软胶囊烘干用转轮除湿机的选型设计
无锡市联众控湿马海青
一、概述：目前软胶囊烘干技术有以下几种：①转笼式烘干、②履带式烘干③静态的托盘烘干。由于静态托盘烘干技术有着保证软胶囊表面光泽度好、无破损率等优点，经过四五年的实践经验比较采用静态托盘烘干技术是一种趋势。因为物料的烘干只与空气的温度、湿度、风速、自身的挥发率这四要素相关。由于软胶囊的自身因素，烘干温度不能过高，所以为了提高生产效率，就只好在降低空气湿度、增大干燥室内之换气次数方面想办法。为保证软胶囊干燥室内的温度、湿度、洁净度、大的换气次数，且符合GMP标准，就必须创造一种人工环境来满足以上四个参数的要求。目前国内的净化空调厂家，在保证干燥室内温度、洁净度、大的送风量方面没有任何难题，难就难在低制这方面。把湿度控制在50~70%，在夏季只靠空调就可解决，而软胶囊的最佳烘干湿度是20~30%，一般空调及压缩式制冷除湿机（属于物理机械除湿法）根本无法达到此湿度求，达到此要求就必须借助化学除湿法。目前普遍采用的化学除湿法就是氯化锂/硅胶/分子筛转轮除湿机。由于氯化锂具有很强的腐蚀性、易溶于水性、使用寿命短等缺点，在国外已被淘汰；而国内现于多种方面原因，有些单位还在采用。硅胶(SilicaGel)的繁体中文为矽膠二字，矽字为化学元素硅的旧名，而不是有的销售厂家在宣称的其特有的矽胶。硅胶除湿转轮在国内的发展也趋于缓慢，至今还不成熟，极易脱落，吸湿剂只是涂在纤维纸的表面，其吸湿效率不到国际成熟产品的20%。进口的硅胶转轮成熟产品在保证进风参数为27-30℃前提下，其单位除湿量为6g/kg干空气左右，而国产的只有2g/kg干空气以下的单位除湿量。分子筛除湿转轮适用于对空气湿度通常要求1%-10%的极低的场合，如手机锂电池制造、特种塑料行业等。由于分子筛除湿转轮的再生温度一般在160℃以上，耗能大，价格高，所以在一般制药企业不宜采用。二、软胶囊烘干房的设计实例：面积60m，高度2.6m；容纳软胶囊350kg左右；干燥时间35-40小时；洁净度10万级；房间温度要求18-25℃，湿度要求20%-30%；用户所在地夏季室外计算干球温度35℃，湿球温度28℃；送风方式采用上送下回；工作人员最多4名；无其它湿源。三、除湿机的选型：⑴确定干燥室送风量：按照《空气调节设计手册》之空气净化和洁净室的相关章节，洁净度10万级时，房间换气次数按不小于15次/小时进行设计，本实例按照换气次数20次/小时进行设计。送风量L=20V=20×60×2.6m3/h=3120m3/h。也有用户为了提高干燥效率，把换气次数提高至30次/小时的。⑵计算干燥室的散湿量：查取《空气调节设计手册》得知，在室温22℃时，轻劳动强度，成人的散湿量为150g/h，室内最多有4人工作，即房间内人体散湿量最大为600g/h。因为由于软胶囊的品种不同，其自身挥发率也有所不同，其散湿量实为变值，故本实例以在夏季不放胶时为前提而设计的。软胶囊生产厂家应该由做实验得出自家产品在哪一种温湿度条件下干燥效果比较快且效果好，以最终确定送风之单位除湿量。⑶确定送风的温湿度：因为房间无热源、也无除4名工作人员之外的其他湿源，取室内要求的中间值作为最终设计目标，即按温度22℃，湿度25%设计。考虑到送风机5℃的温升，查取相关手册，取送风温度为17℃比较恰当。扣除人体每小时散湿量，送风的含湿量应不大于3.8g/kg干空气。⑷确定新风量：根据《空气调节设计手册》，确定洁净室的新风量应取以下三个条件的最大值：①保证房间正压；②保证工作人员平均每人每小时的平均吸氧量不小于45个立方米；③取总送风量的10%。在夏季，软胶囊干燥时，应尽量减少新风量，因为新风中含有太多的水分。为避免室外湿负荷向室内的渗透，应该保证干燥室内正压。当补充新风量是房间的换气次数的1~2倍时，室内相对室外即可保持5~10Pa的正压差。针对本实例，我们取补充新风量为300m3/h。⑸除湿机的选型：用一般空调压缩机的冷冻除湿法只能把空气露点温度降至10℃，而此软胶囊干燥室内的露点温度要求达到1℃以下，故用一般冷冻除湿法根本无法达到生产工艺要求。而采用空调制冷加转轮除湿机之组合机的方法可以轻易使空气露点温度降至-40℃。⑹空调用制冷方式的选型：水冷型制冷机适用于1000平方米以上的大房间或者说大系统，性价比较高；而针对200平方米以下的小房间来讲，风冷型管道机有着较多优势，如操作简单、维护方便、无需水源等等优势。此实例之干燥室选用风冷型管道机比较合适。⑺转轮除湿机再生方式的选型：目前转轮除湿机的再生方式有两种即电加热和蒸汽加热。蒸汽加热的表压力须不小于4kgf/cm2。选用蒸汽加热再生方式时，最好选配耐高温电磁阀，这样不但可以实现自控来节约能源，而且可延长除湿转轮的使用寿命。当除湿干燥轮的实际处理风量小于2000m3/h时，选用电加热的再生方式比较省力简单。⑻除湿转轮前制冷机的选型：新风300m3/h与回风2820m3/h混合后的空气温度为23℃，空气含湿量为5.8g/kg干空气。当确保空气含湿量不变的前提下，进除湿转轮的空气温度越低，除湿转轮的除湿效果越好。我们把此混合后的空气降至10℃后再送入除湿转轮就是基于这个原理。按有关热工公式计算，前制冷机需要制冷量13.52KW，从而选择制冷机。⑼除湿干燥轮的选型：查取美国U.S.ROTORS.公司除湿机的技术手册，当进风空气温度为10℃，空气含湿量为5.8g/kg干空气时，经过规格φ770×200的硅胶转轮处理后，出风的空气含湿量为1.2g/kg干空气，其远远低于送风之含湿量3.8g/kg干空气的要求，此规格除湿转轮偏大。为节约能源和初投资，我们适当选小一号的如φ550×200的除湿转轮进行校核计算。φ550×200的额定处理风量为1500m3/h，所以另1620m3/h的空气需要旁通。它们混合后的空气含湿量为3.5g/kg干空气，接近送风含湿量3.8g/kg干空气的要求，故选用此型号除湿转轮。⑽除湿转轮后制冷机的选型：除湿转轮后的空气温度为23℃，含湿量为3.5g/kg干空气，送风温度为17℃，按有关热工公式计算工，需要制冷量7.28KW，从而选择制冷机。⑾过滤器的选型：根据工程实际情况，选用初效和中效过滤器。⑿风机的选型：计算各个过滤器、前后制冷机蒸发器、除湿转轮、送回风管道、高效送风口等的阻力总和不小于1200Pa，查看4-72-3.6A送风机性能曲线图，当送风量为3120m3/h时，其全压为1500Pa，系统总余压300Pa偏小。为确保其送风量、增大风压、提高软胶囊的干燥效率，再串联一台低噪音全压500Pa的空调风机。⒀控制的选型：经过对传统继电接触式控制、单片机控制、PLC控制的多年实际经验的比较，认定转轮除湿机采用PLC控制最好。它有以下几大优点：①可靠性高、抗干扰能力强；②可实现电控、电仪、电结的三电一体化；③编程简单、使用方便、控制程序可变、具有很好的柔性一；④体积小、重量轻、功耗低。为实现远程监控，也可加选触摸屏或者PC微机控制。四、结语：经过以上十三步的计算、考虑，一台量体裁衣式的软胶囊烘干用除湿空调净化一体机组选型完毕。一体机组的外壳应采用保温板，目前各个生产厂家普遍采用50mm原的夹芯板，保温层有聚乙烯发泡和聚安酯发泡两种。其中聚安酯发泡的可以耐高温，不过其价格是聚乙烯发泡的两倍。具体空气处理流程可参阅附图。
参考资料：电子工业部第十设计研究院主编《空气调节设计手册》；无锡市联众控湿《转轮除湿机技术手册》等。
附：除湿空调净化一体机空气处理流程图
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