制藥生產(chǎn)車間除濕干燥的設計
在醫(yī)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(qū)域作為生產(chǎn)輔助區(qū)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，對潔凈過濾系統(tǒng)帶來的負荷也較大，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
實際設計中，少量補入新風，維持系統(tǒng)相對室外12.5Pa
壓差，在混合段與回風混合經(jīng)初效過濾經(jīng)表冷擋水段將空氣冷卻到低于露點溫度，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現(xiàn)升溫降濕，在送風機作用下經(jīng)中效過濾器過濾經(jīng)風管由房間頂部高效過濾
器過濾后送入干燥間，為保證該過程中溫度損失最小，凈化除濕風機應盡量靠近干燥間，做好送風管道保溫。
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)回風管將其帶出干燥間，回到混合段再開始下一次循環(huán)，從而達到除濕目的。
另外，在進風口和回風口設置溫、濕度傳感器，開機時排風機關閉，系統(tǒng)為循環(huán)氣流運行模式，運行一段時間后，隨著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，回風口濕度會越來越大，經(jīng)程控電腦計算若回風口絕對濕度比進風口絕對濕度大得多時，關閉回風口風閥、打開排風閥、排風機，采用直排模式快速置換一下系統(tǒng)中濕度較大的空氣，至兩者差值不大時，又切換為循環(huán)模式。原理如圖
1。
圖1干燥間原理圖
在實際運用中，哪怕是冷卻水未開(如冬季不開冷水機組)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、應用實例計算
2.1潔凈度與換氣次數(shù)
綜合考慮潔凈廠房設計規(guī)范GB-2013、醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設計規(guī)范GB-2008，2013版GMP及其實施指南，生產(chǎn)清洗輔助區(qū)D潔凈廠房換氣次數(shù)6次/h-20次/h，風機初效濾器為G4型、中效濾器為F型、干燥間進風口高效濾器選用H13型，符合醫(yī)藥潔凈廠房要求，經(jīng)驗證塵埃粒子
2.2 風機風量的選取
我們干燥間面積 42m2 、容積 110m3 ，加上空調風管約 120m 3 選用 2500m 3 /h 風量風機，換氣次數(shù)達到
2500/120=20 次 /h，滿足設計上限要求。排風機選用 2400/h 風量風機，可以保證維持系統(tǒng)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，風機內(nèi)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(tǒng)循環(huán)運行一定時間，根據(jù)潔凈廠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 (干燥間加風機管道體積)，水的質量為：
m=103.7g/m3 X120m3=g
已知換氣次數(shù) 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 單位時間需要的熱量
假設室外新風冬季 0℃ 的極端情況下，在循環(huán)加熱模式開始時，假設系統(tǒng)中回風口溫度為 T1=0 ℃，加熱后，送風口溫度 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(jié)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%，開機初始時干燥間內(nèi)外溫濕度相同，
關閉新風，循環(huán)加熱一定時間 t1 后，干燥間內(nèi)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(tǒng)體積 V=120
m 3
全排置換一次時間為 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(nèi)溫濕度又和室外一樣，再切換為循環(huán)加溫模式，進入下輪回。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系表
隨著不斷循環(huán)每次去除水分越來越少，干燥間內(nèi)濕度越來越低。以此方法可以將干燥間內(nèi)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。可見，干燥間的保溫是很關鍵的。
但因為干燥間周圍的潔凈廠房溫度一般為20
℃，如果干燥間溫度設置過高，溫差太大，散熱也很大，熱損失較大，需要的加熱功率過大，加熱段溫度太高，安全風險過大，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，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，說明此時通過純加熱除濕方式可以實現(xiàn)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，查表1可知，此時空氣中水分含量將>40g/m3。如單純用加熱排放，對應
40g/m3的水分含量，干燥間內(nèi)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30%，此時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，應該對室外高溫高濕空氣首先進行降溫除濕，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(jù)前面所述，新風補風量V=2500m3/h，
新風中水含量M=40g/m3
單位時間處理水量m=MV
=2500m3/hX40g/m3
=100Kg/h
過程中需要將35℃新風降至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(tǒng)的運行，涉及新風、送回風風閥開關、溫濕度采集、空氣中水分含量、時間參數(shù)計算對比控制、加熱、制冷、風機無風保護、過熱保護、各種運行方式切換等控制，所以我們用了西門子
S7-200PLC編程控制器，并通過網(wǎng)絡與中央監(jiān)控系統(tǒng)連接，可以實現(xiàn)在線和遠程監(jiān)控雙重控制。
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