تحديثات أنظمة مجففات الهواء المضغوط في المصانع الدوائية لتصبح أنظمة مجففات امتصاصية تعمل بالمنفاخ وخالية من التصريف

دراسة حالة: منشأة صيدلانية كبيرة تحل مشكلتي الرطوبة والتلوث باستخدام مجففات هوائية امتصاصية جديدة يتم تجديدها بالمنفاخ (نقطة الندى: –40°م، خالية من الزيت). وتشمل التفاصيل المعدات الموردة، والتركيب، ومعايير العائد على الاستثمار (ROI).  

خلفية العميل:  مجموعة يونان باي ياو المحدودة، وهي شركة رائدة في مجال تصنيع الأدوية بمقاطعة يونان، تُنتج مجموعةً متنوعةً من المنتجات تشمل الطب الصيني التقليدي والمنتجات الصيدلانية الحديثة، ويحتاج بعضها إلى هواء مضغوط نظيفٍ وجافٍ للغاية. وكانت المنظومة الهوائية الحالية لدى العميل تخدم عدة خطوط إنتاج، لكن المجففات القديمة لم تعد قادرةً على تلبية المتطلبات الصارمة الواجب تطبيقها وفق المعيار الدولي ISO 8573-1 من الفئة المحددة. وتُدار المنشأة على مدار 24 ساعة يوميًا، وبما أن أي توقف قصيرٍ عن التشغيل يؤدي إلى خسائر فادحة وهدرٍ كبيرٍ في المنتجات.

نقاط الألم:  واجه العميل تلوثًا متكررًا بالرطوبة في خطوط الهواء. وسمحت أجهزة التجفيف المبردة الحالية أحيانًا بمرور المكثفات، ما عرّض التعقيم للخطر. وبما أن النظام الأصلي استخدم أجهزة تجفيف صغيرة بلا حرارة، فقد فُقدت كميات هائلة من هواء التفريغ (20–25% من معدل التدفق)، ما أدى إلى هدر الطاقة. وفي ظروف الصيف القصوى، ارتفعت درجة الندى فوق –20°م، أي دون المواصفة المطلوبة. واحتاج العميل إلى ترقية جهاز تجفيف يحقّق ما يلي:

• تحقيق درجة ندى منخفضة ومستقرة (≤–40°م) تحت جميع ظروف التحميل.
• القضاء على فقدان هواء التفريغ تمامًا (تشغيل بدون تفريغ) لتقليل استهلاك الطاقة.
• الحفاظ على هواء خالٍ من الزيوت (بما أن ضاغط الهواء اللولبي الخالي من الزيوت الموجود في المرحلة السابقة لا يمكنه التعرّض لأي خطر للتلوث).
• التناسب مع تخطيط غرفة الضواغط الحالية دون إجراء تغييرات جوهرية في أنابيب التوصيل.

حلنا:  اقترحنا جهاز تجفيف امتصاصي مكوّن من برجين مع تجديد بواسطة مروحة  مخصّص لتدفق المصنع. وشمل نطاق العمل ما يلي:

• المعدات:  أربع وحدات كبيرة من الموديل HR-350SGRD  مجففات الامتزاز (بسعة ٢١٠٠ متر مكعب/ساعة لكلٍّ منها، ما يعادل ٣٥ مترًا مكعبًا/دقيقة) مع تجديد مُساعَدٍ بمروحة مُسخَّنة. ويتكوَّن كل مجفف من برجين مصنوعين من الفولاذ المقاوم للصدأ ومملوءين بمادة جافَّة عالية السعة (أكسيد الألومنيوم المفعَّل + الغربال الجزيئي). ويتم تجديد المادة الجافة بواسطة سخَّان كهربائي (بين ١٥٠ و٢٠٠ درجة مئوية) بالاشتراك مع مروحة عالية الكفاءة تمتص الهواء المحيط، مما يلغي الحاجة إلى استخدام الهواء المضغوط أثناء عملية التصريف. أما التبريد فيتم باستخدام هواء محيط غير مسخَّن عبر نفس المروحة. ونتيجةً لذلك، فإن استهلاك الهواء المضغوط أثناء التشغيل يكون شبه معدوم. ويمكن للنظام أن يحقِّق باستمرار نقطة الندى الضغطية ≤ –٤٠°م في ظل ظروف التشغيل القياسية، ليتوافق بذلك مع متطلبات الفئة ٢ حسب المعيار ISO 8573-1 فيما يتعلق بمحتوى الماء.
• ترشيح الهواء:  وقد وُفِّرت مرشحات أولية ومرشحات لاحقة (مرشحات تكثيفية من الدرجة المعتمدة من إدارة الأغذية والعقاقير FDA وبقدرة ترشيح ٠٫٠١ ميكرومتر) لضمان عدم انتقال أي زيت على الإطلاق.
• نظام التحكم:  يُنظِّم وحدة تحكم متقدمة من نوع PLC (من شركة Sigma Electric Controls) عملية تبديل أبراج التجفيف، ويقوم برصد نقطة الندى (باستخدام مستشعر إلكتروني مباشر) والضغط، ويحسّن سرعة المروحة. وقد وُفِّرت واجهة شاشة لمسية لمراقبة الحالة والتنبيهات. كما تم دمج النظام في نظام التحكم الموزَّع بالمصنع (DCS) لمراقبته عن بُعد.
• مواصفات الأداء:  تضمن المجففات بلوغ نقطة ندى ضغط تبلغ –40°م عند التحميل الكامل (ويمكن الوصول إلى –70°م عند التحميل الجزئي)، مع جودة هواء خالية من الزيوت (الفئة 1 حسب معيار ISO بعد الفلاتر). وتستهلك المروحة فقط 0.10 كيلوواط لكل متر مكعب/دقيقة، وهي قيمة أقل بكثير من الخسائر الناتجة عن عمليات التصريف في المجففات غير المزودة بالحرارة.
• ترشيح الهواء:  تقوم الفلاتر الأولية (فلاتر جسيمية بحجم 0.01 ميكرومتر، مصنوعة من مواد متوافقة مع متطلبات إدارة الأغذية والأدوية FDA) بإزالة أي غبار متبقٍ في خطوط الأنابيب أو جزيئات التآكل الناتجة عن الضاغط؛ بينما تقوم الفلاتر اللاحقة (بحجم 0.01 ميكرومتر) باحتجاز الجسيمات الدقيقة المحتملة الناتجة عن مادة التجفيف في أبراج المجففات، مما يضمن جودة هواء معقَّمة تلائم خطوط الإنتاج الصيدلانية.
• نظام التحكم:  وحدة تحكم متقدمة من نوع PLC (مثل وحدة Siemens S7-1200 أو ما يعادلها) تقوم بتنظيم تبديل أبراج التجفيف، ومراقبة نقطة الندى (باستخدام مستشعر إلكتروني مباشر) والضغط، وتحسين سرعة المروحة. وتوفّر واجهة مستخدم تعمل باللمس (HMI) عرضًا للحالة والتنبيهات. ويتم دمج النظام في نظام التحكم الموزَّع بالمصنع (DCS) لمراقبته عن بُعد.
• مواصفات الأداء:  تضمن المجففات تحقيق نقطة ندى ضغطٍ مستقرة تساوي أو تقل عن –40°م عند التحميل الكامل وفي ظروف الجو المحيط النموذجية. وتستهلك مروحة التجديد عادةً ما بين 0.10–0.12 كيلوواط لكل متر مكعب/دقيقة من سعة المجفف، وهي قيمة أقل بكثير من نسبة الفاقد في الهواء المضغوط التي تتراوح بين 15–25% في المجففات الخالية من الحرارة. كما تتوافق جودة الهواء الخارجة مع المواصفة القياسية ISO 8573-1: الفئة 1 بالنسبة للزيت (≤ 0.01 ملغ/م³) والفئة 2 بالنسبة للماء (نقطة ندى ضغط ≤ –40°م).

الشكل: خط إنتاج غرفة نظيفة في منشأة صيدلانية (للإيضاح فقط).

التوصيل والتركيب:  اتّبع المشروع جدولًا زمنيًّا منظمًا: حيث تمت الموافقة على تصميم النظام والرسومات الهندسية خلال ٤ أسابيع. وتم إنجاز اختبار القبول بالمصنع (FAT) للواحدات الجافة المجمَّعة في مصنعنا قبل الشحن. وتم التسليم إلى الموقع بعد ٣ أسابيع من إنجاز اختبار القبول بالمصنع. واستغرقت عملية التركيب (الموضَّحة أدناه) أسبوعين: تركيب الوحدات، وتوصيل الأنابيب، والتوصيلات الكهربائية، وتوصيل أسلاك التحكم.

وبعد إنجاز التركيب، أجرينا مرحلة تشغيل وتشغيل تمهيدي مدتها ٧ أيام، شملت اختبار القبول في الموقع (SAT) وتوثيق المؤهل التشغيلي (OQ) وفقًا للمعايير الصيدلانية. وسُجِّلت المعايير (نقطة الندى، استهلاك الطاقة) وأظهرت الامتثال الفوري. كما قدَّمنا تدريب المشغلين وتقرير القبول النهائي للعميل.

النتائج/الفوائد:  حلّت الواحدات الجافة الجديدة الخالية من النفث جميع المشكلات. ومن أبرز الفوائد ما يلي:

• نقطة ندى مستقرة:  أصبحت نقطة ندى الهواء الآن ثابتة عند –٤٥°م تحت الحمل الكامل، مع بقاء الذروات دون –٤٠°م (مقابل –٢٠°م سابقًا).
• توفير الطاقة:  أدى إلغاء تنقية الهواء المضغوط إلى التخلص من حوالي ١٥٪ من طاقة توليد الهواء المضغوط (أي الطاقة التي كانت ستُهدر عادةً على شكل هواء تنقية). وتبلغ قوة المروحة المقاسة فقط حوالي ١٠٪ من الطاقة الإضافية التي تستهلكها وحدة التجفيف الخالية من الحرارة بسبب فقدان هواء التنقية. وتُقدَّر وفورات الكهرباء السنوية بـ ≈¥160,000 (استنادًا إلى سعر الكهرباء الصناعي المحلي البالغ ٠٫٨ يوان صيني لكل كيلوواط ساعة). وللإيضاح، فإن إلغاء خسائر التنقية يوفِّر عادةً ما بين ١٥٪ و٢٠٪ من طاقة الضاغط، وهي نسبة أعلى بكثير من وفورات طريقة استرجاع الحرارة التي تتراوح بين ١٠٪ و١٢٪.
• الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفاظ على الحفا  يعمل دورة تجديد المروحة باستمرار وبتآكل ضئيل جدًّا (بدون صمامات تنقية تفتح وتغلق). كما يزداد عمر مادة المجفف الامتصاصي. ولم تحدث أي عمليات صيانة غير مجدولة أو أعطال خلال الأشهر الستة الأولى من التشغيل المستمر على مدار ٢٤ ساعة يوميًّا و٧ أيام أسبوعيًّا، مما يدل على موثوقية عالية.
• القضاء على التلوث:  وباستخدام ضواغط خالية من الزيت ومرشحات دقيقة، لاحظ العميل أن صفر  لم تقع أي حوادث تتعلق بالزيت أو الرطوبة منذ بدء التشغيل. وتحسَّنت جودة المنتج.

العميل راضٍ جدًّا عن الحل الجاهز. مقاييس الأداء  وتم تسجيل النتائج لإثبات العائد على الاستثمار: حيث انخفضت تكلفة الطاقة بنسبة ~12%. مقارنةً بالمجففات الخالية من الحرارة السابقة، تحسَّن استهلاك النظام الجديد للطاقة النوعي (كيلوواط لكل متر مكعب/دقيقة) بنسبة 50%. وحقَّق النظام تعويض تكلفته خلال أقل من 3 سنوات.

وكما عبَّر أحد مهندسي المصنع قائلًا: " توفر المجففات الجديدة هواءً جافًّا ثابت الجودة وتقلِّل من استهلاكنا للطاقة — وهذا بالضبط ما كنا بحاجة إليه." ”