大型氯化钠原料药生产厂房冷风系统除湿改造

王启龙,庄璐瑶,胡 洪，艾隆英，陈璐瑶，李颖玲

(1.中盐云虹湖北制药股份有限公司，湖北 孝感 432500；2.华中科技大学 能源与动力工程学院，湖北 武汉 430074)

1 前言

药用氯化钠是医疗卫生行业使用量较大的一种原料药，属盐深加工产品，其售价远高于精制盐，药用氯化钠主要用于生产氯化钠制剂。氯化钠制剂主要分四类: 生理氯化钠溶液、氯化钠注射液、浓氯化钠注射液、复方氯化钠注射液等。药用氯化钠在临床特别是大输液市场的应用十分广泛[1]。在潮湿多雨的天气里，湿度相对较大，盐晶体表面会交替产生放湿和吸湿过程，使得盐粒之间较弱的结合力逐渐加强，因此盐一遇到潮湿的空气就很容易受潮而结块或潮解[2]。目前防止盐结块的常见方法是添加抗结剂，如亚铁氰化钾。但是抗结剂的主要作用是抑制氯化钠晶体的生长，以避免盐晶体结块，此方法并不能阻止氯化钠盐晶体吸湿变潮[3]。在进入分装厂包装之前，往盐里加入适量松散剂能够有效防止盐因返潮而结块，但是，这种方法在制药行业的相关规定下已经被禁止，因此有必要从制备流程中寻找合适的防潮方法。

技术改造通过改变新风温度及相对湿度，避免氯化钠晶体吸湿，从而切断盐晶体的“吸湿一放湿”交替过程，从源头上解决原料药氯化钠的受潮结块问题。

2 工程概况

该项目为中盐云虹湖北制药股份有限公司(以下简称“公司”)医用原料药(氯化钠)生产厂房，公司位于湖北省级开发区—云梦经济开发区，当地夏季平均日室外干球温度为35 ℃，相对湿度80%。工程针对风量为4 000 m3/h的流动沸腾床冷风系统进行除湿改造。

3 沸腾床冷风系统改造方案

3.1 改造需求及难点

图1和图2分别为改造前系统示意图和风道实物图。如图1所示，新风入口设置于室外搭建的玻璃板房中，新风经过三级过滤器后由离心风机分两路输送，一路经过板式换热器与高温蒸汽换热，然后进入沸腾床热风端；另一路直接进入沸腾床冷风端。出沸腾床的气体经过旋风除尘器及湿式除尘器后排放到环境中。

图1 改造前流动沸腾床风道系统示意图Fig.1 Schematic diagram of flow fluidized bed air duct system before transformation

图2 改造前系统室外新风进风室和风道Fig.2 Outdoor fresh air inlet chamer and air duct of the system before transformation

公司内流动沸腾床24 h运行不停机，为避免制备的氯化钠原料药发生吸湿，进入沸腾床的冷风温度要求达到25 ℃±5 ℃，相对湿度达到50%±10%，相对来说，冬季的温湿度控制相对容易，而夏季热风相对湿度大，除湿比较复杂，进入系统的新风温湿度受到所处地域环境扰动较大。

3.2 改造方案及设计计算

针对系统运行要求，文章采取降温除湿的技术方案对流动沸腾床的冷风系统进行改造。图3为改造后系统示意图，新风入口放置于恒温恒湿室中，以避免受到室外环境温湿度变化的影响。恒温恒湿室温湿度变化如图4所示，维持相对恒定温度为37.3 ℃±5 ℃，相对湿度为39.3±5%。

图3 改造后流动沸腾床风道系统示意图Fig.3 Schematic diagram of flow fluidized bed air duct system after transformation

图4 改造后新风温湿度变化Fig.4 Temperature and humidity change of fresh air after transformation

根据系统要求，冷风系统风量取4 000 m3/h，24 h运行不停机。

新风气体含湿量计算式如下：

d=0.622×φ×Ps/(P-φPs)

(1)

式中:φ——相对湿度RH，Ps——水蒸气分压力，P——大气压力。

新风气体的焓值计算式如下：

h=1.01T+0.001×d×(2 501+1.84T)

(2)

式中：T——空气干球温度，d——含湿量。

新风冷负荷计算由初始状态点至降温除湿后状态点之间的焓差得到，计算式如下：

Q冷=(h1-h2)×qm

(3)

式中：Q冷——冷负荷，h1——初始状态点新风空气的焓值，h2——冷风要求达到的空气状态的焓值，qm——冷风的质量流量。

根据公式(1)～公式(3)计算得到新风冷负荷为72.8 kW, 湿负荷为66.48 kg/h。选用NAISIDA纳斯达AY-D4000E-ZH型号的转轮除湿机，额定风量为4 000 m3/h, 额定制冷量为104 kW，如图5所示。

图5 低温除湿机组实物图Fig.5 Physical drawing of low temperature dehumidification unit

4 运行效果

4.1 冷风温度及湿度控制情况分析

对比了流动沸腾床冷风系统改造前后的运行情况，如图6所示，分别为改造前和改造后30 d内冷风温度及相对湿度的变化情况。

图6 流动沸腾床冷风系统冷风改造结果比较Fig.6 Comparison of transformation results of flow fluidized bed cooling air system

从图6可以看出,改造后冷风温度有所降低，相对湿度大幅度降低。进入沸腾床的冷风温度达到25 ℃±5 ℃，相对湿度达到50%±10%，从图6可以得到改造后的温度均值由改造前28.29 ℃降低到25.67 ℃，降低了9.26%；冷风相对湿度由改造前的94.6%降低到55.2%，降低了41.65%。据《中国药典》2020版二部中规定，药品经营企业各类药品储存库均应保持恒温。对每种药品，应根据药品标示的贮藏条件要求，分别储存于冷库(2 ℃～10 ℃)、阴凉库(20 ℃以下)或常温库(0 ℃～30 ℃)内，各库房的相对湿度均应保持在45%～75%之间[4]，改造后的流动床冷风系统冷风温湿度满足了氯化钠原料药的需求。

4.2 氯化钠原料药水分检测情况分析

为了对比改造前后氯化钠原料药的含水量，分别取流动沸腾床冷风系统改造前后氯化钠原料药水分干燥与内包30 d的含水量平均值进行比较，结果见图7。

图7 氯化钠原料药水分检测改造结果比较Fig.7 Comparison of transformation results of water content detection of sodium chloride raw materials

从图7可以看出，改造后，氯化钠原料药干燥和内包的含水量均大幅度降低，干燥的氯化钠原料药的含水量从改造前0.075%降到0.061 9%，降低了17.5%，内包的氯化钠原料药从0.077 6%降到0.061 4%，降低了20.9%，据《中国药典》2020版二部中规定，药用氯化钠为氯化钠含量大于99.5%，无色、透明的立方形结晶或白色结晶性粉末[4]，可知，改造后的冷风系统降低了氯化钠原料药的含水量，满足对原料药含水量的要求。

4.3 氯化钠原料药产品质量分析

改造后的沸腾床冷风系统降低了药用氯化钠的含水量，如图8所示，随着粉体水分增加，粉体流动性的降低速率逐渐加快，从极度缓慢降低再缓慢降低到最后快速降低。粉体干燥时，颗粒之间的静电相互作用导致颗粒彼此吸引并结合；粉体含水量低时，水分子被吸附在颗粒表面上，并且吸附水对粉体流动性几乎没有影响；粉体含水量高时，吸附水周围会形成一层薄膜水，并且对颗粒之间的相对运动具有很大的影响；含水量超过最大分子结合水时，粉体流动性将迅速恶化并且整体流动性丧失[5]。改造后的沸腾床冷风系统干燥的氯化钠原料药含水量从0.075%降低到0.060 9%，降低了18.8%，内包含水量从0.077 6%降低到0.061 4%，降低了20.9%，在氯化钠原料药粒径不变情况下，含水量降低，增强了药用氯化钠的粉体流动性，提高了药用氯化钠的产品质量。

图8 粉体流动性Fig.8 Powder fluidity

5 总结

针对氯化钠生产和储存过程中对环境的温湿度的较高要求，对该厂房沸腾床冷风系统进行技术改造，降低了冷风的温度和湿度，降低了原料药氯化钠的含水量，增强了原料药氯化钠的流动性，提高了原料药氯化钠的质量。主要采取降温除湿的技术方案是对流动沸腾床的冷风系统进行改造，将新风入口放置于恒温恒湿室中，以避免受到室外环境温湿度变化的影响。

改造后的沸腾床冷风系统在技术及经济效益方面取得了显著的效果：

1)冷风温度降低到25.67 ℃，降低了9.26%，相对湿度降低到55.2%，降低了41.65%，进入沸腾床的冷风温度达到0 ℃～30 ℃，相对湿度达到45%～75%；

2)氯化钠原料药干燥的含水率达到0.060 9%，内包的含水量达到0.061 4%，相较于原系统的产品，分别降低了18.8%和20.9%。含水率的降低增强了氯化钠原料药的流动性，提高了氯化钠原料药的产品质量。