制药无菌車(chē)间洁净干燥间的设计

在医药无菌車(chē)间中，生产循环使用(yòng)大量器皿需要洗涤、干燥，清洗洁净區(qū)域作為(wèi)生产辅助區(qū)域的洁净级别一般要求D 级，干燥间也不例外。在洁净环境下清洗后含有(yǒu)大量水分(fēn)的器皿的除湿干燥就成為(wèi)我们要解决的问题。我们通过实例，说明采用(yòng)合理(lǐ)的设计才能(néng)达到节能(néng)、干燥除湿的效，对该项工作具有(yǒu)一定理(lǐ)论指导和实际应用(yòng)意义。

0 引言

除湿主要分(fēn)為(wèi)升温降湿、冷却减湿和干燥剂吸附除湿三种。以前最常用(yòng)的就是加热升温通风除湿，但在洁净环境下，单纯采用(yòng)全送全排升温除湿的方法，能(néng)耗大，对洁净过滤系统带来的负荷也较大，故我们设计了冷却减湿、升温降湿洁净空气循环的综合除湿方式。

1 原理(lǐ)

实际设计中，少量补入新(xīn)风，维持系统相对室外12.5Pa 压差，在混合段与回风混合经初效过滤经表冷挡水段将空气冷却到低于露点温度，让空气中水汽凝结经挡水板拦截去除水分(fēn)，再经加热段将空气加热到60℃以上，空气膨胀、单位體(tǐ)积中水分(fēn)减少实现升温降湿，在送风机作用(yòng)下经中效过滤器过滤经风管由房间顶部高效过滤器过滤后送入干燥间，為(wèi)保证该过程中温度损失最小(xiǎo)，净化除湿风机应尽量靠近干燥间，做好送风管道保温。干燥的热空气在干燥间中吸收器皿中水分(fēn)，温度下降（约45℃）湿度增加，经回风管将其带出干燥间，回到混合段再开始下一次循环，从而达到除湿目的。

另外，在进风口和回风口设置温、湿度传感器，开机时排风机关闭，系统為(wèi)循环气流运行模式，运行一段时间后，随着热空气吸收器皿中水分(fēn)的增加，若冷却除湿功率不够、效果不佳，回风口湿度会越来越大，经程控電(diàn)脑计算若回风口绝对湿度比进风口绝对湿度大得多(duō)时，关闭回风口风阀、打开排风阀、排风机，采用(yòng)直排模式快速置换一下系统中湿度较大的空气，至两者差值不大时，又(yòu)切换為(wèi)循环模式。原理(lǐ)如图1。

在实际运用(yòng)中，哪怕是冷却水未开（如冬季不开冷水机组）采用(yòng)循环、直排交替模式单纯用(yòng)升温除湿方式，也能(néng)达到器皿干燥除湿的目的。

2应用(yòng)实例计算

2.1 洁净度与换气次数

综合考虑洁净厂房设计规范GB50073-2013、医药工业洁净厂房设计规范GB50457-2008，2013 版GMP 及其实施指南，生产清洗辅助區(qū)D 洁净厂房换气次数為(wèi)6 次/h-20 次/h，风机初效滤器為(wèi)G4 型、中效滤器為(wèi)F 型、干燥间进风口高效滤器选用(yòng)H13 型，符合医药洁净厂房要求，经验证尘埃粒子＜3520000/m³，符合D 洁净厂房要求。

2.2 风机风量的选取

我们干燥间面积42m²、容积110m³，加上空调风管约120m³选用(yòng)2500m³/h 风量风机，换气次数达到2500/120=20 次/h，满足设计上限要求。排风机选用(yòng)2400/h 风量风机，可(kě)以保证维持系统相对于外界12.5Pa 压差。

2.3 加热功率

2.3.1 不同温湿度大气压下立方米空气含水量（见表1）

洁净室之间压差一般 <50Pa，洁净室相对于外界压差一般<80Pa，风机内与外界压差一般<500Pa，相对于大气压0.1Mpa 即100000Pa，几乎可(kě)以忽略不计，我们计算中都按大气压情况处理(lǐ)。

2.3.2 空气中水分(fēn)的流量

净化干燥系统循环运行一定时间，根据洁净厂房保温条件最高温度一般可(kě)达60℃，湿度可(kě)达80%，查表1 空气含水量103.7g/m³，循环一次體(tǐ)积约120m³( 干燥间加风机管道體(tǐ)积)，水的质量為(wèi)：

m=103.7g/m³X120m3=12440g

已知换气次数n=20/h=20/60min=1/3 min

空气中水分(fēn)的最大流量為(wèi)S=mXn=12440g/3min=414.6g/min

2.3.3单位时间需要的热量

假设室外新(xīn)风冬季0℃的极端情况下，在循环加热模式开始时，假设系统中回风口温度為(wèi)T1=0℃，加热后，送风口温度T2=60℃，水热容量C=1cal/g℃，Q=MCΔT/t=SCΔT=414.6g/minX1/g℃X(60℃-0℃)=24876 cal/min

2.3.4 加热功率

假设加热功率為(wèi)P，加热效率n=60%，热功当量：q=0.24cal/j=0.24kcal/KWs=0.24×60kcal/KWmin

表1 不同温湿度大气压下立方米空气含水量（g）表q=14.4 kcal/KWmin

则单位时间产热量Q=nqP加热功率

P=Q/nq=24.876kcal/min/(60%X14.4kcal/KWmin)=28.8KW

故我们选用(yòng)6KWx5=30KW的可(kě)五档调节加热器。

2.4 干燥除湿

2.4.1 单纯加热升温除湿

单纯加热升温除湿情况下，假设室外温度為(wèi)25℃、湿度50%，开机初始时干燥间内外温湿度相同，关闭新(xīn)风，循环加热一定时间t1 后，干燥间内温度升至45℃，湿度升到80%。查表1 可(kě)知，空气中含水量為(wèi)分(fēn)别為(wèi)m1=11.4g/m³和m2=52.2g/m³，系统體(tǐ)

积V=120 m³全排置换一次时间為(wèi) t2=60min/20=3min置换一次可(kě)以排除水分(fēn)為(wèi)

ΔM=(m2-m1)V=(52.2g/ m³-11.4g/m³)x120g=4896g

置换完后干燥间内温湿度又(yòu)和室外一样，再切换為(wèi)循环加温模式，进入下轮回。同理(lǐ)，在室外温25℃湿度80% 不变，加热温度最终都到45℃情况下，每次循环可(kě)排除水分(fēn)如表2：

随着不断循环每次去除水分(fēn)越来越少，干燥间内湿度越来越低。以此方法可(kě)以将干燥间内湿度降到20% 以下，达到器皿干燥的目的。

2.4.2 合理(lǐ)的加热及保温温度设计

从表1 中可(kě)以看出，提高干燥间保温温度达60℃，吸收器皿中水分(fēn)，设置循环同样时间达到湿度80%，空气中水分(fēn)為(wèi)103.7g/m³，一次排放水量可(kě)达(103.7g/m³-11.4g/m³)x120 g=11076g，是保温45℃情况4896g 的1 倍以上，除湿效率更高。可(kě)见，干燥间的保温是很(hěn)关键的。

但因為(wèi)干燥间周围的洁净厂房温度一般為(wèi)20℃，如果干燥间温度设置过高，温差太大，散热也很(hěn)大，热损失较大，需要的加热功率过大，加热段温度太高，安全风险过大，故一般保温循环温度设定在45℃-60℃较好。通常冬季设為(wèi)45℃，夏季设為(wèi)60℃。

由表1，可(kě)知即便是湿度最大达到100%，室外温度15℃时， 大气中水分(fēn)含量最大為(wèi)m1=12.7g/m³。加热循环至45℃， 多(duō)次置换排放后湿度為(wèi)20%，空气中水分(fēn)含量為(wèi)m²=13.0g/m³，m²>m1，说明此时通过纯加热除湿方式可(kě)以实现最终湿度低于20% 的结果。

2.5 综合干燥除湿

2.5.1 综合干燥除湿的原因

夏季极端情况下，室外温度35℃以上，湿度100% 时，查表1 可(kě)知，此时空气中水分(fēn)含量将＞40g/m³。如单纯用(yòng)加热排放，对应40g/m³的水分(fēn)含量，干燥间内循环温度45℃，湿度＞ 60%；循环温度50℃，湿度接近50%；55℃，湿度接近40%；即便温度达到最高60℃湿度也超过30%，此时难于达到干燥的目的。

所以，在夏季极端情况下，置换室外空气时，应该对室外高温高湿空气首先进行降

温除湿，使空气中水分(fēn)含量由40g/m³先降至15g/m³-20g/m³， 去除最多(duō)25g/m³水分(fēn)， 再

加热升温循环至对应5055℃-55℃，即可(kě)将最终湿度控制在20% 以下，达到干燥的目的。

2.5.2 表冷器制冷量的计算

根据前面所述，新(xīn)风补风量V=2500m³/h，新(xīn)风中水含量M=40g/m³，单位时间处理(lǐ)水量m=MV,=2500m³/hX40 g/m³=100Kg/h

过程中需要将35℃新(xīn)风降至10℃， 温差ΔT=25℃

水热容量C=1cal/g℃，

需要冷量Q=mCΔT=100Kg/hX1cal/g℃X25℃=2500Kcal/h

再考虑表冷器的交换效率如果為(wèi)50%，则冷量需要量应為(wèi)5000 Kcal/h。

3程序控制

洁净除湿干燥系统的运行，涉及新(xīn)风、送回风风阀开关、温湿度采集、空气中水分(fēn)含量、时间参数计算对比控制、加热、制冷、风机无风保护、过热保护、各种运行方式切换等控制，所以我们选用(yòng)了西门子S7-200PLC 编程控制器，并通过网络与中央监控系统连接，可(kě)以实现在線(xiàn)和遠(yuǎn)程监控双重控制。

参考文(wén)献：

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