Diseño de sala de secado limpio en taller aséptico farmacéutico
En el taller aséptico médico, una gran cantidad de vasos utilizados en el ciclo de producción deben lavarse y secarse. El nivel limpio del área limpia, ya que el área de producción auxiliar generalmente requiere el nivel D, y la sala de secado no es una excepción. Después de limpiar en un entorno limpio, la deshumidificación y el secado de utensilios que contienen mucha humedad se ha convertido en un problema que tenemos que resolver. Utilizamos ejemplos para mostrar que el diseño razonable puede lograr efectos de ahorro de energía, secado y deshumidificante, que tiene cierta orientación teórica e importancia práctica de la aplicación para este trabajo.
0 Prefacio
La deshumidificación se divide principalmente en tres tipos: calentamiento y deshumidificación, enfriamiento y deshumidificación, y deshumidificación de adsorción desecante. En el pasado, el método más utilizado era calefacción, calentamiento, ventilación y deshumidificación. Sin embargo, en un entorno limpio, simplemente adoptando el método de entrega completa y calefacción y deshumidificación de la fila completa, el consumo de energía es grande, y la carga en el sistema de filtración limpia también es grande, por lo que diseñamos enfriamiento y deshumidificación 1. Método de deshumidificación integral de calefacción y deshumidificación de la circulación de aire limpio.
1 principio
En el diseño real, se agrega una pequeña cantidad de aire fresco para mantener la diferencia de presión del sistema en relación con el exterior de 12.5pa. En la sección de mezcla y el aire de retorno se mezclan, el efecto primario se filtra y el aire se enfría a la temperatura por debajo del punto de rocío mediante la sección de agua de enfriamiento de la superficie, lo que permite que el vapor de agua en el aire condense las intercepciones de deflectación de agua y Elimina el agua y luego el aire se calienta a más de 60 ° C a través de la sección de calentamiento. El aire se expande y la humedad en el volumen de la unidad se reduce para lograr el calentamiento y la deshumidificación. El filtro se envía a la sala de secado después de filtrar. Para garantizar la pérdida de temperatura mínima durante el proceso, el ventilador de purificación y deshumidificación debe estar lo más cerca posible de la sala de secado, y la tubería de suministro de aire debe estar aislada. El aire caliente seco absorbe la humedad en el recipiente en la sala de secado, la temperatura disminuye (aproximadamente 45 ° C) y la humedad aumenta, y se saca de la sala de secado a través de la tubería de aire de regreso, regresa a la sección de mezcla y Comienza el siguiente ciclo, para lograr el propósito de la deshumidificación.
Además, los sensores de temperatura y humedad se establecen en la entrada de aire y la salida de aire de retorno. El ventilador de escape se apaga cuando se enciende la máquina. El sistema está en el modo de operación de flujo de aire circulante. Después de un período de operación, a medida que aumenta la humedad en el recipiente de absorción de aire caliente, si el poder de enfriamiento y deshumidificación no es suficiente, el efecto si la humedad absoluta de la entrada de aire de retorno es mucho mayor que la humedad absoluta de la entrada de aire, Cierre la válvula de salida de aire, abra la válvula de escape y el ventilador de escape, y use el modo de escape directo para reemplazar rápidamente cuando la humedad del aire en el sistema sea alta, cuando la diferencia entre los dos no es grande, se cambia al modo de circulación. El principio se muestra en la Figura 1.
En uso real, incluso si el agua de enfriamiento no se enciende (como el enfriador no se enciende en invierno), el propósito de secar y deshumidificar los utensilios se puede lograr simplemente utilizando el método de calefacción y deshumidificación de circulación y fila seguida Modo alterno.
2 Cálculo de ejemplo de aplicación
2.1 Frecuencia de limpieza e intercambio de aire
Considere exhaustivamente la especificación de diseño de la sala limpia GB50073-2013, la especificación de diseño de plantas limpias de la industria farmacéutica Especificación de diseño de plantas limpias GB50457-2008, la versión 2013 de GMP y su guía de implementación, producción y limpieza del área auxiliar D. Los tiempos de ventilación de la sala limpia son 6 veces / h-20 / h-20 Times / h, ventilador El filtro de efecto principal es el tipo G4, el filtro de efecto intermedio es de tipo F y se selecciona el filtro de alta eficiencia de tipo H13 en la entrada de aire de la sala de secado. Cumple con los requisitos de la planta limpia médica. Se ha verificado que las partículas de polvo son <3520000 / m3, lo que cumple con los requisitos de la planta limpia.
2.2 Selección de volumen de aire del ventilador
Nuestra sala de secado tiene un área de 42m2, un volumen de 110m3 y un conducto de aire acondicionado de aproximadamente 120m3. Se utiliza un ventilador de volumen de aire de 2500 m3 / h. El número de cambios de aire alcanza 2500/120 = 20 veces / h, lo que cumple con el límite superior de diseño. El ventilador de escape utiliza un ventilador de volumen de aire de 2400 / h, lo que puede garantizar que el sistema mantenga una diferencia de presión de 12.5pa en relación con el mundo exterior.
2.3 potencia de calentamiento
2.3.1 metros cúbicos de contenido de agua a diferentes temperaturas, humedad y presión atmosférica (ver Tabla 1)
La diferencia de presión entre las habitaciones limpias es generalmente <50pa, la diferencia de presión entre la sala limpia y el exterior es generalmente <80pa, y la diferencia de presión entre el ventilador y el exterior es generalmente <500pa, lo que es casi insignificante en relación con la presión atmosférica de 0.1MPA, que es casi insignificante. Manejo de la situación.
2.3.2 Flujo de humedad en el aire
El sistema de purificación y secado puede ejecutarse durante un cierto período de tiempo. De acuerdo con las condiciones de preservación de calor del taller limpio, la temperatura máxima generalmente puede alcanzar los 60 ℃, y la humedad puede alcanzar el 80%. Busque la tabla 1. El contenido de agua del aire es de 103.7 g / m3, y el volumen de circulación es de aproximadamente 120m3 (más seco más volumen del conducto del ventilador), la calidad del agua es:
m = 103.7g / m3x120m3 = 12440g
Tiempos de ventilación conocidos n = 20 / h = 20/60 minutos = 1/3 min
El caudal máximo de humedad en el aire es s = mxn = 12440g / 3min = 414.6g / min
2.3.3 Se requiere calor por unidad de tiempo
Suponiendo que el viento fresco al aire libre es de 0 ° C en casos extremos al comienzo del modo de calentamiento del ciclo, se supone que la temperatura de la entrada de aire de retorno en el sistema es t1 = 0 ° C. Después de la calentamiento, la temperatura del Salida de aire T2 = 60 ° C y la capacidad de calor de agua C = 1cal / g ° C, Q = McΔt / T = ScΔT = 414.6g / minx1 / g ℃ x (60 ℃ -0 ℃) = 24876 Cal / min / min
2.3.4 potencia de calentamiento
Suponiendo que la potencia de calentamiento es P, la eficiencia de calentamiento n = 60%, el equivalente térmico: Q = 0.24cal / j = 0.24kcal / kWs = 0.24 × 60kcal / kwmin
Tabla 1 metros cúbicos de contenido de agua (G) bajo diferentes temperaturas, humedad y presión atmosférica q = 14.4 kcal / kwmin
Luego la salida de calor por unidad de tiempo q = potencia de calentamiento NQP
P = q / nq = 24.876kcal / min / (60% x14.4kcal / kwmin) = 28.8kw
Por lo tanto, elegimos 6KWX5 = 30kW Calentador ajustable con cinco engranajes.
2.4 Deshumidificación seca
2.4.1 Calefacción y deshumidificación simples
En el caso de calentamiento y deshumidificación simples, suponiendo que una temperatura al aire libre de 25 ° C y una humedad del 50%, la temperatura y la humedad del interior y fuera de la sala de secado son las mismas en el arranque inicial, y la fresca El aire está apagado. Después de un cierto período de tiempo T1, la temperatura en la sala de secado aumenta a 45 ° C y la humedad aumenta el 80%.
Se puede ver en la Tabla 1 que el contenido de agua en el aire es m1 = 11.4g / m3 y m2 = 52.2g / m3, respectivamente, y el volumen del sistema V = 120 m3 se reemplaza por una fila completa durante un tiempo de T2 = 60 minutos / 20 = 3min. Δm = (m2-m1) v = (52.2g / m3-11.4g / m3) x120g = 4896g
Después del reemplazo, la temperatura y la humedad en la sala de secado son las mismas que el exterior, y luego cambian al modo de calentamiento del ciclo para ingresar al siguiente ciclo.
Del mismo modo, cuando la temperatura exterior es de 25 ° C y la humedad es del 80%, la temperatura de calentamiento eventualmente alcanzará 45 ° C, y el agua se puede eliminar en cada ciclo como se muestra en la Tabla 2:
Con cada vez menos agua retirada cada vez a través de la circulación continua, la humedad en la sala de secado se vuelve cada vez más baja. De esta manera, la humedad en la sala de secado se puede reducir a menos del 20% para lograr el propósito de secar los utensilios.
2.4.2 Diseño razonable de temperatura de calefacción y aislamiento
Se puede ver en la Tabla 1 que aumenta la temperatura de retención de la sala de secado de hasta 60 ° C, absorbiendo la humedad en el recipiente, estableciendo el mismo tiempo para alcanzar el 80% de la humedad, la humedad en el aire es de 103.7 g / m3 y el La cantidad de agua descargada en un momento puede alcanzar (103.7g / m3 -11.4g / m3) x120 g = 11076g, que es más del doble de 4896 g a 45 ℃, y la eficiencia de deshumidificación es mayor. Se puede ver que el aislamiento de la sala de secado es muy importante.
Sin embargo, debido a que la temperatura del taller limpio alrededor de la sala de secado es generalmente de 20 ℃, si la temperatura ambiente de secado se establece demasiado alta, la diferencia de temperatura es demasiado grande, la disipación de calor también es grande, la pérdida de calor es grande, la requerida La potencia de calentamiento es demasiado grande, la temperatura de la sección de calefacción es demasiado alta, segura, el riesgo es demasiado grande, por lo que es mejor establecer la temperatura del ciclo de preservación de calor en 45 ℃ -60 ℃. Por lo general, se establece en 45 ° C en invierno y 60 ° C en verano.
De la Tabla 1, se puede ver que incluso cuando la humedad máxima alcanza el 100% y la temperatura exterior es de 15 ° C, el contenido de humedad máximo en la atmósfera es M1 = 12.7g / m3. El ciclo de calentamiento es de 45 ° C, la humedad es del 20% después del desplazamiento y descarga múltiples, el contenido de humedad en el aire es m2 = 13.0g / m3, m2> m1, lo que indica que la humedad final se puede lograr mediante calentamiento puro y deshumidificación en este momento. .
2.5 secado y deshumidificación integrales
2.5.1 Razones para secado y deshumidificación integrales
En condiciones extremas en verano, cuando la temperatura exterior es superior a 35 ° C y la humedad es del 100%, se puede ver en la Tabla 1 que el contenido de humedad en el aire será> 40 g / m3. Si se descarga solo calentando, correspondiente al contenido de humedad de 40 g / m3, la temperatura de circulación en la sala de secado es de 45 ℃, y la humedad es> 60%; La temperatura de circulación es de 50 ℃, la humedad es cercana al 50%; 55 ℃, la humedad es cercana al 40%; Incluso si la temperatura alcanza 60 la humedad en ℃ también excede el 30%, en este momento es difícil lograr el propósito de secar.
Por lo tanto, en condiciones extremas en verano, al reemplazar el aire al aire libre, el aire al aire libre de alta temperatura y alta humedad debe enfriarse y deshumidificarse primero para reducir el contenido de humedad del aire de 40 g / m3 a 15 g / m3-20g / m3 y Retire hasta 25 g / m3. Humedad, y luego calentamiento y ciclismo a 5055 ℃ -55 ℃, la humedad final se puede controlar por debajo del 20% para lograr el propósito de secar.
2.5.2 Cálculo de la capacidad de enfriamiento del enfriador de superficie
Según el anterior, el volumen de maquillaje de aire fresco V = 2500m3 / h, el contenido de agua de aire fresco M = 40 g / m3, el volumen de agua de tratamiento de tiempo de la unidad M = MV, = 2500m3 / hx40 g / m3 = 100 kg / h
En el proceso, es necesario reducir el aire fresco de 35 ℃ a 10 ℃, y la diferencia de temperatura ΔT = 25 ℃
Capacidad de calor de agua C = 1cal / g ℃,
Capacidad de enfriamiento requerida q = mcΔt = 100kg / hx1cal / g ℃ x25 ℃ = 2500kcal / h
Si la eficiencia de intercambio del enfriador de la superficie es del 50%, el requisito de capacidad de enfriamiento debe ser de 5000 kcal / h.
3 control del programa
El funcionamiento del sistema de deshumidificación y secado limpio implica aire fresco, interruptor de válvula de aire de retorno, recolección de temperatura y humedad, contenido de humedad en el aire, cálculo de los parámetros de tiempo y control de comparación, calefacción, refrigeración, ventilador sin protección del viento, protección de sobrecalentamiento, diversas operaciones El control de conmutación de modo, por lo que elegimos el controlador de programación Siemens S7-200PLC, y conectado al sistema de monitoreo central a través de la red, puede lograr un control dual del monitoreo en línea y remoto.
Referencias:
[1] Centro de certificación y gestión de medicamentos de la Administración Estatal de Alimentos y Medicamentos; Guía GMP de drogas Instalaciones y equipos de plantas [M]. Beijing: China Medical Science and Technology Press, 2011.8
[2] Orden No. 79 del Ministerio de Salud de la República Popular de China. Regulaciones sobre la gestión de calidad de la producción farmacéutica (revisión de 2010) [EB]. Beijing: Ministerio de Salud, 2011.1
[3] Liu Xianzhe, Cai Zhiming; Diseño, construcción y puesta en marcha de taller seco y limpio; Tecnología de limpieza y aire acondicionado [J]; 1997.3.
[4] Wang Jun; Experiencia del diseño de aire acondicionado y ventilación en taller limpio de fábrica farmacéutica; construcción de ventilación de energía térmica y aire acondicionado [j]; 1998.2.
[5] Xu Li; Diseño y gestión de taller limpio durante la implementación de GMP; Ingeniería química y biológica [J]; 2003.4.
[6] Chen Guangjian; Diseño GMP del taller limpio de fábrica farmacéutica desde la perspectiva de la teoría de la gestión de la producción; Diseño de ingeniería farmacéutica [J]; 2001.1.
[7] Wan Bin; Cai Zhihui, Zhan Yanmin; Transformación de control de ahorro de energía de aire acondicionado del taller de limpieza GMP; [J] Tecnología de ingeniería eléctrica; 2009.12.