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除湿空调系统在食品医药洁净车间中的案例

发布日期:2019-07-19 20:50 浏览次数:

摘要 在医药洁净车间中, 基于软胶囊生产线的工艺需求及合理的除湿系统配置,着重介绍转轮除湿机在不同温、湿度工况下合理的处理流程,从而达到工艺生产环境需求,提高建设后生产运行中的经济合理性。并总结了系统在实际工程运用中的特点。

关键词 转轮除湿机;低露点;湿度处理;应用

0引言

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、液体吸湿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[1]。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受空气露点影响,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湿度在医药洁净车间中的要求

大多数医药净化车间要求全年生产车间内部维持稳定的环境,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。把湿度控制在50%~70%,在夏季只靠空调就可解决,但有些制药过程湿度是20%~30%[2-3],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[4],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162车,计648万粒。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—50000 m3/h风量空调机、F4—45000 m3/h风量空调机及6台3000m3/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[5 - 6](表1)

2.3产湿量计算(表2)

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:按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 水/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:原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116 车464.4万粒需新建干燥房4 间,约130m2。

(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粒/18h×120mg/粒=30.93kg水/h;人员170g×10/1000=1.7kg水/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T≤25℃,相对湿度RH≤35%,绝对含湿量d≤6.9g/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8500 m3/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):

(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1000m2以上的大房间或者说大系统,性价比较高;而针对200m2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/cm2。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<2000 m3/h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,认定转轮除湿机采用PLC控制最好。它有以下几大优点,①可靠性高、抗干扰能力强;②可实现电控、电仪、电结的三电一体化;③编程简单、使用方便、控制程序可变、具有很好的柔性一;④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一步除湿干燥,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。

参考文献:

[1]方玉堂. 转轮除湿机吸附材料的研究进展[J].化工进展,2005(10).

[2]陆耀庆. 实用供热空调设计手册[M]. 第二版.北京:中国建筑工业出版社. 2008.

[3] GB50019— 2003 采暖通风与空气调节设计规范[S].

[4]转轮除湿机技术手册[M]. 上海:多乐空气处理设备有限公司,2012

[5]陆耀庆.实用供热空调设计手册 [M]. 2 版. 北京:中国建筑工业出版社,2008.

[6]电子工业部第十设计研究院. 空气调节设计手册 [M].2 版. 北京:中国建筑工业出版社,2012.

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