【案例】生物制藥車間壓縮空氣干燥機(jī)選型探討--中山凌宇
生產(chǎn)技術(shù)
GMP生產(chǎn)車間對(duì)壓縮空氣的需求不僅僅局限于量的滿足,,對(duì)其品質(zhì)也提出了較高的要求,。但空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后成為飽和濕空氣,會(huì)產(chǎn)生很多凝結(jié)水,,大量水分不僅使管道銹蝕,、壓降增加,而且還會(huì)導(dǎo)致使用設(shè)備故障頻發(fā),、控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作失靈等現(xiàn)象發(fā)生,。所以,干燥處理是壓縮空氣投用前的必經(jīng)環(huán)節(jié),。作為壓縮空氣干燥處理設(shè)備,,干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)及干燥方式直接決定著干燥效果、工藝參數(shù)的穩(wěn)定和設(shè)備的運(yùn)行能耗,。
目前空氣干燥領(lǐng)域應(yīng)用最為成熟的干燥技術(shù)為吸附式干燥技術(shù),,屬于固體除濕法,,利用吸附劑有選擇性吸附某些分子的特性,吸附壓縮空氣中的水分,,以使壓縮空氣達(dá)到干燥的目的,。所采用的吸濕劑有硅膠、鋁膠和分子篩,。這些物質(zhì)本身具有大量孔隙,,能產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象,而且材料表面上的水蒸氣分壓力低于周圍空氣中的水蒸氣分壓,,在這個(gè)分壓力差的作用下,,壓縮空氣中的水蒸氣被吸附。吸附了足夠多量水蒸氣的吸濕劑必須進(jìn)行脫濕處理——即所謂“再生”,,材料才能再次獲得吸附活性,。吸附式干燥技術(shù)主要有雙塔吸附干燥和新興的模塊單元吸附式干燥兩種類型。
雙塔吸附干燥技術(shù)的應(yīng)用及其缺陷
目前市場(chǎng)上應(yīng)用較為廣泛的雙塔吸附式干燥機(jī)主要由兩個(gè)吸附塔組成,。工作的時(shí),,一個(gè)塔吸附、另一個(gè)塔進(jìn)行再生,,利用閥門控制,,兩塔循環(huán)交替吸附工作。按再生方法,,吸附式干燥器可分為加熱再生式及無熱再生(變壓吸附)兩種基本類型,,后者在目前大為流行。吸附式干燥機(jī)是發(fā)展較為成熟的壓縮空氣干燥設(shè)備,,運(yùn)行中不需要水冷卻,,具有價(jià)格低廉,維修技術(shù)簡單,、流程簡潔,、工作可靠等特點(diǎn),。
吸附式干燥機(jī)的最大局限性似乎在于運(yùn)行費(fèi)用較高,。這對(duì)極大部分不需極端干燥氣源的用戶來說尤其如此,即使以比較節(jié)能的無熱再生式而言,,用于再生的干燥空氣量占整個(gè)處理氣量的15%左右,,直接減少了系統(tǒng)對(duì)有效風(fēng)量的供給。因此在選擇配套空氣壓縮機(jī)時(shí),,必須留有足夠的排氣量,,增加了投資及能源消耗。且吸附式干燥機(jī)對(duì)吸入空氣的含油量及液態(tài)水分極為敏感,,原則上要求同無油潤滑空壓機(jī)配套,,若使用有油潤滑空壓機(jī),,則必須在吸氣前進(jìn)行完善的前置預(yù)處理,以避免油霧,、水滴對(duì)吸濕劑表面的污染,。
此外,吸附式干燥器工作時(shí),,雙塔處理頻繁切換狀態(tài),,控制閥件容易疲勞損壞,變壓吸附作用使吸濕劑表面頻頻擠壓摩擦,,易產(chǎn)生粉塵脫落,,給成品氣造成“二次污染”。
除此之外,,雙塔吸附式干燥機(jī)還存在以下幾方面的不足:
1. 根據(jù)處理氣體的流量不同,,所需要的塔罐體積也不同,因此其制造和安裝不利于產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化管理,。
2.吸附塔體積較大,,所需填裝的分子篩數(shù)量也多,耗材成本高,。壓縮空氣通過時(shí)容易產(chǎn)生氣流短路現(xiàn)象,,分子篩的利用率低,干燥效果差,,所需要的再生耗氣量也比較大,,造成了生產(chǎn)成本高,節(jié)能環(huán)保性差,。
3.雙塔式吸干機(jī)始終只有一個(gè)塔罐在工作,,故其出口壓縮空氣含水量極為不穩(wěn)定(露點(diǎn)不穩(wěn)定)。
4.雙塔式吸干機(jī)體積龐大,,一般機(jī)型高度在2.5m到4m左右,,所需的安裝場(chǎng)所要求高,而且拆裝,、運(yùn)輸?shù)葮O為不便,。且耗氣量也非常大, 空壓機(jī)頻繁啟動(dòng),,電能消耗高,,使用成本極高。
5.雙塔式干燥機(jī)的吸附塔屬于壓力容器,,需每年進(jìn)行年檢,,年檢費(fèi)用增加了使用成本。
模塊單元式干燥機(jī)工作原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì)
發(fā)展歷史悠遠(yuǎn)和使用經(jīng)驗(yàn)成熟,,使雙塔吸附式干燥機(jī)直到目前在我國還大為流行,。但在國外一般除工藝必需以外,,盡量選擇用模塊單元式干燥機(jī)代替吸附式干燥機(jī)。模塊單元吸附式干燥技術(shù)有效避免了雙塔吸附干燥技術(shù)運(yùn)行能耗高的缺點(diǎn),,因具備高效,、節(jié)能、經(jīng)濟(jì),、環(huán)保的技術(shù)特點(diǎn)而廣受歡迎,。
模塊單元吸附式干燥機(jī)的主要特點(diǎn)在于其采用了化整為零的分散式吸附單元。 其核心定義為:由多個(gè)管道腔體組成的吸附單元,,可以根據(jù)需要處理量的大小對(duì)吸附單元的管道腔體進(jìn)行增加或者減少來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組容量的調(diào)節(jié),,從而實(shí)現(xiàn)模塊化。在吸附過程中,,由于吸附單元由若干管道腔體組成,,相當(dāng)于若干個(gè)小吸附塔在同時(shí)進(jìn)行吸附,使得壓縮空氣露點(diǎn)能夠維持穩(wěn)定,。而且這種結(jié)構(gòu)成倍地增加了吸附劑和壓縮空氣接觸的表面積,,從而在保證處理效果卻線性增加的同時(shí),減少所需要填充的分子篩量,,再生耗氣量大大減少,。
選型
基于上述比對(duì),二車間改造項(xiàng)目機(jī)電安裝干燥機(jī)選用模塊單元吸附式干燥機(jī),,實(shí)現(xiàn)高效率,、低能耗和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等多個(gè)方面多重效能的提高,具體包含以下幾個(gè)方面的技術(shù)優(yōu)化和性能提升:
1.由鋁合金制造而成,,可完全避免腐蝕,。
2.結(jié)構(gòu)精簡、無復(fù)雜管路,,干燥機(jī)前后壓降小,。
3.采用了分散式的吸附單元結(jié)構(gòu),使得每個(gè)吸附腔體體積小于25L,,可以增加有效吸附面積,、避免隧道效應(yīng),同時(shí)又不屬于壓力容器范疇,,無需年檢,。
4.模塊單元式的體積和重量不到雙塔的一半,便于運(yùn)輸和安裝,。可安裝在狹窄的空間,,空間需求較小,,節(jié)省空間,。
5.吸附劑用量少,加之精巧的模塊單元式設(shè)計(jì)可大幅延長吸附劑的更換周期,,材料消耗成本低,。
6.環(huán)保節(jié)能,再生耗氣量小,。所填裝的分子篩不到雙塔干燥機(jī)的一半,,模塊單元式所使用的再生耗氣量約為雙塔的1/3,運(yùn)行成本較低,,節(jié)能效果好,。
7.模塊單元式干燥機(jī)使用可視化控制,友好人機(jī)界面,,內(nèi)部采用PLC,、真彩觸摸屏控制,便于設(shè)備人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),,操作簡單易懂,。
8.模塊單元式干燥機(jī)設(shè)計(jì)精巧,模塊單元化的設(shè)計(jì)使得維修簡單方便,,維修費(fèi)用大幅降低,。
結(jié)語
隨著對(duì)節(jié)能環(huán)保要求的提高和科技的進(jìn)步,新型的模塊單元式干燥機(jī)取代傳統(tǒng)的雙塔吸附式干燥機(jī)將成為必然趨勢(shì),。通過對(duì)比雙塔吸附式干燥機(jī)和模塊單元式干燥機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和效能,,從實(shí)際生產(chǎn)工藝及設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化需求角度出發(fā),綜合考慮設(shè)備技術(shù)先進(jìn)性和環(huán)保節(jié)能性以及檢修安裝便利性,,二車間改造項(xiàng)目壓縮空氣干燥機(jī)選用模塊單元式干燥機(jī),,符合工藝、安裝空間及檢修難易程度要求,,可在保證設(shè)備效能和可靠性,、先進(jìn)性的同時(shí),降低能源損耗和運(yùn)行成本,,從而增加設(shè)備運(yùn)行效益,。
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