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适于制药厂冻干车间的空调系统


适于制药厂冻干车间的空调 系统

适于制药厂冻干车间的空调系统
涂光备 杨洁 凌继红 天津大学                         
摘要:      本文结合作者的工程实践经验, 对冻干车间特殊室内要求的分析, 得出以下结论: 冻干车间有 二次加热空气处理方案较无二次加热空气处理方案能更有效地保证室内相对湿度的要求; 新风采取预冷 措施是必要的, 从投资和能耗方面考核, 预冷方案更经济; 采用澳化锉吸收式冷水机组作为冷源时, 需借 助去湿机才能满足冻干车间对相对湿度的要求。 关扭词 :      冻干车间 空调系统 相对湿度
概述     

《      药品管理规范》 中特别强调指出: “ 无菌分装的药品, 特别是冻干产品吸湿性强, 生产过程应特别注 意无菌室的相对湿度, 胶囊和瓶子的水分, 工具的千燥和成品包装的严密性。 ” 对于冻干车间的收粉、      粉碎等关键工序的温、 湿度暂无统一标准。某些使用单位从确保使用效果出 发, 往往提出偏高的技术指标, 而偏高的 要求可能会造成空调制冷系统不必要的投资与运行费用的浪费。 从表 1 看出, 可以 不同的室内 参数设计值, 对于冻干车间来说, 其差异是比较敏感的。 从节能角度来看其
差异也是不可忽视。 当宜外大气压为 11. - b, 宜内采取不同通、                    032 e时. 5 g 沮度标准的宜内空气 衰 1
温度
冤   

2 2

2 3



相对

湿度
%   

3 0

3 5

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4 5

5 0



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熔值
K/ K
B   

3 7 4.

3 7 6.

3 . 88

4 . 10

4 . 30

3. 64

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5 3 8 8 0. 31 55 7 8 4 . 4. 3 . 4 6 4. 4. 4. 32

含混

量砂
K g

49 .

57 .

6. 6

7. 4

82 .

52 .

61 .

6. 9

7. 8

87 .

5. 5

64 .

7. 4

83 .

93 .

根据一些正常生产的冻干车间的经验来看,      相对湿度控制在4%一0 温度在2 一 40其产品质 0 5%, 2 29,
量可以保证。 维持室内相对湿度的常规空调方式     

多数冻干车间除人员散湿外,      无其他产湿源。因净化级别要求高, 严格控制工作人员数量, 所以, 总

的 湿量 产 很小。 冻干车间 空调负 热湿比 般大于1 0 K K, 荷的 一 0 0  g 0 J 送人室内的 I 空气变 程线接近于等 化过
d 线。如果室内 设计参数定为2`, %。 3 3 则机器峪点约为6 , C 5 9 如果房间产湿量大, v 其机器礴点会更低。 也就是说通常的冷冻水供水温度7 ℃根本不能满足需要。而多数制药厂中心冷冻站采用澳化铿制冷机 组, 其供水温度通常在 8 ℃以上, 更与斋要不符。但如果采用直接燕发式表冷器, 蒸发温度在0 2 是可 一` C, 以把空气处理到所需机器摇点的状态。石家庄某制药厂就采用了制冷工质为 F2的活塞机组及直接燕 2
发式表冷器处理新风及一次回风的混合空气, 取得了满意的效果。其通常处理过程( 见图 1如下: ) 新风预

冷后与一次回风混合, 经直接蒸发式表冷器降温去湿处理至机器据点K, 2与二次回 风混合后送至室内。 由于室内空气熔值较低,      新风采取预冷措施是必要的。对于制药厂而言, 提供预冷所需的冷源也很 方便。新风预冷不仅可减少空调机组主要冷却干燥设备的湿负荷也可减轻其冷负荷。如图 1a中C () 与 C的差别反映了新风预冷再混合与直接混合进人直接燕发式表冷器的两种不同情况。 ‘
12 7

第五届海峡两岸制冷空调技术交流会

图 1 冻干车间常规空调方式空气处理过程                                   

由于冻干车间洁净级别高,      一般无外维护结构。室内既无特殊工艺热源而通风换气量又很大, 因此, 送风熔差通常很小, 次回风和新风量所占 一 总风量的份额很小。如果出 阮 3  IK)  现 (S , N N G的情况, 即表 明没有一次回风。如前所述, 新风直接从室外状态处理到送风机器礴点通常很难做到。而预冷后如没有 一次回 风混合降低其相对湿度, 同样也很难将新风从预冷后的机器露点 K 状态处理至送风机器韶点 K- , z  此时, 不得不采用图1 ) ( 所示的方案。即在二次混合之前增设加热段, b 让新风与一次回 风经冷却干燥处 ,                                 然后再与二次回风混合主送风状态点S . 量抵消,                                 多消耗能量的问题, 但它可能至少具有以下几方面的优

理 嘿 Aa  后 鬓M* x1 鼎 E M9 ,  f  0
点:

一是如上所述的,      可以既保证所需新风量, 又能提供必要的一次回风量, 使新风较容易处理到送风机

二是由于冷却干燥处理后有一个加热处理过程,      因而冷却千燥的机器招点将有所提高。如图 1b中 () 所示, 由送风角系数线 。 , 0 与 =9%一9%相对湿度线的交点 凡’ 5 , 变为过加热处理后、 二次混合前的状 9%一9% 0 5 相对湿度线的交点长。由于机器露点的 提高, 晚> ', 例如 8 则有可 C 态点K 的等d 3 线与, 二 ℃以下的冷冻水, 采用普通表冷器也 能无需专门设置直接蒸发式表面冷却器。如厂区中心冷站能提供 5
能满足需要。 在允许室温波动在一定范围内, 土 ℃的条件下, 例如 2 室内相 三是由于加热量相对较容易 自动控制 ;     

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3K1 0J 吨。 采用去湿机的空调方式      或在北方地区冬季兼需供暖, 所以设置燕汽锅炉。一些制药厂为提 由于制药厂某些工艺需要燕汽 ,     

* J,}AA,-A,f }l K,lh 5  VZAMs lW黔4, r ik } K,To4 ai'}=7P Z  f L + go Kt ,WI ?Kd kAl AJ b5UN V F }:f} lFa ' A I      },  - A  NA}AS Z 17,AC V P }} L , 嘿  k gS7 a } F F f. }A 7k K d   i T  1 ,    ,  量觉1 t  1 h默蒙互 篡。 不 于 则立A N              誓 ,,.h} }     量 大 l  醒  篡; E K :降 宜 f   7     l , 其 ‘ 夔 , A 盆粼 } ; F
℃以上。单 高锅炉设备利用率, 常采用澳化锉吸收式冷水机组作为冷源。所能提供的冷水温度一般在 7 为此不得不借助于去湿机。 目前常用的去湿机 靠它提供的冷冻水满足不了冻干车间对相对湿度的要求, 给出了某种转轮去湿机 给出了转轮去湿机的工作原理。图4 有转轮吸附或吸收式及冷冻去湿两类。图2 图3 的去湿性能图表及被处理空气 在 I d - 图上的状态变化。图 3给 出 1冷 冻 去 漫 机 的 土 作- 理 。佩 砚 胜 在 给出 t , 伶a*MVf1I佩 Ro BX} L9 ' l V M7 PR L E A 6 中的空气状态变化如图5 所示。从图5 可以看出, 对于需要减湿和加热的情况, 采用这种型式的冷冻去湿 机较合理。对室内产湿、 产热量都大的情况, 某些调温型冷冻去湿机另配有水冷冷凝器, 以控制被处理空
气的出风温度。

根据近年来一些工程的实践,      转轮去湿机较冷冻去湿机去湿效果更有保证。作者所设计的毛里求斯 制药厂、 哈尔滨某制药厂、 石家庄某制药厂两种设备同时或前后对比都证明了这一点。冷冻去湿机在蒸 发器上被冷凝下来的 部分水滴, 随空气带到冷凝器上再次燕发, 以及调节不当以致在燕发器上挂藉等情
13 7

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适于制药厂冻干车间的空调 系统

况, 可能是影响冷冻去湿机效果的原因。图6 给出了新风与一次回风直接混合, 及新风预冷后再与一次 风混合, 两种进人去湿机前的预处理方案的I d 一 图。
门 助宁气出日

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图2 转轮去湿机的工作原理图


图 3 冷冻去湿机的工作原理图

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图 5 冷冻去湿机中的空气
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图 4 转轮去湿机的去湿性能图表及被处理空气
的状 态变化                   

图s 新风不同预处理的去湿机空调方案

在Id      一 图上确定实际的空气处理过程时, 需要进行试算。以图6a为例, () 其程序如下; 根据可能提供 的冷冻水温度, 预设定去湿机处理后的空气, 经等湿冷却可能达到的 最低温度, 由此试确定P 点。如果G p

‘a G 则说明所设定的冷却终状态点不符合要求, ,偏低。另设定一较高温度的P 使 G > , 此确 点, p G 由 定一次回风, 且一次回 风与新风的混合状态点C 与P 点的含湿量差值在去湿机通常的去湿能力5 7/ 一 gk g
范围内。

当P      点确定后, 风一次混合的风量 G 及状态点 C 新回 p 的参数均可确定, 由此可选定相应的去湿机。
依据去湿机的性能特性曲线确定被处理空气离开去湿机的状态点 M 。如果 M点落在所确定的 P点的等 含湿量线左侧邻近处, 则工作可告一段落。在这种情况下, 状态点 N将向相对湿度较低一侧偏移, 室内 也

就是说相对湿度更有保障。
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第五居海峡两岸制冷空调枝术交流会 如果M点落在过 P      点的等含湿量右侧, 则先定过 M点的等含湿量线与。 线的交点。如果此交点在送 风数点 s 以下, 则依据此交点重新确定一次回风与新风量, 选用一较大容量的去湿机。 如果此交点恰落在s      点上, 说明系统将无二次回风, 全部空气都要经去湿机处理。 如果过 M点的等含湿量线与。      线的交点落在 S 点以以上, 说明即便全部空气经去湿机处理仍满足不 了 送风参数的温、 湿度要求。如不另采取措施, 室内温、 湿度将高于设计值。通常采取的一种措施就是将 新风预冷。新风预冷处理对冷源的要求并不高。通过预冷使新风的温、 湿度下降, 使一次混合参数点向 左偏移, 一般来说就可解决问题。 采取新风预冷措施实际不限于上述情况,      而是只要有可能设置预冷设备, 都宜于使新风先预冷。虽然新 风通路需增设表冷器并加大风阻, 但因此可选用较小容量的去湿机, 从投资和能耗方面考核, 预冷方案更经 济。在以 下实例中, 将予以证明。
实例     

北京某4m 的冻干车间操作室,      ' 0 夏季设计工况时的总冷负荷为 1.  , 1 5w 产湿量为03创 。相应的 8K . s 9

室内热 湿比。 3 8 K K 根 35 二0 0  g 据M .级的净化要求, 3 I 室内的 设计送风量为3 0mI 新风量为9 m 2 0' , 4 h 7' 0  /
卜试确定其空气处理方案。 , 根据与工艺方面商定, 室内设计参数确定为 2-, %, 3 3 常规空调的空气处理过程见图7 C 5 0 虽然在这种具体条件下, 采用直接蒸发式表冷器, 蒸发温度控制在0 2 上述空气处理过程也可实 一 %。

一次混合状态点向右偏移时, K 与, 0%相对湿度线相交于比15 线C, =1 0 .℃更 现。但如果新风量更大, 此时, 上述处理方案就不可靠了, 而需要在二次冷却后增加二次加热, 从而提高 低的温度, 甚至不相交。 空气处理过程见图 8 0 二次冷却的机器露点并加大一次回风量, 使一次混合参数点 C向左偏移 , 新风预冷后再 图9      给出了新风与一次回 风直接混合后, 进人去湿机的空气处理方案3 图 1 给出了 0 0
与一次风混合后, 进人去湿机的空气处理方案4 0

图 7 采用预冷及直接蒸发表冷器方案 1

图a   

采用二次加热的二次冷却方案2

图 9 采用转轮去湿机方案 3

图 1 0

采用转轮去湿机新风预冷方案a

15 7

适于制药厂冻干车间的空调 系统 4 种空气处理方案的比较
方案 1 表2

驱功 K 动率 w
耗 热里 K 脚

} 一 一 一 一 } 一 } 5 一 29 .

预耗里 冷冷 。
二次冷却耗冷量 K 脚

J冷 K 急 量 耗 w
结论

一 方 2 一 方 3 案 } 案 一 一 } 一 4 5 4m . } 2 7 } 一 { 一 一 一 一 } 一 36 一 0 . }

} 方4 一 案 } 一. 3 } 一 一 } 12 6 . 3 一7 2 . 3

备注

一 。 } 一 , 一 }

装 机 一 一

1 }装机 2

1 冻干车间有二次加热空气处理方案较无二次加热空气处理方案虽然存在冷、 . 热量抵消, 多消耗能 量的问题,    但它可以既保证所需新风量, 又能提供必要的一次回风量, 使新风较容易处理到送风机 器礴点;    有可能采用普通表冷器满足需要; 室内相对湿度较易控制。 2 制药厂一般有工艺用蒸汽, . 因此常采用浪化铿吸收式冷水机组作为冷源。但单靠它提供的冷冻水 满足不了冻干车间对相对湿度的要求,    为此需借助于去湿机。实践表明转轮去湿机较冷冻去湿机 去湿效果更有保证。    3 新风采取预冷措施是必要的。对于制药厂而言, . 提供预冷所需的冷源很方便。只要有可能设置预 冷设备,    都宜于使新风先预冷。 虽然新风通路需增设表冷器并加大风阻, 但因此可选用较小容量 的去湿机,    从投资和能耗方面考核, 预冷方案更经济。当然新风采取预冷在系统的调试、 管理上较 无新风采取预冷方案要稍微复杂些。   
参考文献

1 中国医药工业公司, . 中国化学制药工业协会。药品生产管理规范(加 ) G P实施指南。 ,企业管理出版社, 刊2 1 卯2 2 涂光备等, . 药厂洁净室两级过滤系统的探讨。暇通空调。翎 . o ., 一 1 邓N 5 曰3 1 卯8 6 3 空气洁净技术措施编制组。空气洁净技术措施。中国建筑工业出版社, 7 . 19 9

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