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转轮除湿技术在药物洁净车间的应用

发表时间:2019-07-30 15:32

 随着医药科技的进步和产品技术的不断升级,以及大批外资医药企业在中国设立制造基地、行业标准的大幅提高,在生产工艺及生产过程中都对环境温、湿度、洁净度提出了较高要求。这就要求我们提供一个可靠稳定的空调系统,特别是对于湿度要求较低的空气环境。

目前,常规的空气除湿主要有四种方式,通风除湿、冷却除湿、液体稀释剂除湿和固体吸附剂除湿。在空调除湿系统中,冷却除湿和固体吸附剂除湿是主要手段。冷却除湿在环境对湿度要求不是很高的条件下,效果还是比较好,性能稳定且能耗也比较低,目前应用比较广泛。但在生产环境对湿度要求较高的地方,采用冷却除湿就是不经济的。现在,常用的低湿环境制造方法是利用吸附技术对空气中的水分进行吸附除湿,获得干燥空气。而采用硅胶或是分子筛吸附除湿的方式已经逐步成为主流。吸附式除湿装置又可以分为吸附塔式和转轮式吸附除湿机两种。后者即转轮除湿技术将不收空气露点影响,且除湿量大,特别适用于低湿条件,已被国内企业接受和掌握,并取得了长足的发展。

1 湿度在医药行业的要求

大多数医药生产工厂要求全年生产车间内部稳定的环境,特别是对于生产环境的温度、湿度、空气洁净度、气流组织,压力平衡等多个空调参数都提出了严格的要求。有别于其他的恒温恒湿环境系统的要求,有些制药过程对空气湿度的精度提出了严格的要求,对于空调系统的配置,则要求系统同时具备夏季除湿的功能和冬季加湿的功能。

国内的空调厂家,在保证干燥室内温度、洁净度、大的送风量方面没有任何难题,难就难在低湿控制这方面。国内的空调厂家,在保证干燥室内温度、洁净度、大的送风量方面没有任何难题,难就难在低湿控制这方面。把湿度控制在50%~70%,在夏季只靠空调就可以解决,但有些制药过程湿度是20%~30%,一般空调及压缩式制冷除湿机无法达到此湿度要求,达到此要求就必须借助固体吸附剂除湿法。目前普遍采用的转轮除湿技术就是硅胶或分子筛转轮除湿机。分子筛除湿转轮适用于对空气湿度通常要求1%-10%的极低的场合,如手机锂电池制造、特种塑料行业等。硅胶除湿转轮则适用于一般的低湿度场合。

2 工程实例

   以某制药厂除湿工艺技改项目软胶囊生产车间为例。

2.1 软胶囊生产工艺要求

   1)计划配备12台软胶囊机,每台生产量为120万粒/24h,生产总量为1440万粒/24h。软胶囊质量1000mg/粒,含水量为120mg/粒。

   2)一台胶囊烘干托盘车架可存放40托盘,按每托盘存放1000mg型胶囊1000粒,每车可存放4万粒。

   3)软胶囊干燥周期18h,12台胶囊机18h 生产总量1080万粒需干燥车架270车次。

4)原有干燥间6间,每间存放托盘车架27 车,可放置托盘车1 62   车,计648万粒。尚有108车次计432万粒。尚有108车次计432万粒软胶囊需增置干燥间及除湿制冷系统设备。

5)现有除湿空调系统工况:现有名义制冷量75 万大卡/h 中央空调机组一台,分别提供F1-1000m³/h风量空调机、F2-45000m³/h风量空调机、F3-50000m³/h风量空调机、F4-45000m³/h风量空调机及63000m³/h风量除湿机所需制冷量。

2.2空调机组送风范围及参数要求(表1

空调机组

送风区域

室内技术要求

F1-1000m³/h

车间办公室、换鞋间、更衣室、化验室等,共计容积为1366m³

T=25 RH=45%新风比20%;冷量4.7kw

F2-45000 m³/h

配料、煮胶、外脱更衣、原料暂存间等,共计容积为2020m³

T=25 RH=45%新风比10%;冷量210kw

F3-50000 m³/h

压丸间、干燥间

T=25 RH=45%新风比10%;冷量234kw

F4-45000 m³/h

塑瓶包装间、外包装、中转、回收、胶暂存间等,共计容积为3208m³

T=25 RH=45%新风比10%;冷量210kw

63000 m³/h

捡丸、洗丸间等,共计容积为2079m³

T=25 RH35%冷量126kw;d6.9g/kg

2.3产湿量计算(表2

干燥间允许产湿量

1.9g/kg计算,6×3000×1.2×1.9g/1000=41.04kg/h

干燥间允许胶囊存放间

41.04kg/h×106=34.2万粒/h(120mg/)

按干燥周期18h计算,6间干燥存放量

34.2万粒/h×18=615.6万粒

615.6万粒÷4/=154车次

2.4现有问题综合分析

从上述各项数据已清楚说明以下几个问题:

1)现有制冷量不足:现有名义制冷量75万大卡制冷机,按制冷效果80%计算,实际制冷量为60万大卡,而F1-F4空调机及干燥房6   台除湿机按现有空调设计工艺,所需制冷量为67.2万大卡,达不到现有空调工艺的设计要求。

2)干燥房容积无法满足生产能力的需要:按现有6   间干燥房容积,以18h干燥周期计算,可以存放648万粒软胶囊,但因除湿风量及制冷量不足,按现有工艺只能允许存放615.6万粒。按12台软胶囊机每小时产量5万粒计算,18h产量为1080万粒,尚有464.4万粒,计116车次无法干燥。

3)干燥房容积与匹配除湿机风量不平衡:6间干燥房容积及托盘车架规格可容纳162车次,计648万粒。648万粒每小时产湿量为43.2kg/h。按现有除湿工艺1.9g湿差计算,需匹配除湿机送风量19200m³/h,才能确保18h干燥周期648万粒软胶囊的干燥工艺。

4)综上所述,现有空调除湿工艺所匹配的冷量负荷、除湿机风量、干燥房容积无法满足生产能力的需要。因此,有必要对原有设施进行调整改造,并增置必要的除湿、制冷设备及干燥房容积。

2.5 技术改进措施

1)将凉丸间改建为干燥间:6间干燥间按现有空调工艺只能够存放154车次计615.6万粒,尚有116464.4万粒需新建干燥房4间,约130㎡。

2)考虑到原有空调系统制冷量不平衡,建议在6台除湿机进风前增加100kw冷量的空调箱和制冷机,以提高6间干燥间的干燥效果。

3)切断F3-50000m³空调机在凉丸间的送、回风管道,以增大压丸间的送风量。

4)增置除湿、制冷设备,对新建干燥房配备独立的除湿送风系统。

2.6 新增转轮除湿机设计与选型

1)设计工况

1)干燥房容积:130×2.2=286m³;

2)软胶囊干燥周期:18h;

3)新建干燥房可存放软胶囊数量:464.4万粒;

4)操作人员:10人次;

5)产湿量计算:

胶囊4640000/18h×120mg/=30.93kg/ h;

人员170g×10/1000=1.7kg/h;

6)新风参数:温度35,相对湿度80%,绝对含湿量29.3g/kg

2)干燥房技术参数:温度T25,相对湿度RH35%,绝对含湿量d6.9g/kg;

3)除湿技术设计:依据上述胶囊产量及技术要求,拟选用ZCB-10000转轮除湿机,总送风量

10000m³/h,转轮处理风量8500m³/h,自然排风1500m³/h,维持干燥房正压状态。

1)除湿工艺流程(见图1:

2)状态点技术参数(见表3:

状态点

风量Gm³/h

干球温度T()

相对湿度RH(%)

绝对含湿量d(g/kg)

焓值i(kj/kg)

A

1500

35

80

29.3

110.4

B

1500

14

95

9.57

38.3

C

8500

23

42

7.37

42

D

8500

14

73

7.37

32.8

E

8500

38

8

3.33

47

F

10000

36

10

3.86

46.3

G

10000

21

25

3.86

31

H

10000

24

20.7

3.86

34

3)除湿性能计算:

新风冷量1500×1.2×(110.4-38.3/3600=36kw;

前级表冷冷量8500×1.2×(42-32.8/3600=26kw;

后级表冷冷量10000×1.2×(46.3-31/3600=51kw;

总计冷量负荷113kw;

干燥房允许产湿量10000×1.2×(6.9-3.86/1000=36.4kg/h

2.7选型说明

(1)转轮除湿机的选型:用一般空调压缩机的冷冻除湿法只能把空气露点温度降至10而此软胶囊干燥室内的露点温度要求达到1以下,故用一般冷冻除湿法根本无法达到生产工艺要求。而采用空调制冷加转轮除湿机之组合机的方法可以轻易使空气露点温度降至-40

   2) 空调用制冷方式的选型:水冷型制冷机适用于1000㎡以上的大房间或者说大系统,性价比较高而针对200㎡以下的小房间来讲,风冷型管道机有着较多优势,如操作简单、维护方便,无需水源等等优势。此实例之干燥室选用风冷型管道机比较合适。

(3)转轮除湿机再生方式的选型:目前转轮除湿机的再生方式有两种即电加热和蒸汽加热。蒸汽加热的表压力须不小于4kgf/c㎡。选用蒸汽加热再生方式时,最好选配耐高温电磁阀,这样不但可以实现自控来节约能源,而且可延长除湿转轮的使用寿命。当除湿干燥轮的实际处理风量< 2000h时,选用电加热的再生方式比较省力简单。

4)控制的选型:经过对传统继电接触式控制,单片机控制,PLC控制的多年实际经验的比较认定转轮除温机采用PLC控制最好。它有以下几大优点,①可靠性高抗于扰能力强,⑦可实现电控、电仪电结的三电体化③编程简单、使用方便,控制程序可变、具有很好的柔性↑体积小、重量轻、功耗低。为实现远程监控,也可加选触摸屏或者PC微机控制。

3结论

   由上述分析和计算可得出,使用转轮除湿机系统和传统的冷冻除湿机+后加热器方式,能耗节约为45%左右。同时,由于转轮除湿机可以将新风进步除湿 干燥,以抵消车间的其他室内湿负荷,尤其是在系统初期调试及房间发热量不足(即生产开工不足)期间,这种系统运行更加可靠,安全性更好,完全可以满足洁净车间全天候的生产要求。在低湿环境条件下,采用转轮与冷却联合式除湿空调系统具有仅冷却除湿机不可比拟的优越性。


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