大型氯化鈉原料藥生產(chǎn)廠房冷風(fēng)系統(tǒng)除濕改造

王啟龍,莊璐瑤,胡 洪，艾隆英，陳璐瑤，李穎玲

(1.中鹽云虹湖北制藥股份有限公司，湖北 孝感 432500；2.華中科技大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

1 前言

藥用氯化鈉是醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)使用量較大的一種原料藥，屬鹽深加工產(chǎn)品，其售價(jià)遠(yuǎn)高于精制鹽，藥用氯化鈉主要用于生產(chǎn)氯化鈉制劑。氯化鈉制劑主要分四類: 生理氯化鈉溶液、氯化鈉注射液、濃氯化鈉注射液、復(fù)方氯化鈉注射液等。藥用氯化鈉在臨床特別是大輸液市場(chǎng)的應(yīng)用十分廣泛[1]。在潮濕多雨的天氣里，濕度相對(duì)較大，鹽晶體表面會(huì)交替產(chǎn)生放濕和吸濕過程，使得鹽粒之間較弱的結(jié)合力逐漸加強(qiáng)，因此鹽一遇到潮濕的空氣就很容易受潮而結(jié)塊或潮解[2]。目前防止鹽結(jié)塊的常見方法是添加抗結(jié)劑，如亞鐵氰化鉀。但是抗結(jié)劑的主要作用是抑制氯化鈉晶體的生長(zhǎng)，以避免鹽晶體結(jié)塊，此方法并不能阻止氯化鈉鹽晶體吸濕變潮[3]。在進(jìn)入分裝廠包裝之前，往鹽里加入適量松散劑能夠有效防止鹽因返潮而結(jié)塊，但是，這種方法在制藥行業(yè)的相關(guān)規(guī)定下已經(jīng)被禁止，因此有必要從制備流程中尋找合適的防潮方法。

技術(shù)改造通過改變新風(fēng)溫度及相對(duì)濕度，避免氯化鈉晶體吸濕，從而切斷鹽晶體的“吸濕一放濕”交替過程，從源頭上解決原料藥氯化鈉的受潮結(jié)塊問題。

2 工程概況

該項(xiàng)目為中鹽云虹湖北制藥股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“公司”)醫(yī)用原料藥(氯化鈉)生產(chǎn)廠房，公司位于湖北省級(jí)開發(fā)區(qū)—云夢(mèng)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，當(dāng)?shù)叵募酒骄帐彝飧汕驕囟葹?5 ℃，相對(duì)濕度80%。工程針對(duì)風(fēng)量為4 000 m3/h的流動(dòng)沸騰床冷風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行除濕改造。

3 沸騰床冷風(fēng)系統(tǒng)改造方案

3.1 改造需求及難點(diǎn)

圖1和圖2分別為改造前系統(tǒng)示意圖和風(fēng)道實(shí)物圖。如圖1所示，新風(fēng)入口設(shè)置于室外搭建的玻璃板房中，新風(fēng)經(jīng)過三級(jí)過濾器后由離心風(fēng)機(jī)分兩路輸送，一路經(jīng)過板式換熱器與高溫蒸汽換熱，然后進(jìn)入沸騰床熱風(fēng)端；另一路直接進(jìn)入沸騰床冷風(fēng)端。出沸騰床的氣體經(jīng)過旋風(fēng)除塵器及濕式除塵器后排放到環(huán)境中。

圖1 改造前流動(dòng)沸騰床風(fēng)道系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of flow fluidized bed air duct system before transformation

圖2 改造前系統(tǒng)室外新風(fēng)進(jìn)風(fēng)室和風(fēng)道Fig.2 Outdoor fresh air inlet chamer and air duct of the system before transformation

公司內(nèi)流動(dòng)沸騰床24 h運(yùn)行不停機(jī)，為避免制備的氯化鈉原料藥發(fā)生吸濕，進(jìn)入沸騰床的冷風(fēng)溫度要求達(dá)到25 ℃±5 ℃，相對(duì)濕度達(dá)到50%±10%，相對(duì)來說，冬季的溫濕度控制相對(duì)容易，而夏季熱風(fēng)相對(duì)濕度大，除濕比較復(fù)雜，進(jìn)入系統(tǒng)的新風(fēng)溫濕度受到所處地域環(huán)境擾動(dòng)較大。

3.2 改造方案及設(shè)計(jì)計(jì)算

針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行要求，文章采取降溫除濕的技術(shù)方案對(duì)流動(dòng)沸騰床的冷風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。圖3為改造后系統(tǒng)示意圖，新風(fēng)入口放置于恒溫恒濕室中，以避免受到室外環(huán)境溫濕度變化的影響。恒溫恒濕室溫濕度變化如圖4所示，維持相對(duì)恒定溫度為37.3 ℃±5 ℃，相對(duì)濕度為39.3±5%。

圖3 改造后流動(dòng)沸騰床風(fēng)道系統(tǒng)示意圖Fig.3 Schematic diagram of flow fluidized bed air duct system after transformation

圖4 改造后新風(fēng)溫濕度變化Fig.4 Temperature and humidity change of fresh air after transformation

根據(jù)系統(tǒng)要求，冷風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量取4 000 m3/h，24 h運(yùn)行不停機(jī)。

新風(fēng)氣體含濕量計(jì)算式如下：

d=0.622×φ×Ps/(P-φPs)

(1)

式中:φ——相對(duì)濕度RH，Ps——水蒸氣分壓力，P——大氣壓力。

新風(fēng)氣體的焓值計(jì)算式如下：

h=1.01T+0.001×d×(2 501+1.84T)

(2)

式中：T——空氣干球溫度，d——含濕量。

新風(fēng)冷負(fù)荷計(jì)算由初始狀態(tài)點(diǎn)至降溫除濕后狀態(tài)點(diǎn)之間的焓差得到，計(jì)算式如下：

Q冷=(h1-h2)×qm

(3)

式中：Q冷——冷負(fù)荷，h1——初始狀態(tài)點(diǎn)新風(fēng)空氣的焓值，h2——冷風(fēng)要求達(dá)到的空氣狀態(tài)的焓值，qm——冷風(fēng)的質(zhì)量流量。

根據(jù)公式(1)～公式(3)計(jì)算得到新風(fēng)冷負(fù)荷為72.8 kW, 濕負(fù)荷為66.48 kg/h。選用NAISIDA納斯達(dá)AY-D4000E-ZH型號(hào)的轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)，額定風(fēng)量為4 000 m3/h, 額定制冷量為104 kW，如圖5所示。

圖5 低溫除濕機(jī)組實(shí)物圖Fig.5 Physical drawing of low temperature dehumidification unit

4 運(yùn)行效果

4.1 冷風(fēng)溫度及濕度控制情況分析

對(duì)比了流動(dòng)沸騰床冷風(fēng)系統(tǒng)改造前后的運(yùn)行情況，如圖6所示，分別為改造前和改造后30 d內(nèi)冷風(fēng)溫度及相對(duì)濕度的變化情況。

圖6 流動(dòng)沸騰床冷風(fēng)系統(tǒng)冷風(fēng)改造結(jié)果比較Fig.6 Comparison of transformation results of flow fluidized bed cooling air system

從圖6可以看出,改造后冷風(fēng)溫度有所降低，相對(duì)濕度大幅度降低。進(jìn)入沸騰床的冷風(fēng)溫度達(dá)到25 ℃±5 ℃，相對(duì)濕度達(dá)到50%±10%，從圖6可以得到改造后的溫度均值由改造前28.29 ℃降低到25.67 ℃，降低了9.26%；冷風(fēng)相對(duì)濕度由改造前的94.6%降低到55.2%，降低了41.65%。據(jù)《中國(guó)藥典》2020版二部中規(guī)定，藥品經(jīng)營(yíng)企業(yè)各類藥品儲(chǔ)存庫(kù)均應(yīng)保持恒溫。對(duì)每種藥品，應(yīng)根據(jù)藥品標(biāo)示的貯藏條件要求，分別儲(chǔ)存于冷庫(kù)(2 ℃～10 ℃)、陰涼庫(kù)(20 ℃以下)或常溫庫(kù)(0 ℃～30 ℃)內(nèi)，各庫(kù)房的相對(duì)濕度均應(yīng)保持在45%～75%之間[4]，改造后的流動(dòng)床冷風(fēng)系統(tǒng)冷風(fēng)溫濕度滿足了氯化鈉原料藥的需求。

4.2 氯化鈉原料藥水分檢測(cè)情況分析

為了對(duì)比改造前后氯化鈉原料藥的含水量，分別取流動(dòng)沸騰床冷風(fēng)系統(tǒng)改造前后氯化鈉原料藥水分干燥與內(nèi)包30 d的含水量平均值進(jìn)行比較，結(jié)果見圖7。

圖7 氯化鈉原料藥水分檢測(cè)改造結(jié)果比較Fig.7 Comparison of transformation results of water content detection of sodium chloride raw materials

從圖7可以看出，改造后，氯化鈉原料藥干燥和內(nèi)包的含水量均大幅度降低，干燥的氯化鈉原料藥的含水量從改造前0.075%降到0.061 9%，降低了17.5%，內(nèi)包的氯化鈉原料藥從0.077 6%降到0.061 4%，降低了20.9%，據(jù)《中國(guó)藥典》2020版二部中規(guī)定，藥用氯化鈉為氯化鈉含量大于99.5%，無色、透明的立方形結(jié)晶或白色結(jié)晶性粉末[4]，可知，改造后的冷風(fēng)系統(tǒng)降低了氯化鈉原料藥的含水量，滿足對(duì)原料藥含水量的要求。

4.3 氯化鈉原料藥產(chǎn)品質(zhì)量分析

改造后的沸騰床冷風(fēng)系統(tǒng)降低了藥用氯化鈉的含水量，如圖8所示，隨著粉體水分增加，粉體流動(dòng)性的降低速率逐漸加快，從極度緩慢降低再緩慢降低到最后快速降低。粉體干燥時(shí)，顆粒之間的靜電相互作用導(dǎo)致顆粒彼此吸引并結(jié)合；粉體含水量低時(shí)，水分子被吸附在顆粒表面上，并且吸附水對(duì)粉體流動(dòng)性幾乎沒有影響；粉體含水量高時(shí)，吸附水周圍會(huì)形成一層薄膜水，并且對(duì)顆粒之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)具有很大的影響；含水量超過最大分子結(jié)合水時(shí)，粉體流動(dòng)性將迅速惡化并且整體流動(dòng)性喪失[5]。改造后的沸騰床冷風(fēng)系統(tǒng)干燥的氯化鈉原料藥含水量從0.075%降低到0.060 9%，降低了18.8%，內(nèi)包含水量從0.077 6%降低到0.061 4%，降低了20.9%，在氯化鈉原料藥粒徑不變情況下，含水量降低，增強(qiáng)了藥用氯化鈉的粉體流動(dòng)性，提高了藥用氯化鈉的產(chǎn)品質(zhì)量。

圖8 粉體流動(dòng)性Fig.8 Powder fluidity

5 總結(jié)

針對(duì)氯化鈉生產(chǎn)和儲(chǔ)存過程中對(duì)環(huán)境的溫濕度的較高要求，對(duì)該廠房沸騰床冷風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，降低了冷風(fēng)的溫度和濕度，降低了原料藥氯化鈉的含水量，增強(qiáng)了原料藥氯化鈉的流動(dòng)性，提高了原料藥氯化鈉的質(zhì)量。主要采取降溫除濕的技術(shù)方案是對(duì)流動(dòng)沸騰床的冷風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，將新風(fēng)入口放置于恒溫恒濕室中，以避免受到室外環(huán)境溫濕度變化的影響。

改造后的沸騰床冷風(fēng)系統(tǒng)在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益方面取得了顯著的效果：

1)冷風(fēng)溫度降低到25.67 ℃，降低了9.26%，相對(duì)濕度降低到55.2%，降低了41.65%，進(jìn)入沸騰床的冷風(fēng)溫度達(dá)到0 ℃～30 ℃，相對(duì)濕度達(dá)到45%～75%；

2)氯化鈉原料藥干燥的含水率達(dá)到0.060 9%，內(nèi)包的含水量達(dá)到0.061 4%，相較于原系統(tǒng)的產(chǎn)品，分別降低了18.8%和20.9%。含水率的降低增強(qiáng)了氯化鈉原料藥的流動(dòng)性，提高了氯化鈉原料藥的產(chǎn)品質(zhì)量。