao như sản xuất chip bán dẫn.
• Trích dẫn chuyên gia: Theo Ông Quốc Bảo, kỹ sư trưởng tại một công ty tư vấn phòng sạch: "Việc lựa chọn giữa HEPA và ULPA phụ thuộc vào yêu cầu của ngành. Trong ngành sản xuất vi mạch, nơi một hạt bụi siêu nhỏ cũng có thể phá hỏng sản phẩm, thì việc sử dụng bộ lọc ULPA là yêu cầu bắt buộc."

5.2 : Phân loại theo loại động cơ AC/DC: 

Động cơ ảnh hưởng đến hiệu suất năng lượng và độ ồn. FFU dùng động cơ DC không chổi than (BLDC) tiết kiệm điện và êm hơn nhưng có giá thành cao hơn động cơ AC truyền thống.

5.3: Phân loại theo vật liệu vỏ: 

Vật liệu vỏ quyết định độ bền và khả năng chống ăn mòn của thiết bị, với các lựa chọn phổ biến là thép mạ kẽm, thép sơn tĩnh điện và inox 304.

6. Mối quan hệ giữa FFU và các tiêu chuẩn GLP, GMP, GPP

FFU không phải là một tiêu chuẩn quản lý như GLP, GMP, GPP, mà là một giải pháp kỹ thuật, một công cụ thiết yếu để xây dựng và duy trì môi trường có kiểm soát, vốn là yêu cầu hạ tầng bắt buộc để một tổ chức có thể tuân thủ các tiêu chuẩn này.

Dưới đây là chi tiết về mối quan hệ giữa FFU và các tiêu chuẩn khác: 

6.1 FFU - Nền tảng hạ tầng cho phòng thí nghiệm đạt chuẩn GLP

Để đạt được GLP, các phòng thí nghiệm phải đảm bảo dữ liệu nghiên cứu không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài, đặc biệt là nhiễm bẩn không khí. FFU được sử dụng để tạo ra các khu vực làm việc siêu sạch cục bộ (như tủ cấy vi sinh, clean bench) giúp bảo vệ các mẫu thử nghiệm, môi trường nuôi cấy và các thí nghiệm nhạy cảm. Điều này đảm bảo tính toàn vẹn và độ chính xác của dữ liệu, vốn là cốt lõi của GLP.

6.2 FFU - Công cụ bắt buộc cho nhà máy đạt chuẩn GMP

Đây là mối quan hệ mật thiết và rõ ràng nhất. Tiêu chuẩn GMP, đặc biệt là GMP-WHO cho thuốc tiêm, yêu cầu các khu vực sản xuất phải đạt cấp độ sạch không khí nghiêm ngặt. FFU là thiết bị chính được sử dụng để xây dựng các phòng sạch này. Một hệ thống FFU hoạt động hiệu quả sẽ kiểm soát nồng độ hạt bụi và vi sinh vật trong không khí, đảm bảo sản phẩm được sản xuất trong môi trường vô trùng, ngăn ngừa nhiễm chéo và đáp ứng yêu cầu chất lượng của GMP. Nếu không có FFU, việc xây dựng nhà máy dược phẩm đạt chuẩn GMP là không thể.

6.3 FFU - Công cụ hỗ trợ cho nhà thuốc đạt chuẩn GPP chuyên sâu

Tuy ít phổ biến hơn, FFU vẫn có vai trò trong một số nhà thuốc GPP chuyên biệt. Ví dụ, các nhà thuốc lớn trong bệnh viện có dịch vụ pha chế thuốc ung thư hoặc các dung dịch tiêm truyền vô trùng theo đơn cho bệnh nhân. Các hoạt động này phải được thực hiện trong tủ an toàn sinh học hoặc tủ thao tác vô trùng Laminar Flow Hood, vốn có cấu tạo và nguyên lý hoạt động tương tự một FFU, để đảm bảo sản phẩm pha chế ra là vô khuẩn và an toàn cho người bệnh, tuân thủ yêu cầu cao nhất của GPP.

Nếu coi GLP -> GMP -> GPP là một chuỗi quy trình quản lý chất lượng, thì FFU chính là nền tảng hạ tầng kỹ thuật giúp cho chuỗi quy trình đó có thể được thực thi một cách hiệu quả và đúng tiêu chuẩn.