制药业蒸汽干度检测:节流法效能验证与替代方案
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2025-04-12 10:12:08
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参照EN285,纯蒸汽质量检测最繁琐、最易出错的一项即为干度检测,所以很多老师希望能够快速、便捷、高效解决这一难题,3分钟、5分钟即可完成检测。蒸汽干度检测常见的热力学方法有节流法、称重法、加热法及凝结法。 节流法因其成本低(仅需1~2个温度和压力传感器)、检测快速,被部分厂家应用于制药行业纯蒸汽干度检测。 什么是节流法?节流法是利用孔板等流量节流器来测量蒸汽干度。蒸汽流过节流件压力降低,使得节流后的蒸汽在该温度压力下处于过热状态,采集蒸汽节流前后的温度和压力,建立热力学守恒方程计算蒸汽干度。 节流法原理简单,需要的传感器少,但该方法适用的前提是:1 假设蒸汽在绝热条件下节流,节流前后焓值不变2 节流后的蒸汽处于过热状态,即单相状态—气态举例分析:以制药行业压力3barg,干度0.950的纯蒸汽为例,计算节流后的蒸汽是否处于过热的气态区?计算步骤:1. 确定初始状态下的焓值h1: - 在 4 bara(3barg表压) 下,查蒸汽表: - 饱和水焓值 hf1 = 604.7 kJ/kg - 饱和蒸汽焓值 hg1 = 2737.6 kJ/kg 初始状态的焓值 h1 计算如下: h1 =(1- x1)* hf1 + x1 *hg1 =0.05* 604.7 + 0.95 * 2737.6 = 30.235+ 2600.72= 2630.96kJ/kg 2. 假设等焓过程: - 假设节流过程为等焓过程, h1 = h2 。 3. 确定解压后的状态: - 在 1 bara(0barg表压) 压力下,查蒸汽表: - 饱和水焓值 hf2 = 417.51 kJ/kg - 饱和蒸汽焓值hg2 = 2675.4 kJ/kg 通过等焓过程,解压后的焓值h2与初始焓值h1相同,即: h2 = 2630.96kJ/kg 4. 计算解压后的干度 x2 : - 使用公式 h2 =(1- x2)* hf2 + x2 * hg2 2630.96 =(1- x2)* 417.51 + x2 *2675.4 x2 =0.98干度小于1,意味着节流后蒸汽仍然处于两相区,而非单相过热区,节流法不适用。 ▲同理可计算:压力3barg,干度0.97的纯蒸汽,节流后x2 =0.999 ▲同理可计算:压力3barg,干度0.972的纯蒸汽,节流后x2 =1.001 因此,压力3barg的纯蒸汽,干度≥0.972,节流解压后,蒸汽才能进入过热区,即为单相区,可使用节流法。结论 由上图可知,不是所有的蒸汽干度检测都可以采用节流法,以制药行业最常见的3barg的蒸汽为例,可测量的最小干度为0.972,而依据EN285,用于灭菌的纯蒸汽干度值必须≥0.95,因此节流法不能满足蒸汽干度在95%~100%范围的制药行业检测需求。关于节流法不适用制药行业蒸汽干度检测初次看到这部分内容,出处是国外友商的发明专利。作为一个从业15年的仪器行业产品经理,研究专利是我的职业本能,避免侵犯知识产权的同时,对自己产品定义也有很多的启发。 由此可见,仅需温度传感器,压力传感器就能得到干度值的最经济、最快速、最简单的方法-节流法:行不通✘作者的话感谢程川博士给予的技术指导,德国博士的严谨让我受益匪浅。热力学枯燥而繁琐,欢迎老师们一起加入探讨,我也会就称重法、加热法和凝结法继续分析。制药行业是一个严谨的行业,仪器行业同样也是,没有捷径可走,坚持原研就是为了每一步都明明白白。