制藥生產(chǎn)車(chē)間除濕干燥的設計

制藥生產(chǎn)車(chē)間除濕干燥的設計

　　在醫藥制造企業(yè)中，生產(chǎn)循環(huán)使用大量器皿需要洗滌、干燥，清洗潔凈區域作為生產(chǎn)輔助區域的潔凈級別一般要求D

　　級，干燥間也不例外。在潔凈環(huán)境下清洗后含有大量水分的器皿的除濕干燥就成為我們要解決的問(wèn)題。

　　除濕主要分為升溫降濕、冷卻減濕和干燥劑吸附除濕三種。以前最常用的就是加熱升溫通風(fēng)除濕，但在潔凈環(huán)境下，單純采用全送全排升溫除濕的方法，能耗大，對潔凈過(guò)濾系統帶來(lái)的負荷也較大，故我們設計了冷卻減濕、升溫降濕潔凈空氣循環(huán)的綜合除濕方式。

　　1原理

　　實(shí)際設計中，少量補入新風(fēng)，維持系統相對室外12.5Pa

　　壓差，在混合段與回風(fēng)混合經(jīng)初效過(guò)濾經(jīng)表冷擋水段將空氣冷卻到低于露點(diǎn)溫度，讓空氣中水汽凝結經(jīng)擋水板攔截去除水分，再經(jīng)加熱段將空氣加熱到

　　60℃以上，空氣膨脹、單位體積中水分減少實(shí)現升溫降濕，在送風(fēng)機作用下經(jīng)中效過(guò)濾器過(guò)濾經(jīng)風(fēng)管由房間頂部高效過(guò)濾

　　器過(guò)濾后送入干燥間，為保證該過(guò)程中溫度損失最小，凈化除濕風(fēng)機應盡量靠近干燥間，做好送風(fēng)管道保溫。

　　干燥的熱空氣在干燥間中吸收器皿中水分，溫度下降(約45℃)濕度增加，經(jīng)回風(fēng)管將其帶出干燥間，回到混合段再開(kāi)始下一次循環(huán)，從而達到除濕目的。

　　另外，在進(jìn)風(fēng)口和回風(fēng)口設置溫、濕度傳感器，開(kāi)機時(shí)排風(fēng)機關(guān)閉，系統為循環(huán)氣流運行模式，運行一段時(shí)間后，隨著(zhù)熱空氣吸收器皿中水分的增加，若冷卻除濕功率不夠、效果不佳，回風(fēng)口濕度會(huì )越來(lái)越大，經(jīng)程控電腦計算若回風(fēng)口絕對濕度比進(jìn)風(fēng)口絕對濕度大得多時(shí)，關(guān)閉回風(fēng)口風(fēng)閥、打開(kāi)排風(fēng)閥、排風(fēng)機，采用直排模式快速置換一下系統中濕度較大的空氣，至兩者差值不大時(shí)，又切換為循環(huán)模式。原理如圖

　　1。

　　圖1干燥間原理圖

　　在實(shí)際運用中，哪怕是冷卻水未開(kāi)(如冬季不開(kāi)冷水機組)采用循環(huán)、直排交替模式單純用升溫除濕方式，也能達到器皿干燥除濕的目的。

　　2、應用實(shí)例計算

　　2.1潔凈度與換氣次數

　　綜合考慮潔凈廠(chǎng)房設計規范GB-2013、醫藥工業(yè)潔凈廠(chǎng)房設計規范GB-2008，2013版GMP及其實(shí)施指南，生產(chǎn)清洗輔助區D潔凈廠(chǎng)房換氣次數6次/h-20次/h，風(fēng)機初效濾器為G4型、中效濾器為F型、干燥間進(jìn)風(fēng)口高效濾器選用H13型，符合醫藥潔凈廠(chǎng)房要求，經(jīng)驗證塵埃粒子

　　　　2.2 風(fēng)機風(fēng)量的選取

　　　　我們干燥間面積 42m2 、容積 110m3 ，加上空調風(fēng)管約 120m 3 選用 2500m 3 /h 風(fēng)量風(fēng)機，換氣次數達到

　　2500/120=20 次 /h，滿(mǎn)足設計上限要求。排風(fēng)機選用 2400/h 風(fēng)量風(fēng)機，可以保證維持系統相對于外界 12.5Pa 壓差。

　　　　2.3 加熱功率

　　　　2.3.1 不同溫濕度大氣壓下立方米空氣含水量

　　　　表 1 不同溫濕度大氣壓下立方米空氣含水量(g)表

　　　　潔凈室之間壓差一般 <50Pa，潔凈室相對于外界壓差一般 <80Pa，風(fēng)機內與外界壓差一般<500Pa，相對于大氣壓 0.1Mpa

　　即 Pa，幾乎可以忽略不計，我們計算中都按大氣壓情況處理。

　　　　2.3.2 空氣中水分的流量

　　　　凈化干燥系統循環(huán)運行一定時(shí)間，根據潔凈廠(chǎng)房保溫條件最高溫度一般可達 60 o C，濕度可達80%，查表 1 空氣含水量 103.7g/m3

　　，循環(huán)一次體積約120m3 (干燥間加風(fēng)機管道體積)，水的質(zhì)量為：

　　　　m=103.7g/m3 X120m3=g

　　　　已知換氣次數 n=20/h=20/60min=1/3 min

　　　　空氣中水分的最大流量為 S=mXn

　　=g/3min

　　=414.6g/min

　　　　2.3.3 單位時(shí)間需要的熱量

　　　　假設室外新風(fēng)冬季 0℃ 的極端情況下，在循環(huán)加熱模式開(kāi)始時(shí)，假設系統中回風(fēng)口溫度為 T1=0 ℃，加熱后，送風(fēng)口溫度 T2=60 ℃，水熱容量

　　C=1cal/g ℃，Q=MCΔT/t

　　=SCΔT

　　=414.6g/minX1/g o CX(60 ℃-0 ℃)

　　= cal/min

　　　　2.3.4 加熱功率

　　　　假設加熱功率為 P，加熱效率 n=60%，熱功當量：q=0.24cal/j=0.24kcal/KWs

　　=0.24×60kcal/KWmin

　　　　表 1 不同溫濕度大氣壓下立方米空氣含水量(g)

　　　　表 q=14.4 kcal/KWmin

　　　　則單位時(shí)間產(chǎn)熱量 Q=nqP

　　　　加熱功率

　　　　P=Q/nq

　　=24.876kcal/min/(60%X14.4kcal/KWmin)

　　=28.8KW

　　　　故我們選用6KWx5=30KW的可五檔調節加熱器。

　　　　2.4 干燥除濕

　　　　2.4.1 單純加熱升溫除濕

　　　　單純加熱升溫除濕情況下，假設室外溫度為25 ℃、濕度50%，開(kāi)機初始時(shí)干燥間內外溫濕度相同，

　　　　關(guān)閉新風(fēng)，循環(huán)加熱一定時(shí)間 t1 后，干燥間內溫度

　　　　升至 45 ℃，濕度升到 80%。查表 1 可知，空氣中含水量為分別為 m1=11.4g/m 3 和 m2=52.2g/m 3 ，系統體積 V=120

　　m 3

　　　　全排置換一次時(shí)間為 t2=60min/20=3min

　　　　置換一次可以排除水分為

　　　　ΔM=(m2-m1)V

　　=(52.2g/ m 3 -11.4g/ m 3 )x120 g

　　=4896g

　　　　置換完后干燥間內溫濕度又和室外一樣，再切換為循環(huán)加溫模式，進(jìn)入下輪回。同理，在室外溫 25℃濕度 80% 不變，加熱溫度最終都到45 ℃

　　情況下，每次循環(huán)可排除水分如表 2：

　　　　表 2 去除水量與溫濕度關(guān)系表

　　　　隨著(zhù)不斷循環(huán)每次去除水分越來(lái)越少，干燥間內濕度越來(lái)越低。以此方法可以將干燥間內濕度降到 20% 以下，達到器皿干燥的目的。

　　　　2.4.2 合理的加熱及保溫溫度設計

　　　　從表 1 中可以看出，提高干燥間保溫溫度達60 ℃，吸收器皿中水分，設置循環(huán)同樣時(shí)間達到濕度 80%，空中水分為 103.7g/m3

　　，一次排放水量可達 (103.7g/m3 -11.4g/m3)x120 g=g，是保溫 45 ℃情況4896g 的 1

　　倍以上，除濕效率更高?？梢?jiàn)，干燥間的保溫是很關(guān)鍵的。

　　　　但因為干燥間周?chē)臐崈魪S(chǎng)房溫度一般為20

　　℃，如果干燥間溫度設置過(guò)高，溫差太大，散熱也很大，熱損失較大，需要的加熱功率過(guò)大，加熱段溫度太高，安全風(fēng)險過(guò)大，故一般保溫循環(huán)溫度設定在 45 ℃-60

　　℃較好。通常冬季設為45 ℃，夏季設為 60 ℃。

　　　　由表 1，可知即便是濕度最大達到 100%，室外溫度 15 ℃ 時(shí)，大氣中水分含量最大為m1=12.7g/m3。加熱循環(huán)至 45

　　℃，多次置換排放后濕度為 20%，空氣中水分含量為 m 2=13.0g/m3 ，m 2 >m1，說(shuō)明此時(shí)通過(guò)純加熱除濕方式可以實(shí)現最終濕度低于20%

　　的結果。

　　2.5綜合干燥除濕

　　2.5.1綜合干燥除濕的原因

　　夏季極端情況下，室外溫度35℃以上，濕度100%時(shí)，查表1可知，此時(shí)空氣中水分含量將>40g/m3。如單純用加熱排放，對應

　　40g/m3的水分含量，干燥間內循環(huán)溫度45℃，濕度>60%;循環(huán)溫度50℃，濕度接近50%;55℃，濕度接近40%;即便溫度達到最高60

　　℃濕度也超過(guò)30%，此時(shí)難于達到干燥的目的。

　　所以，在夏季極端情況下，置換室外空氣時(shí)，應該對室外高溫高濕空氣首先進(jìn)行降溫除濕，使空氣中水分含量由40g/m3先降至15g/m3-20g/m3，

　　去除最多25g/m3水分，再加熱升溫循環(huán)至對應5055℃-55℃，即可將最終濕度控制在20%以下，達到干燥的目的。

　　2.5.2表冷器制冷量的計算

　　根據前面所述，新風(fēng)補風(fēng)量V=2500m3/h，

　　新風(fēng)中水含量M=40g/m3

　　單位時(shí)間處理水量m=MV

　　=2500m3/hX40g/m3

　　=100Kg/h

　　過(guò)程中需要將35℃新風(fēng)降至10℃，溫差ΔT=25℃

　　水熱容量C=1cal/g℃，

　　需要冷量Q=mCΔT

　　=100Kg/hX1cal/goCX25℃

　　=2500Kcal/h

　　再考慮表冷器的交換效率如果為50%則冷量需要量應為5000Kcal/h。

　　3程序控制

　　潔凈除濕干燥系統的運行，涉及新風(fēng)、送回風(fēng)風(fēng)閥開(kāi)關(guān)、溫濕度采集、空氣中水分含量、時(shí)間參數計算對比控制、加熱、制冷、風(fēng)機無(wú)風(fēng)保護、過(guò)熱保護、各種運行方式切換等控制，所以我們用了西門(mén)子

　　S7-200PLC編程控制器，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與中央監控系統連接，可以實(shí)現在線(xiàn)和遠程監控雙重控制。