液环泵在制药溶媒回收装置中的应用及设计要点.pdf

G 帆制药设备与应用专题 摘要 介绍制药企业溶媒回收装置真空系统的新l E T 方案 结合溶媒回收的特性重点介绍液环 泵在溶媒回收真空系统中的应用特点及优势 并对液环泵成套装置的设计要点进行详细介绍与说明 关键词 真空系统溶媒回收液环泵水喷射泵 丝网除沫器换热器 液环泵在制药溶媒回收装置中的 应用及设计要点 广东省佛山水泵厂有限公司 5 2 8 0 0 0 罗姣娥 一 前言 在制药行业 溶媒是原料药生 产中必不可少的物质 在药物生产 过程中 绝大部分原料药在合成工 序需要加入溶媒做催化剂 溶媒在 生产过程中仅起到催化剂的作用 并不参与任何反应 随着制药企业 使用的溶媒数量和种类不断增多 将所加入的溶媒重新提取并循环利 用成为越来越多制药企业的关注 点 这不仅是响应国家节能减排的 号召 更是制药企业降低生产成本 提高经济效益的必须途径 能实现 经济 环境和社会共赢的局面 二 溶媒回收装置真空 系统的新旧方案 溶媒回收是以减压蒸馏为理论 依据 根据溶媒的特性 利用真空 系统将原料罐抽取到溶媒蒸汽所需 的负压 将挥发出来的溶媒蒸汽从 原料罐抽出并经过一系列的冷凝 分离进行回收 回收的溶媒可以循 环使用 1 溶媒回收装置真空系统的 旧方案介绍 在早期的溶媒回收系统中 均 采用水喷射泵作为驱使溶媒蒸汽流 动的动力源 从原料罐中抽取溶媒 蒸汽所需的负压 以及驱使蒸汽流 过冷凝器和气液分离器所需的压力 差 均是由水喷射泵提供的 旧方 案流程如图I N 示 早期的回收流程 旧方案 存 在着以下几个方面的不足 1 废气污染水喷射泵排 2 6 然嬲 哺期 图1溶媒回收流程图 旧方案 原料罐2 气体冷凝器3 回收罐4 缓冲罐5 喷射泵6 离心水泵7 气液分离器 出的气体经过气液分离器进行初步 分离后就直接排大气 排出的气体 中会带有微小的溶媒液滴 这部分 液滴没有再经过回收就直接排放 对环境造成污染 2 废液污染在驱动液体 水进入水喷射泵后压缩气体 分 离 加压的循环的过程中 消耗的 能量大部分转变成水的热能 从而 使温度升高 整个工艺流程没有换 热器 所以需要定期更换水 而溶 媒蒸汽进入水喷射泵后不得不与水 接触混合 对水造成污染 定期更 换水就会造成废液的定期排放 3 溶媒回收率低溶媒蒸 汽只在水喷射泵抽真空的负压状态 下进行 冷凝压力较低 不利于蒸 汽的冷凝回收 而废气和废液在排 放过程中也带走了部分溶媒 整个 系统的溶媒回收率不足6 0 2 溶媒回收装置真空系统的 新方案介绍 溶媒回收装置真空系统新方 案采用液环泵闭式循环成套装置 包含如下设备 气体冷却器 液环 泵 气液分离器 丝网除沫器 热 G 帆制药设备与应用专题 交换器 压力表 温度表 阀门及 联接管路构成 液环泵为原料罐提供一定的 负压 原料罐在负压并加热的条件 下 里面的溶媒会大量汽化 汽化 的溶媒经过冷凝器的冷凝 较大部 分溶媒液化成液滴流入一次回收罐 进行回收 不凝气体和未分离的 液态溶媒经过液环泵的抽吸并压 缩进入气体冷却器 通过降低气液 混合物的温度促进汽态溶媒的进一 步液化 气液混合物进入气液分离 器内 较大液滴会从气液混合物中 分离 排出气体带走的极少量液滴 经过除沫器再次进行捕捉分离后才 排入大气 由于溶媒的液化分离 气液分离器的液位会逐渐升高 通 过自动溢流回N 次回收罐进行回 收 新方案流程如图2 所示 采用液环泵成套装置用在溶媒 回收 具有如下优势 1 适用性强液环泵可以 采用不同的液体做工作液 适合制 药行业的各种溶媒的回收 2 回收溶媒无污染采用 需要回收的溶媒介质作为工作液 抽吸的气体为含有该溶媒的混合气 体 在液环泵对输送气体的压缩过 程中 不凝气体的一部分溶媒气体 会液化成液体 而采用对应的溶媒 液体做工作液 回收的溶媒不会有 污染 3 工作液不需要更换 无 污染液体的排出成套装置配有换 热器能让工作液闭式循环使用 换 热器能将整个压缩过程中产生的热 量及时带走 让工作液的温度保持 在合适的范围 从而保证液环泵的 正常工作 4 气体排放污染小从气 液分离器排出的气体中仍含有部份 的溶媒小液滴 当这部份气体进入 到除沫器中 相当部份的溶媒在除 沫器的捕捉作用下 流回到气液分 离器中的液体中 可以循环使用 经过二次分离后 只有极小量的微 小溶媒液珠从除沫器排出 气体排 放不会对环境造成的污染极小 5 溶媒回收率高能达到 9 5 以上 液环泵进行抽真空 溶 媒蒸汽在一次分离罐进行负压冷凝 后 还能经过二次压缩冷凝和二次 i L l i 籼j 囔 图2 溶媒回收流程图 新方案 工 g N 罐2 气体冷凝器3 一次分离罐4 气体冷却器5 除沫器6 二次回收罐7 气液分离器8 液位计9 换热器 1 0 液环泵1 1 一次回收罐 2 0 1 5 1 1 19 5 期然 罟e t 3 用j x 竺c o 裰n l2 7 期 二l 函 糍五盏荔盛荔盔茹 分离 在二次冷凝过程中 冷凝器 的蒸汽压力由负压改为正压 冷凝 压力较高 也更有利于溶媒蒸汽的 冷凝 从而能显著提高溶媒回收 率 通过新旧方案的比较 可以 看出液环泵比水喷射泵更适合用在 溶媒回收装置的真空系统中 广东 省佛山水泵厂有限公司在2 0 0 7 年供 给东北制药厂第一套2 B W 51 0 1 0 B D 2 0 S 1 4 5 0 机组 替换往复式 压缩机用于乙酸乙酯溶媒的回收 该套机组的价格不超过十万 该机 组自投运以来 回收率稳定 每月 能回收乙酸乙酯约3 4 t 以每公斤 乙酸乙酯6 元计算 每月能节约成 本2 万元 一年约节约2 4 万元 该 机组的运行成本低 一年只需要耗 电2 80 0 0 k W h 以每度电1 元计 只需2 8 万元 因此只需要一个季 度 即可以回收投资成本 现在无 论是改造还是新上项目基本都采用 液环泵机组用于溶媒回收 三 溶媒回收新装置液 环泵机组的设计要点 溶媒回收装置的关键点是溶媒 回收率 这直接影响到用户的运行 成本以及对环境的污染程度 如果 仅采用常规的气液分离进行沉降分 离 仍会有部分的溶媒小液滴随气 体排出 这就需要采用除沫器将排 出气体带走的小液滴进一步进行分 离 除沫器的除沫效果受以下几个 方面的影响 1 丝网除沫器的规格 这个直接影响到分离效果 需 要根据液泛气速 液体和气体各自 的密度来计算丝网的直径 丝网的 工艺计算如下 G M 通用胡麓 m L e 喇x c o m2 0 1 5 f f 第5 期 1 操作气速的确定 1 丝网的液泛气速 即丝网 操作中的极限气速 昨K pl p p1 2 式中p p 液滴和进口气体 的密度 单位为 k g m 3 卜气液过滤器网常 数 按下表确定 过滤器网常数侑 2 丝网的操作气速过低将会 使液体滑移通过丝网 并被离开的 蒸汽夹带出去 而过高的流速也会 携带液体至丝网的顶部 然后由丝 网表面再次夹带液体 大多数情况 下 当速度为最适宜允许设计速度 的3 0 一1 0 0 可得到较好的除雾 性能 一般按U 0 5 加 8u 进行计 算 2 丝网直径D 的确定处 理气体所需的流通直径 D l 4 丌Q 以 式中Q 气体处理量 单位为 m 3 s u 操作气速 单位为 m s D 处理气体所需要的流 通直径 单位为m 3 丝网厚度的确定根 据除沫效率要求确定丝网厚度 厚度有H 1 0 0 m m 与1 5 0 m m 为了 提高除沫器除沫效率 一般选用 H 1 5 0 m m 的丝网 2 工作液的温度 溶媒的饱和蒸汽压比较高 采 用溶媒做工作液 温度不能过高 过高的温度会导致工作液挥发而影 响回收率 工作液的温度受换热器 的换热面积及冷却液温度的影响 在换热器的选型时要注意以下 几点 溶媒的冷凝热抽吸的介质为 饱和的可凝溶媒气体 当高温的饱 和气体遇到低温的工作液时 气体 会变成液体释放出热量 要根据可 凝溶媒气体的质量流量计算出冷凝 热 相比电动机的配套功率 这部 分热量比较大 是不容忽视的 在 换热器选型时要将该热量考虑进 去 溶媒的传热系数溶媒的传热 系数一般都低于水的传热系数 用 溶媒做工作液需要的换热面积比水 要大 在计算换热器的换热面积时 要注意不能按水的传热系数来计 算 在换热器的选型时 需根据不 同溶媒的冷凝热和传热系数来进行 换热面积的计算 如果换热器的换 热面积不够 会导致工作液的温度 升高 从而降低溶媒的回收率 另 外尽可能让客户提供冷冻水 这也 有利降低气体和工作液的温度 提 高溶媒的回收率 四 结语 通过对溶媒回收新旧方案工 艺流程的介绍 说明液环泵代替水 喷射泵的必要性 同时结合溶媒回