中药厂制氮与氮封系统综合选型方案

这是一份专业、详尽的中药厂制氮机及氮封系统选型方案。方案将从需求分析、技术选型、配置建议到实施要点进行全面阐述，旨在为您提供决策参考。

中药厂制氮与氮封系统综合选型方案

一、 项目背景与需求分析

在中药生产（如口服液、药酒、中药注射剂、膏方、中药原料等）中，许多产品对氧气敏感，易发生氧化、变色、变质、有效成分降解等问题。氮气作为一种惰性保护气体，被广泛应用于：

1. 氮封保护：在储罐（如乙醇、提取液、半成品药液）顶部充入氮气，形成微正压，隔绝空气，防止氧化和污染。

2. 工艺吹扫：在反应釜、配液罐使用前，用氮气置换内部的空气。

3. 物料输送：输送对氧气敏感的粉状原料。

中药厂对氮气的核心要求：

· 高纯度：通常要求99.5% ~ 99.999%（即露点-40℃ ~ -70℃以下），具体取决于保护对象的敏感度。纯度越高，抗氧化效果越好。

· 无菌无油：氮气作为工艺气体，必须确保其不含油分、细菌和其他微生物，符合GMP要求。

· 稳定可靠：需要连续、稳定地供应氮气，保证生产不间断。

· 成本效益：在满足质量和安全的前提下，选择运行成本最低的方案。

---

二、 制氮机技术选型

目前主流的制氮技术有膜分离法、变压吸附法 和深冷法。对于中药厂，深冷法因投资大、启动慢，通常不适用。重点对比PSA与膜分离。

特性 变压吸附制氮 膜分离制氮 推荐建议

原理 利用碳分子筛对氧、氮的吸附速率不同，通过加压吸附、减压脱附的循环过程分离出氮气。 利用中空纤维膜对氧、氮的渗透速率不同，氧气（快气）优先透过膜壁排出，氮气（慢气）被富集。

纯度范围 宽（95% ~ 99.999%），可灵活调节，稳定性高。 较窄（95% ~ 99.9%），纯度越高，回收率越低。 首选PSA。中药厂通常需要99.5%以上的纯度，PSA更容易实现且稳定。

出口压力 较高（通常0.6-0.8MPa），可直接满足氮封压力需求。 较低，通常需要额外增压。 首选PSA。节省后续增压设备投资和能耗。

气体品质 良好。需在前端配置高效除油、除尘、干燥过滤器。 非常好。无运动部件，理论上无油污染风险。 两者均可。PSA通过严格的前处理完全可以达到无菌无油要求。

设备投资 中等 相对较高（同等产气量和纯度下） PSA更具性价比。

运行成本 较低。电耗主要来自空压机，能耗效率高。 较高。为达到相同纯度，需要消耗更多压缩空气，能耗高。 PSA运行成本优势明显。

维护保养 定期更换碳分子筛（约5-10年）和前端过滤器。 定期更换膜组（约5-10年）和过滤器。 相当。

占地面积 较小 更小，可露天安装 膜分离略优，但PSA也已非常紧凑。

结论：对于中药厂，推荐优先选择“变压吸附制氮机”。 它在纯度、压力、运行成本和综合可靠性方面更能满足中药生产的苛刻要求。

---

三、 制氮系统关键配置方案

一个完整的PSA制氮系统包括：

1. 气源部分：

   · 空压机：首选无油水润滑螺杆空压机。这是保证氮气无菌无油的源头关键，彻底杜绝油分污染风险。产气量需为制氮机需求的1.2倍以上。

   · 储气罐：起到缓冲、稳压、冷却和初步除水的作用。

2. 前处理部分：

   · 三级精密过滤器：

     · C级：主管路过滤器，去除1μm以上颗粒和部分液态水。

     · T级：活性炭过滤器，吸附油蒸气和异味。

     · A级：除菌过滤器，去除0.01μm的颗粒和细菌。这是达到GMP要求的核心部件。

3. 制氮主机部分：

   · PSA制氮机：

     · 纯度与流量：根据您的具体工艺点（如几个储罐、几个反应釜）计算总耗气量，并预留15%-20%的余量。纯度按最高要求的工艺点选择（建议99.9%或以上）。

     · 在线监测：必须配置在线氧含量分析仪，实时监测并反馈纯度，超限报警。同时可选配露点仪监测含水量。

     · 材质：与氮气接触的管道、阀门优先选用304或316L不锈钢，防止生锈污染。

4. 后处理与分配部分：

   · 氮气缓冲罐：稳定输出压力，保证PSA切换时的压力平稳。

   · 终端除菌过滤器：在氮气进入药品接触点（如储罐呼吸口）前，安装0.22μm的疏水性除菌过滤器，作为最终保障。

   · 管网系统：所有输送管道需采用316L不锈钢，并进行钝化处理，确保内壁光滑无死角，易于清洁和灭菌。

---

四、 氮封系统选型方案

氮封不是单一设备，而是一套控制系统。

1. 核心部件：氮封阀

   · 作用：安装在储罐顶部，当罐内压力低于设定值（如1KPa）时，自动开启向罐内补充氮气。

   · 选型：根据储罐的容积和呼吸量计算所需的进气量，选择合适的阀门口径和压力设定范围。材质应为316L不锈钢。

2. 配套部件：

   · 呼吸阀/泄压阀：与氮封阀配套使用。当罐内压力过高（如由于温度变化或补液）超过安全值时，自动泄压，保护储罐安全。

   · 压力变送器：实时监测罐内压力，并将信号远传至中控室。

   · 止回阀：防止物料倒流。

3. 系统设计要点：

   · 一拖多：一套制氮系统可以为多个储罐或反应釜提供氮封，只需为每个罐配置独立的氮封阀组即可。

   · 压力层级：制氮机出口压力 > 氮气主管道压力 > 各氮封阀的设定压力。需要合理设置减压阀。

   · 仪表风：如果氮封阀是气动型，需要提供洁净的仪表气源（可由制氮系统前的压缩空气提供，但需独立过滤）。

---

五、 推荐配置清单（示例）

假设为中型中药厂，有2个20m³提取液储罐和3个5m³配液罐需要氮封。

序号 设备名称 规格参数要求 备注

1 无油水润滑空压机 排气量： 2.0 m³/min， 压力： 0.8MPa 气源根本，无油是关键

2 冷冻式干燥机 处理量： 2.5 m³/min 去除大部分液态水

3 三级精密过滤器 C/T/A三级，含除菌级 保证空气洁净度

4 PSA制氮机主机 氮气产量： 30 Nm³/h， 纯度： ≥99.9%， 出口压力： 0.6MPa 核心产氮设备

5 在线氧含量分析仪 量程： 0-1000ppm， 带数显和报警 实时纯度监控

6 氮气缓冲罐 容积： 0.5m³， 材质304不锈钢 稳定系统压力

7 终端除菌过滤器 0.22μm， 316L材质 最终保障

8 氮封阀组 数量： 5套， 含氮封阀、呼吸阀、压力表， 设定压力1-1.5KPa 每罐一套

9 管道与阀门 316L不锈钢， 内外抛光 符合GMP

---

六、 实施建议与注意事项

1. 合规性与验证：系统安装完成后，必须进行DQ、IQ、OQ、PQ四大验证，确保设备设计、安装、运行和性能符合预定用途和GMP要求。尤其要对出口氮气的纯度、露点、无菌性进行测试并出具报告。

2. 供应商选择：选择在制药行业有丰富经验和成功案例的供应商，他们更理解GMP法规和验证要求。

3. 空间与安装：设备应安装在清洁、干燥、通风良好的机房内，便于操作和维护。

4. 售后服务：确保供应商能提供及时的备件供应、技术支持和定期维护服务。

总结：

对于中药厂，一套由无油空压机 + 精密过滤 + PSA制氮主机 + 在线监测 + 终端除菌过滤组成的制氮系统，配合精准的氮封阀组，是兼顾质量、安全与成本的最佳选型方案。此方案能有效保护中药产品品质，延长保质期，并符合现代制药行业的GMP规范。

希望本方案对您有所帮助。如需更具体的流量计算和设备报价，请提供更详细的工艺参数。