空气干燥净化

空气干燥是将空气中的水份去除，有二大形式：吸附式和冷冻式。吸附式压缩空气干燥机利用变压吸附的原理，湿空气通过吸附剂时，水份被吸附，得到干空气;冷冻式压缩空气干燥机利用冷却空气，降低空气温度的原理，将湿空气中的水份通过冷凝后从空气中析出，得到干空气。

空气的污染物有三类，即水分、油份和尘埃，这三种污染物的来源是不同的。空气中含有腐蚀性的气体、水蒸气、碳氢化合物等杂质，每立方米的空气中同时混有大约1.4亿个固体微粒，这些杂质中有80%以上的粒径小于2µm，这些微粒很轻易通过空压机的消声滤清器，进入空气系统中。

空气中的油，主要来自空压机内部的机械运动过程，即空压机做功过程中所必须的润滑油。无油空压机无疑是一种最好的选择，但由于无油空压机的价格昂贵，绝大多数企业还是会选用普通的螺杆式压缩机。

空气中的固体尘粒、水汽及油雾，呈气溶胶状态，它们存在于空气管网系统中，会促使管网和设备产生锈蚀，增加了系统设备维修费用，未经干燥净化处理的空气将给后续生产带来严重的危害。空气干燥净化就是要通过有效的后处理装置去除这些杂质。

空气干燥工艺分为两大类：吸附干燥和冷冻干燥。

空气的吸附干燥属固气两相传质过程，其过程由吸附和再生两个阶段组成，而其中吸附剂的再生是实现空气干燥的一个很重要方面，空气干燥设备所选用的吸附剂及其再生工艺方法和效果，直接影响所处理空气的露点、装置运行的单位能耗和供气持续性，所以结合所采用的空气供给系统，选用合理的空气干燥工艺、再生方法及其运行参数，是确定空气干燥装置的首要条件。

空气的冷冻干燥是利用被压缩的湿空气受冷媒(低温水或制冷剂〉间接冷却，其中水汽和油分被冷凝井经气液分离器排出以达到空气干燥的目的。为实现压气供应的连续性及经济性，一般制冷剂蒸发温度限制在0℃以上，防止系统因冷凝水结冰引起堵塞而中止运行，因此采用冷冻空气干燥工艺的空气干燥深度不宣太深，其压力下的露点下限通常控制在2℃以上。冷冻空气干燥工艺对待处理空气的含湿量无限制，对处理高含湿量、大供气量的空气其优越性较为显著。

目前，一般制药企业一个独立的生产车间所需用气在3m3/min左右，主要用于气动控制(如冻干机、制粒机、制水系统和贴标机等〉和工艺用气(如包衣、洗瓶和灌封等)，前者对气源的含水分与尘埃有限度要求，而后者对气源的油份、水分及尘埃均有更高的限度要求。绝大多数企业都是选用机械过滤加冷干的形式来净化空气。

空气中水蒸气的量是由空气的温度决定的。在保持空气压力基本不变的情况下，降低空气的温度可减少空气中的水蒸气含量，而多余的水蒸气会凝结成液体。冷冻式空气干燥机就是利用这-原理采用制冷技术干燥空气的。

冷冻式空气干燥机的制冷系统属于压缩式制冷，由制冷压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等四卡基本部件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化并与空气和冷却介质进行热量交换。其工作过程下图所示。

制冷压缩机将蒸发器内的低压(低温)制冷剂吸入压缩机汽缸内，制冷剂蒸汽经过压缩，压力、温度同时升高;高温高压的制冷剂蒸汽被压至冷凝器，在冷凝器内，温度较高的制冷剂蒸汽的热量被冷水(或低温空气)带走而冷凝成液态。

这部分液体再被输送至膨胀阀，经过膨胀阀节流成了低温低压的液体并进入蒸发器;在蒸发器内低温低压的制冷剂液体吸收空气的热量而汽化(俗称“蒸发”)，而空气得到冷却后凝结出大量的液体水和油雾：蒸发器中的制冷剂蒸汽又被压缩机吸走，这样制冷剂便在系统中经过压缩、冷凝、节流、蒸发这样四个过程，从而完成了一个循环，周而复始。

空气中冷凝下来的水滴和油雾经气液分离器与自动排污阀的联动动作排出系统，只要冷干机匹配得当，处理后的空气中水分与油份的含量可达到0.1mg/m3甚至以下，从而达到空气干燥目的。

空气干燥设备可去除其中的水分和油份，而其中的固体颗粒可由空气过滤器去除。一般要求在冷干机进气口上游装一支前置过滤器，用来作杂质过滤及油水分离用，这样可以去除一定量的颗粒，改善冷干机的工况。制药企业压气系统还需配装后置过滤器，以进一步除去气体中的大颗粒。在往车间运送的不锈钢管路上还必须加装一精度为0.22µm的精密过滤器，截留绝大多数尘埃微粒，最大限度地降低因气体与药液直接接触而带来的质量风险。

在空气干燥技术中，空气的露点温度是一个非常重要的参数。所谓的露点温度就是在保持湿空气的含湿量不变的情况下，使其温度下降，当相对湿度达到100%时所对应的温度。它表示空气达到水分凝结时所对应的温度。通常，用于干燥空气的露点愈低，所获得残余水量就愈低，干燥速度也愈低。

空气干燥的方法：

空气干燥最为普遍的方法是利用干燥气体发生器。该设备以由两个分子筛组成的吸附性干燥器为核心，空气中的水分在这里被吸收。在干燥状态下，空气流经分子筛，分子筛吸收气体中的水分，为干燥提供除湿气体。在再生状态下，分子筛被热空气加热至再生温度。流经分子筛的气体收集被除去的水分，并将其带至周围环境中。

另一种生成空气干燥的方法是降低压缩气体的压力。这种方法的好处是供应网络中的压缩气体有着较低的压力露点。在压力降低以后，其露点达到0℃左右。如果需要更低的露点，可以利用膜式或吸附式干燥器在压缩空气压力降低之前进一步降低空气的露点。

空气干燥的能耗：

在空气干燥中，生产干燥空气所需的能量必须进行额外计算。在吸附式干燥中，再生状态的分子筛必须从干燥态的温度(约60℃)被加热至再生温度(约200℃)。为此，通常的做法是通过分子筛将被加热气体连续加热至再生温度，直至它在离开分子筛时达到特定温度。理论上再生所必要的能量由加热分子筛及其内部吸附的水所需要的能量、克服分子筛对水的附着力所需要的能量、蒸发水分和水蒸汽升温所必需的能量几个部分组成。

一般，吸附所得露点与分子筛的温度与水分携带量有关。通常，小于或等于30℃的露点可以使分子筛达到10%的水分携带量。为了制备干燥气体，由能量计算所得的理论能量需求值是0.004kWh/m3。但是，实际中这个数值必须稍高，因为计算没有把风扇或热量损失考虑在内。通过对比，不同类型的干燥气体发生器的特定能耗就可以被确定。一般来说，空气干燥的能耗在0.04kWh/kg～0.12kWh/kg之间，这要根据物料和初始水分含量而变化。在实际操作中，也可能达到0.25kWh/kg或更高。

干燥胶粒所需的能量由两部分组成，一部分是将物料由室温加热至干燥温度所需要的能量，另一部分是蒸发水分所需要的能量。在确定物料所需的气体量时，通常是以干燥气体进入或离开干燥料斗时的温度为基础。一定温度的干燥空气通过对流的方式将热量输送至胶粒中也是一种对流空气干燥过程。

在实际生产中，实际能耗值有时要比理论值高得多。例如，物料可能在干燥料斗中的停留时间过长，完成空气干燥所消耗的气体量较大，或者分子筛的吸附能力未充分发挥等。减少干燥气体的需求量从而削减能源成本的可行方法是采用两步法干燥料斗。

在这种设备中，干燥料斗上半部的物料只是被加热而并未被干燥，所以可以用环境中空气或干燥过程的排气来完成加热。采用这种方法后，往往只需要向干燥料斗中供应通常干燥气体量的1/4-1/3，从而降低了能源成本。提高空气干燥效率的另一种方法是通过热电偶和露点受控的再生，而德国Motan公司则利用天然气作为燃料来降低能源成本。