VDI 2083 Blatt 13 1-2009 Cleanroom technology - Quality production and distribution of ultrapure water - Fundamentals.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREReinraumtechnikQualitt, Erzeugung und Verteilung vonReinstwasserGrundlagenCleanroom technologyQuality, production and distribution ofultrapure waterFundamentalsVDI 2083Blatt 13.1 / Part 13.1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Technische Gebudeausrstung, B

2、and 2: RaumlufttechnikVDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available atBeuth VerlagGmbH, 10772 Berlin AlleRechtevorbehalten / Allrights reserved VereinDeutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf2009Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permitted

3、Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 13.040.35Januar 2009 January 2009The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einlei

4、tung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . 42 Normative Verweise . . . . . . . . . . . . . . 53Begrife. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Rohwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . 154

5、.2 Bestandteile von Wasser . . . . . . . . . . 164.3 Wasseranalyse . . . . . . . . . . . . . . . 184.4 Einheiten. . . . . . . . . . . . . . . . . . 224.5 Mikrobiologische Eigenschaften des Rohwassers . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Grundoperationen der Reinstwassererzeugung . . . . . . . . . . .

6、 245.1 bersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . 245.2 Verfahren zur Vorbehandlung . . . . . . 305.3 Druckbetriebene Membranverfahren. . . 315.4 Nanofiltration. . . . . . . . . . . . . . . 365.5 Ultrafiltration. . . . . . . . . . . . . . . 365.6 Mikrofiltration . . . . . . . . . . . . . . 375.7 Ion

7、enaustauscher . . . . . . . . . . . . . 375.8 Elektrochemische Verfahren . . . . . . . 425.9 UV- und Oxidationsverfahren . . . . . . 455.10 Verfahren zur Ent- und Begasung . . . . 465.11 Prozessspezifische Nachbehandlungsverfahren . . . . . . . 486 Reinstwasserverteilung. . . . . . . . . . . . 507 I

8、nstallation, Inbetriebsetzung und Abnahme/Design . . . . . . . . . . . . . . . 528 Projektablauf und Dokumentation . . . . . . 529 Betrieb und Qualittsberwachung . . . . . 5210 Wiederverwendung . . . . . . . . . . . . . . 53Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Index . . . . . . .

9、. . . . . . . . . . . . . . . . . 56Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Normative references. . . . . . . . . . . . . 53 Terms and definitions . . . . . . . . . .

10、. . 64 Raw water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154.2 Constituents of water . . . . . . . . . . . 164.3 Water analysis . . . . . . . . . . . . . . . 184.4 Units. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224.5 Microbiological properties of raw wat

11、er . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Basic operations of ultrapure-water production. . . . . . . . . . 245.1 Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . 245.2 Pretreatment processes. . . . . . . . . . 305.3 Pressure-driven membrane methods . . . 315.4 Nanofiltration . . . . . . . . . . . . . . 365

12、.5 Ultrafiltration . . . . . . . . . . . . . . 365.6 Microfiltration . . . . . . . . . . . . . . 375.7 Ion exchangers . . . . . . . . . . . . . . 375.8 Electrochemical processes . . . . . . . . 425.9 UV irradiation and oxidation processes . 455.10 Degassing and gassing processes . . . . 465.11 Proce

13、ss-specific post-treatment processes. . . . . . . . . 486 Ultrapure-water distribution . . . . . . . . . 507 Installation, commissioning and acceptance/design . . . . . . . . . . . . . . 528 Project handling and documentation . . . . 529 Operation and quality monitoring . . . . . . 5210 Reuse . . .

14、. . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Frhere Ausgabe:03.08Entwurf,deutschFormeredition:03/08 Draft, inGermanonlyVDI-Gesellschaft Technische GebudeausrstungB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2

15、C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 2 VDI 2083 Blatt 13.1 / Part 13.1VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und E

16、mpfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Liz

17、enz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.In diesem Zusammenhang wird insbesondere auf die Zusammenarbeit mit der Schweizerischen Gesell-schaft fr Reinraumt

18、echnik (SRRT) hingewiesen.Eine Liste der aktuell verfgbaren und in Bearbei-tung befindlichen Bltter dieser Richtlinienreihe so-wie ergnzende Informationen sind im Internet unter www.vdi-richtlinien.de/2083 abrufbar.EinleitungIn einigen Bereichen der Technik, z. B. in der Mikro-elektronik, der Feinme

19、chanik, der Lebensmittelin-dustrie, der Pharmazie und der Medizintechnik usw., werden besondere Anforderungen an die Reinheit der Raumluft, der eingesetzten Betriebsmittel, des Ar-beitsplatzes (Oberflchen, Maschinen, Werkzeuge), der Prozessmedien (Gase, Flssigkeiten, Chemika-lien) sowie der Personen

20、 gestellt.Die verschiedenen Aufgaben und Manahmen der Reinraumtechnik zur Absicherung dieser Anforde-rungen werden im Fachausschuss Reinraumtechnik der VDI-Gesellschaft Technische Gebudeausrs-tung in der Richtlinienreihe VDI 2083 beschrieben. Dabei wird auf Vereinbarkeit mit den Festlegungen Interna

21、tionaler Normen, insbesondere aus der Reihe ISO 14 644, geachtet.Fr den in Deutschland historisch gewachsenen und eingefhrten Begriff Reinraumtechnik“ ist im an-gelschsischen Sprachraum die bersetzung conta-mination control“ gngig. Dabei ist der angelschsi-sche Begriff contamination“ mit Kontaminati

22、on bersetzbar aus der Nuklear- und Kerntechnik bis heute im deutschen Sprachverstndnis negativ be-setzt. Das Wort control“, nicht gleichbedeutend mit dem deutschen Wort Kontrolle“ im Sinne von ber-prfung, bedeutet Lenkung, Regelung, Minderung“. Der englische Begriff contamination control“ be-Prelimi

23、nary noteThe content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation,

24、either of the full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.In the context

25、of this guideline, particular attention is drawn to the cooperation with the Swiss Society for Contamination Control (SRRT).A list of all parts of this series of guidelines currently available or to be published, as well as supplementary information can be obtained on the Internet at www.vdi-richtli

26、nien.de/2083.IntroductionIn some fields of technology examples include mi-croelectronics, precision mechanics, the food and pharmaceutical industries and medical technology, etc. particular requirements are to be fulfilled by the cleanliness of the room air, the equipment used, the workstations (sur

27、faces, machines, tools), the process media (gases, liquids, chemicals) and the personnel. The various tasks and methods of cleanroom technol-ogy for ensuring compliance with these requirements are described by the Technical Committee for Clean-room Technology of the VDI Society for Building Services

28、 in the series of guidelines under the generic number VDI 2083, giving heed to the compatibility with the specifications of international standards, particularly those of the ISO 14 644 series.For “cleanroom technology”, a term historically grown and well-established in Germany, the English-speaking

29、 countries commonly use the equivalent “contamination control”. The German word “Kon-tamination”, which is one possible translation of “contamination”, still holds a negative connotation originating in nuclear technology. “Control” is not equivalent to the German word “Kontrolle” in the sense of “ch

30、ecking” but means “management, moni-toring and adjustment, abatement”. The English term “contamination control” conveys information on the B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Vere

31、in Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 VDI 2083 Blatt 13.1 / Part 13.1 3 schreibt die Aufgaben und Inhalte treffender und um-fassender als der Begriff Reinraumtechnik“, da reine Bedingungen nach dem aktuellen Stand der Technik in verschiedenen Umgebungen eingestellt werden knnen, nicht allein

32、in Rumen, und da weiterhin die Kontaminationsminderung nicht allein mit dem Raum zusammenhngt, sondern auch Aspekte der reinen Medien, reinen Oberflchen, der Prozesstech-nik, des Materialflusses, des Personals u.v.a.m. be-rhrt. Dies ist bei der Verwendung des traditionellen Begriffs Reinraumtechnik“

33、 zu bercksichtigen, das heitReinraumtechnik ist die Kette aller Manahmen zur Verminderung oder Verhinderung unerwnschter Einflsse auf das Produkt oder den Menschen.In diesem Sinn ist auch VDI 2083 Blatt 13 Reinst-wasser“ zu sehen, bestehend aus den Richtlinien Blatt 13.1 GrundlagenBlatt 13.2 Mikroel

34、ektronik und andere techni-sche AnwendungenBlatt 13.3 Life-Science-AnwendungenDie Aufteilung des Blatts 13 Reinstwasser“ in drei Teile trgt der Tatsache Rechnung, dass die Anforde-rungen in den Bereichen der technischen Anwendun-gen (insbesondere Halbleiter-Fertigung) und der Life-Science-Anwendunge

35、n (insbesondere Pharma-Industrie) sehr unterschiedlich sind.Die Struktur der drei Bltter ist weitgehend parallel aufgebaut und wird in Bild 1 veranschaulicht.tasks and contents which is more accurate and more comprehensive than that provided by the term “clean-room technology”, considering that the

36、current state of the art allows to establish clean conditions in vari-ous environments rather than in rooms alone, and, furthermore, that contamination reduction does not only relate to the room but also concerns aspects of clean media, clean surfaces, process technology, ma-terial flow, personnel,

37、etc. This must be borne in mind when using the traditional term “cleanroom technol-ogy”, i. e. Cleanroom technology, or contamination control, is the chain of actions taken to reduce or prevent unde-sirable effects on the product or on man.The same applies to the VDI 2083 Part 13 series of guideline

38、s dealing with “Ultrapure water” and com-prising the guidelinesPart 13.1 FundamentalsPart 13.2 Microelectronics and other technical applicationsPart 13.3 Life science applicationsPart 13 “Ultrapure water” is subdivided into three parts in recognition of the fact that the requirements differ greatly

39、for the fields of technical applications (particularly in semiconductor production) and life-science applications (particularly in the pharmaceuti-cal industry).The structure of the three parts is similar to the great-est possible extent and is illustrated in Figure 1.Bild 1. Struktur VDI 2083 Blatt

40、 13B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 4 VDI 2083 Blatt 13.1 / Part 13.11 AnwendungsbereichZweck dieser Richtlinie ist die Zus

41、ammenfassung des Wissens bezglich der Planung, des Baus, dem Betriebs und der berwachung von Wasseraufberei-tungsanlagen zur Erzeugung und Verteilung von Reinstwasser.Diese Richtlinie gilt fr die Qualittsanforderungen, die Erzeugung und die Versorgung mit Reinstwasser von Prozessen mit hohen Reinhei

42、tsanforderungen, wie sie in der Reinraumtechnik verwendet werden. In der Kraftwerkstechnik und Kernkraftwerkstechnik werden hnliche Prozesse und Systeme verwendet; diese sind aber nicht Gegenstand dieser Richtlinie, da sie an anderer Stelle beschrieben werden.Das Reinstwasser wird in verschiedenen A

43、nwendun-gen genutzt:einerseits fr Reinigungsprozesse undandererseits zur Verdnnung von konzentrierten Reinstchemikalien auf Gebrauchslsungskonzent-rationen, oderes geht in das herzustellende Produkt ber.So werden z. B. kontaminierte Oberflchen vor der Durchfhrung sensibler Arbeitsprozesse mit Reinst

44、-wasser gereinigt.An das hierzu eingesetzte Reinstwasser werden hohe Anforderungen bezglich partikulrer, chemischer und biologischer Reinheit bei der Anwendung ge-stellt.Im Anwendungsbereich der Mikroelektronik/Halb-leitertechnik liegt der Schwerpunkt, bedingt durch die Verkleinerung der Strukturen,

45、 auf der Entfernung mglichst aller partikulren, chemischen und biolo-gischen Kontaminationen.1ScopeThis guideline aims to compile the existing expertise regarding the planning, construction, operation and monitoring of water-processing installations for the production of ultrapure water. It applies

46、to the quality requirements, the production and the supply of ultrapure water for processes with high cleanliness requirements such as those common in cleanroom technology. Similar processes and sys-tems are used in conventional and nuclear power plants; these, however, are not within the scope of t

47、his guideline, being described elsewhere. The ultrapure water is used in various applications: on the one hand, for cleaning processes, andon the other hand for diluting highly concentrated ultrapure chemicals to working concentrations, or as part of a product to be produced.Contaminated surfaces, f

48、or instance, are cleaned us-ing ultrapure water before sensitive processes are car-ried out.Ultrapure water shall meet high requirements in terms of particulate, chemical and biological clean-liness when applied. In the field of microelectronics/semiconductor tech-nology, marked by the downsizing of

49、 the structures, the emphasis lies on the removal of all particulate, chemical and biological contaminants to the extent feasible.Figure 1. Structure of VDI 2083 Part 13B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 VDI 2083 Blatt 13.1 / Part 13.1 5 Im Bereich der Life Sciences liegt der Schwerpunkt haup