气流输送在原料药生产中的应用

摘 要 为了提高原料药生产的自动化程度，减少交叉污染，提高产品质量，气流输送设备被适时应用。本文主要阐述利用气流输送进行原料药输送所需要的输送气体的流量、固气比、零界气速、系统压力、主压降、罗茨风机的选择、物料收率的测试等，为保证气流输送设计的科学性与经济性提供理论依据。

关键词 固气比；零界气速；压力；物料的收率

中图分类号：TQ460 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0127-01

该气流输送是一个循环密闭系统，能有效地减少物料的交叉污染，避免粉层的飞扬，提高产品的收率，特别在制药行业GMP认证的要求下，气流输送更显示出她的重要地位。合理设计气流输送系统的参数，能保证系统的高效率、低消耗。

1 选择气流输送的气体介质

由于原料药生产的高品质要求，选取氮气作为气流输送的载体。氮气作为载体，一方面减少物料中甲醇和氧气混合的比例，消除安全隐患；另一方面氮气作为保护气体，可以减少原料药的变质变色，确保产品品质。

2 根据生产能力设计所需的氮气用量

为了保证被输送物料在管路中顺利地转运，输送的生产率和氮气的流量有一定的比例关系，即物料和氮气要保持适当的混合浓度比。根据现场管路的设计，物料输送水平距离10 m，垂直距离20 m。计算氮气输送速度Vα

Vα=a×γm0.5+β×L

a―与被送物料粒度有关的系数，颗粒大小在0 mm～1 mm时，a=10～16。本设计原料药颗粒大小在10～200目之间，取a=12。

γm―物料比重，γm=1050 kg/m3。

β―被输送物料特性系数。β=（2～5）×10-5，取β=3×10?-5。

经计算：Vα=10 m/s。

确定氮气的流量Q：

Q=W/3.6μ×γ

Q―氮气的流量m3/s。

W―输送能力设计要求2.5 t/h。

μ―固气比，根据资料固气比初设为8。

γ―氮气比重γ=1.25 kg/m3。

计算得Q=0.030 m3/s。

3 确定物料输送的管径D

D=[4×Q/（π×Vα）]1/2

D≈0.07 m

为了减少系统的压降取D×1.25=87.5 mm，实际管路取

100 mm整值304不锈钢卫生级管道。

该设计选用负压稀相输送，供料点采用密封储罐，无粉尘飞扬，螺旋给料直接进入气流输送管线，物料输送过程无泄漏；储料仓采用旋转风离器与捕尘一体的结构，捕尘设置脉冲反吹抖袋控制，使滤袋再生。罗茨风机位于工艺过程的尾部，在储料仓捕尘设施后增加一道过滤装置，确保物料不会进入罗茨风机，提高了风机的使用寿命。风机后采用316L烧结过滤器，通量设置为3000 m3/h，防止风机脱落的异物进入物料系统。所有管路形成了一个密闭系统，使气体介质循环利用，减少了氮气的消耗。烧结过滤器采用丝口式连接，便于拆卸、清洗、更换。

4 罗茨风机的选型

根据生产设计所要达到的产能 、输送使用的风量、罗茨风机进出气口的压差来选择罗茨风机的功率，上面计算所得Q为0.030 m3/s，可以转化得108 m3/h，生产中增加的安全系数1.1，选择风量为120 m3/h。

5 氧风仪的应用及取样流的设置

为了保证生产的安全、高效运行，在系统中增加在线氧浓度分析仪，确保系统中氧气的浓度被控制在2%～5.5%之间，提高了系统的安全可靠性。

为了确保氧分仪工作准确可靠，需要将氧分仪取样流流量控制在一个合适的区域内。气流输送管线上的气流流量是变化的，在物料输送与不输送时，存在较大的偏差，风机后过滤器随着物料粘结，会导致通量下降，风机输出压力增加，如果我们只是简单地利用风机前后的压差来获取样流，样流具有很大的波动性，尤其在不输送物料时，样流太小，氧含量检测滞后，氮气消耗量增加。

改变传统依赖管线压差取得样流的方案，在风机后取出样流，并用一节流阀控制流量，进入氧风仪后，经一微型大气喷射泵抽取真空，将样流真空引出。调节节流阀的大小可将流量控制在一个可接受的范围内，为了避免节流阀由于物料的粘附而堵塞取样通道，在节流阀前安装一过滤器，分离气流与粉尘。

6 设计要点

6.1 确定合适的气流输送速度

在设计气流输送系统时，确定合适的输送气流速度关系到装置好坏和经济性与否。输送气速太低容易形成脉动流，物料输送不稳定，且容易在管道中沉降，形成堵塞；气速过高，能耗增加，输送管磨损加剧。

合适的气流速度与物料颗粒的大小、密度、形状、表面状态、管道及混合比等因素有关，根据计算作为估计值，此设计取Vα=10 m/s。

6.2 固气比的选择

固气比的选择是一个经济权衡的问题。增大固气比可以减少输送管道直径，但会增加输送压力；同样的输送量，减少固气比会增加管道直径、增加风机风量或提高风速。稀相输送的固气比一般为5～15，设计时首选设定为8，然后根据效率及经济性进行上下调整，以使系统的压降与设计要求相符。

6.3 系统的安全性

选择合适的气体作为载体，利用氮气的惰性减少物料的变色和变质；减少系统内氧气的含量，增加氧分仪，确保系统中氧气的浓度处在一个安全范围，提高系统的安全性。

6.4 提高生产效率及产品收率

进行全自动化设计，减少操作员工，优化设计程序，提高物料输送的速度，系统设计成密闭回路，减少物料载体氮气的用量。由于系统密闭，输送过程不会有物料飞洒及损失，经使用后的测试，气流输送环节的收率为99.998%。

7 结论

气流输送是目前原料药生产中运用较广泛的设备，如何将其参数选择地更加经济和合理，是投资的主要任务。作为设计者，对于一些参数的模糊性，需要有相对准确的估算，对于一些变化的量，要有足够的预见性。如颗粒大小的变化、漏气量的增加、风机磨损间隙的变化、物料含水量的变化、管径在输送过程中物料粘附变小等，这些可变的因素要在设计中有足够的体现。气流输送还有一项重要的环节需要考虑―如何方便清洗、吹干。

参考文献

[1]中国石化集团上海工程有限公司等.化工工艺设计手册（第四版）[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2]陈志希.粉粒体气力输送系统设计手册[M].北京：全国化工粉体工程设计技术中心站，2001.

作者简介

张海银（1975-），江苏江山制药有限公司工程师，主要从事进口设备的引进、安装、调试与技术创新工作。

陆桂贤（1972-），江苏江山制药有限公司工程师，主要从事进口设备的引进、安装、调试与技术创新工作。