一种制药设备的余热回收系统的制作方法

本实用新型涉及热量回收装置，具体涉及一种制药设备的余热回收系统。

背景技术：

在制药领域中，大部分产品需要进行灭菌处理，高温灭菌柜因其具有较高的灭菌效率而受到广泛的应用。在使用过程中，一般的高温灭菌柜内的温度设定为120℃左右，在实际生产中，通常由过热水为高温灭菌柜提供高温，120℃的过热水在管路内流动，灭菌后的过热水需要进行冷却后再排出。过热水的热量由水蒸气提供，利用锅炉对经过软化的水进行加热，产生的水蒸气对管道内的过热水进行加热。而对灭菌后的过热水的冷却则由水冷系统完成，冷却水对过热水进行冷却后经过冷却塔降温，再循环使用。

在现有技术中，上述制药工艺中存在较多的热量浪费：一方面，对过热水进行冷却后的冷却水的水温达到90-110℃，这些热水需要经过冷却塔的冷却，增加了冷却塔的负荷和能耗；另一方面，锅炉在工作过程中产生的热水蒸气变成冷凝水后，含有大量的热量，也造成了热量的浪费；与此同时，制药生产车间中，在进行液体药物的灌装生产时，原料液需要加热，需要热量供给。现有的制药生产现场中，需要加热的设备(或工艺)和需要冷却的设备(或工艺)之间的热量没有得到交换，造成生产现场的耗能高，能量浪费大，生产成本高；并且，锅炉中以水蒸气的方式耗散掉的水需要不断补充，这些补充的水需要经过软化处理，也造成资源的浪费和成本的升高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有技术存在的问题和不足，提供一种制药设备的余热回收系统，该制药设备的余热回收系统能够将多余的热量进行充分回收和利用，同时也对锅炉中的水资源进行回收利用，从而降低整个制药生产现场的能耗，降低生产成本，节约资源。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是：

一种制药设备的余热回收系统，包括灭菌柜余热导出系统、冷凝水余热导出系统以及余热回收利用系统，其中，所述灭菌柜余热导出系统包括第一管路以及沿着液流方向依次设在第一管路上的第一储水箱、第一加压泵、第一换热器，其中，第一管路的始端与灭菌柜的冷却水出口连接，所述第一管路的末端接入灭菌柜的冷却塔的回水管，冷却塔的出水端接入灭菌柜的冷却系统；所述冷凝水余热导出系统包括第二管路以及沿着液流方向依次设在第二管路上的第二储水箱、第二加压泵、第二换热器，其中，第二管路的始端与锅炉系统的冷凝水的出水端连接，所述第二管路的末端接入锅炉系统；所述余热回收利用系统包括第三管路以及沿着液流方向依次设在第三管路上形成循环结构的第三换热器、循环泵、热水储水箱，其中，所述循环泵和热水储水箱之间的管路分成并联的两条分管路，其中一条分管路与第一换热器连接，另一条分管路与第二换热器连接；所述第三换热器与药液生产系统中的原料液输送管路连接。

上述制药设备的余热回收系统的工作原理是：

从灭菌柜流出的冷却水，会流进设置在第一管路上的第一储水箱，第一储水箱中的水位达到设定值时，将会打开开关，使第一管路中的水继续往下流，经过第一加压泵的加压后，水流进第一换热器，从而进行热量交换，从第一换热器流出后，经过回水管流回到冷却塔，进行冷却；同样地，从锅炉系统流出的冷凝水，会流进设置在第二管路上的第二储水箱，第二储水箱中的水位达到设定值时，将会打开开关，使第二管路中的水继续往下流，经过第二加压泵的加压后，水流进第二换热器，从而进行热量交换，从第二换热器流出后，经过回水管流回到锅炉系统；与此同时，余热回收利用系统中低温度的水沿着第三管路流到循环泵，经过循环泵的循环循环作用后，沿着分管路分别流进第一换热器和第二换热器，进行热量交换，热水从第一换热器和第二换热器流出后，汇集到一起，流进第三管路，接着流进热水储水箱，达到一定的水位后，从热水储水箱流出，最后流进第三换热器，在第三换热器内进行完热量交换后，流回到第三管路中，进行下一次的热量交换。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述第三管路上在第三换热器和循环泵之间设有补水系统，该补水系统包括补水管路以及沿着液流方向依次设在补水管路上的补水箱、补水泵、膨胀水箱。余热回收利用系统在运动过程中循环水会不断损耗，设置上述补水系统的可以为余热回收利用系统及时补充循环水，其工作原理为：补水泵首先将补水箱中的循环水输送至膨胀水箱中存储，膨胀水箱中对其中的循环水保持有一定的压力，使得这些循环水能够自动的补充到余热回收利用系统的第三管路上，并使系统中的水受热后有膨胀的余地，以及排放系统中的空气。

本实用新型的一个优选方案，所述灭菌柜的冷却水出口上设有上出水管和下出水管两条并列管路，其中下出水管与灭菌柜余热导出系统的第一管路连接，上出水管与冷却塔连接。这样设置的目的在于根据冷却水的温度决定是否对该冷却水进行预热回收：灭菌柜内通常设置两组灭菌模块，当只有一组灭菌工作模块工作时，冷却水的温度较低，通常低于70℃，此时可以将冷却水直接接入冷却塔，加速冷却水的回用；而当两组灭菌模块工作时，冷却水的出水温度一般达到70-100℃，此时将该冷却水接入灭菌柜余热导出系统进行热量回收。

本实用新型的一个优选方案，所述第一加压泵为两个，并联设置在第一管路上；所述第二加压泵为两个，并联设置在第二管路上；所述循环泵为两个，并联设置在第三管路上；所述补水泵为两个，并联设置在补水管路上。通过设置两个并联的第一加压泵、第二加压泵、循环泵以及补水泵，其中一个正常使用，另一个用作备用，从而确保余热回收系统可靠地运行，不因其中一个泵出现故障而影响系统的运作。

本实用新型的一个优选方案，在所述灭菌柜余热导出系统中，所述第一换热器的进出水端之间设有冲洗旁路，该冲洗旁路由冲洗管路和阀门构成；在所述冷凝水余热导出系统中，所述第二换热器的进出水端之间设有冲洗旁路，该冲洗旁路由冲洗管路和阀门构成；在所述余热回收利用系统中，所述第一换热器和第二换热器的进出水端之间设有冲洗旁路，该冲洗旁路由冲洗管路和阀门构成。设置冲洗旁路用于对相应的管路冲洗，冲洗时，将对应的换热器的进出水口上的阀门关闭，打开冲洗旁路中的阀门，使得水在管道内循环流动实现冲洗，防止管道堵塞。

本实用新型的一个优选方案，在所述灭菌柜余热导出系统中，沿着水流方向，在第一储水箱和第一换热器之间的第一管路上以及在第一换热器之后的第一管路上均设有温度传感器、压力变送器、温度计以及压力表；在所述冷凝水余热导出系统中，沿着水流方向，在第二储水箱和第二换热器之间的第二管路上以及在第二换热器之后的第二管路上均设有温度传感器、压力变送器、温度计以及压力表；在所述余热回收利用系统中，沿着水流方向，在第三换热器与循环泵之间的第三管路上以及在第一换热器、第二换热器与热水储水箱之间的第三管路上均设有温度传感器、压力变送器、温度计以及压力表。其中，所述温度传感器和压力变送器分别用于检测管道内的温度和压力，便于将这些参数传输给控制系统，或者通过远程传输的方式输送至监控中心，从而实时监控设备的运行状态；所述温度计以及压力表用于现场显示管道的温度和压力，便于现场监控和掌握设备运行情况。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述下出水管上设有过滤器和蝶阀。过滤器主要是对从灭菌柜流出的水进行过滤，减少杂质的干扰以及对整个系统的影响；蝶阀主要是对灭菌柜流出的水进行实时的开关。

本实用新型的一个优选方案，所述第一储水箱和第二储水箱上均设有测位计，该测位计为磁板液位计。该磁板液位计可直接用来观察储水箱内水位的高度，据此来确定对控制阀门的开关；该磁板液位计观察直观、清晰，安装方便，维修简单。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述第一换热器和第二换热器均为板式换热器。采用板式换热器作为第一换热器和第二换热器，具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、使用寿命长等优点。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述储热水箱上端设有出水口，下端设有进水口；其中，进水口通过第三管路与第一换热器、第二换热器连接，出水口通过第三管路与第三换热器连接。上述结构的储热水箱简单，安装方便，对于控制温度以及储热有很好的效果。

本实用新型的一个优选方案，所述第三换热器包括双层空间结构的预热罐体，该预热罐体的内层空间的底部和顶部分别设有原料液进口和原料液出口；该预热罐体的外层空间的上部和下部分别设有与第三管路连接的进水接口和出水接口。待预热的原料液从原料液进口进入，并经过内层空间后从原料液出口排出，而余热回收利用系统中的热水从进水接口进入，并经过外层空间后从出水接口中排出，该过程中，外层空间中的热水与内层空间中的原料液进行热交换，实现对原料液的预热。

本实用新型的一个优选方案，还包括智能控制系统，该智能控制系统包括智能控制柜和数个变频器，其中，所述智能控制柜由PLC控制系统构成，所述变频器通过电路分别与第一加压泵、第二加压泵、循环泵以及补水泵连接。通过调节变频器的参数对管路中的第一加压泵、第二加压泵、循环泵以及补水泵进行控制，使余热回收系统中的每个管路中的泵都处于可控的状态。

本实用新型与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、利用灭菌柜余热导出系统和冷凝水余热导出系统分别将灭菌柜中冷却后的热水和锅炉中的冷凝水导出，并分别通过第一换热器和第二换热器同时与余热回收利用系统中的水进行热交换，而余热回收利用系统中受热后的水的热量再通过第三换热器转移给需要预热的原料液，从而实现对整个制药现场中的余热进行充分的回收和重复利用，减少资源的消耗，降低生产成本。

2、冷凝水经过第二换热器的热量转移后，流回到锅炉系统中；由于锅炉中的水是需要经过软化处理的软水，这种软水在加热过程中，能大大地减少锅炉中污垢以及沉淀物，有点利于保护锅炉，延长锅炉的寿命，如果采用普通的方式向锅炉中补充水，则需要对补充的水进行软化处理；而本实用新型中，由水蒸气形成的冷凝水是锅炉中经过软化处理的软水，因此无需再软化而直接补充使用，使水资源得到循环利用，降低成本。

附图说明

图1为本实用新型制药设备的余热回收系统的平面结构示意图。

图2为图1中的灭菌柜余热导出系统的平面结构示意图。

图3为图1中的冷凝水余热导出系统的平面结构示意图。

图4为图1中的余热回收利用系统的平面结构示意图。

图5为图1中的第一管路中的温度传感器、压力变送器、温度计以及压力表的平面结构示意图。

具体实施方式

为了使本专业技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型作进行进一步解释，但本实施例不应看作是对本实用新型的限定。

参见图1，本实施例中的一种制药设备的余热回收系统，包括灭菌柜9余热导出系统1、冷凝水余热导出系统2以及余热回收利用系统3。

所述灭菌柜9余热导出系统1包括第一管路1-1以及沿着液流方向依次设在第一管路1-1上的第一储水箱1-2、第一加压泵1-3、第一换热器1-4，其中，第一管路1-1的始端与灭菌柜9的冷却水出口连接，所述第一管路1-1的末端接入灭菌柜9的冷却塔10的回水管，冷却塔10的出水端接入灭菌柜9的冷却系统；所述冷凝水余热导出系统2包括第二管路2-1以及沿着液流方向依次设在第二管路2-1上的第二储水箱2-2、第二加压泵2-3、第二换热器2-4，其中，第二管路2-1的始端与锅炉系统的冷凝水的出水端连接，所述第二管路2-1的末端接入锅炉系统；所述余热回收利用系统3包括第三管路3-1以及沿着液流方向依次设在第三管路3-1上形成循环结构的第三换热器3-2、循环泵3-3、热水储水箱3-4，其中，所述循环泵3-3和热水储水箱3-4之间的管路分成并联的两条分管路，其中一条分管路与第一换热器1-4连接，另一条分管路与第二换热器2-4连接；所述第三换热器3-2与药液生产系统中的原料液输送管路连接。

参见图1和图4，所述第三管路3-1上在第三换热器3-2和循环泵3-3之间设有补水系统3-11，该补水系统3-11包括补水管路3-111路以及沿着液流方向依次设在补水管路3-111路上的补水箱3-112、补水泵3-113、膨胀水箱3-114。余热回收利用系统3在运动过程中循环水会不断损耗，设置上述补水系统3-11的可以为余热回收利用系统3及时补充循环水，其工作原理为：补水泵3-113首先将补水箱3-112中的循环水输送至膨胀水箱3-114中存储，膨胀水箱3-114中对其中的循环水保持有一定的压力，使得这些循环水能够自动的补充到余热回收利用系统3的第三管路3-1上，使系统中的水受热后有膨胀的余地，以及排放系统中的空气。

参见图1-图2，所述灭菌柜9的冷却水出口上设有上出水管4和下出水管5两条并列管路，其中下出水管5与灭菌柜9余热导出系统1的第一管路1-1连接，上出水管4与冷却塔10连接。这样设置的目的在于根据冷却水的温度决定是否对该冷却水进行预热回收：灭菌柜9内通常设置两组灭菌模块，当只有一组灭菌工作模块工作时，冷却水的温度较低，通常低于70℃，此时可以将冷却水直接接入冷却塔10，加速冷却水的回用；而当两组灭菌模块工作时，冷却水的出水温度一般达到70-100℃，此时将该冷却水接入灭菌柜9余热导出系统1进行热量回收。

参见图1-图4，所述第一加压泵1-3为两个，并联设置在第一管路1-1上；所述第二加压泵2-3为两个，并联设置在第二管路2-1上；所述循环泵3-3为两个，并联设置在第三管路3-1上；所述补水泵3-113为两个，并联设置在补水管路3-111路管路上。通过设置两个并联的第一加压泵1-3、第二加压泵2-3、循环泵3-3以及补水泵3-113，其中一个正常使用，另一个用作备用，从而确保余热回收系统可靠地运行，不因其中一个泵出现故障而影响系统的运作。

参见图1-图4，在所述灭菌柜9余热导出系统1中，所述第一换热器1-4的进出水端之间设有冲洗旁路6，该冲洗旁路6由冲洗管路和阀门构成；在所述冷凝水余热导出系统2中，所述第二换热器2-4的进出水端之间设有冲洗旁路6，该冲洗旁路6由冲洗管路和阀门构成；在所述余热回收利用系统3中，所述第一换热器1-4和第二换热器2-4的进出水端之间设有冲洗旁路6，该冲洗旁路6由冲洗管路和阀门构成。设置冲洗旁路6用于对相应的管路冲洗，冲洗时，将对应的换热器的进出水口上的阀门关闭，打开冲洗旁路6中的阀门，使得水在管道内循环流动实现冲洗，防止管道堵塞。

参见图1-图5，在所述灭菌柜9余热导出系统1中，沿着水流方向，在第一储水箱1-2和第一换热器1-4之间的第一管路1-1上以及在第一换热器1-4之后的第一管路1-1上均设有温度传感器11、压力变送器12、温度计13以及压力表14；在所述冷凝水余热导出系统2中，沿着水流方向，在第二储水箱2-2和第二换热器2-4之间的第二管路2-1上以及在第二换热器2-4之后的第二管路2-1上均设有温度传感器11、压力变送器12、温度计13以及压力表14；在所述余热回收利用系统3中，沿着水流方向，在第三换热器3-2与循环泵3-3之间的第三管路3-1上以及在第一换热器1-4、第二换热器2-4与热水储水箱3-4之间的第三管路3-1上均设有温度传感器11、压力变送器12、温度计13以及压力表14。其中，所述温度传感器11和压力变送器12分别用于检测管道内的温度和压力，便于将这些参数传输给控制系统，或者通过远程传输的方式输送至监控中心，从而实时监控设备的运行状态；所述温度计13以及压力表14用于现场显示管道的温度和压力，便于现场监控和掌握设备运行情况。

参见图2，所述下出水管5上设有过滤器和蝶阀。过滤器主要是对从灭菌柜9流出的水进行过滤，减少杂质的干扰以及对整个系统的影响；蝶阀主要是对灭菌柜9流出的水进行实时的开关。

参见图1-图3，所述第一储水箱1-2和第二储水箱2-2上均设有测位计7，该测位计7为磁板液位计。该磁板液位计可直接用来观察储水箱内水位的高度，据此来确定对控制阀门的开关；该磁板液位计观察直观、清晰，安装方便，维修简单。

参见图1-图4，所述第一换热器1-4和第二换热器2-4均为板式换热器。采用板式换热器作为第一换热器1-4和第二换热器2-4，具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、使用寿命长等优点。

参见图1和图4，所述储热水箱3-4上端设有出水口，下端设有进水口；其中，进水口通过第三管路3-1与第一换热器1-4、第二换热器2-4连接，出水口通过第三管路3-1与第三换热器3-2连接。上述结构的储热水箱简单，安装方便，对于控制温度以及储热有很好的效果。

参见图1和图4，所述第三换热器3-2包括双层空间结构的预热罐体，该预热罐体的内层空间的底部和顶部分别设有原料液进口3-21和原料液出口3-22；该预热罐体的外层空间的上部和下部分别设有与第三管路3-1连接的进水接口3-23和出水接口3-24。待预热的原料液从原料液进口3-21进入，并经过内层空间后从原料液出口3-22排出，而余热回收利用系统3中的热水从进水接口3-23进入，并经过外层空间后从出水接口3-24中排出，该过程中，外层空间中的热水与内层空间中的原料液进行热交换，实现对原料液的预热。

参见图1-图4，本实施例的制药设备的余热回收系统还包括智能控制系统8，该智能控制系统8包括智能控制柜8-1和数个变频器8-2，其中，所述智能控制柜8-1由PLC控制系统构成，所述变频器8-2通过电路分别与第一加压泵1-3、第二加压泵2-3、循环泵3-3以及补水泵3-113连接。通过调节变频器8-2的参数对管路中的第一加压泵1-3、第二加压泵2-3、循环泵3-3以及补水泵3-113进行控制，使余热回收系统中的每个管路中的泵都处于可控的状态。

参见图1-5，本实施例中的制药设备的余热回收系统的工作原理是：

在高温灭菌柜9结束灭菌的程序后，接着打开连接在冷却塔10下方的冷却水管的开关，冷却塔10的水从固定管道流到灭菌柜9里面，流经柜内温度测量仪的时候，温度测量仪会对管道里的水温进行测量，然后对水进行分流，其中70°及以下的水将会从上出水管4流回冷却塔10，进行冷却，以备下次冷却使用，而70°到100°的水将从下出水管5通过过滤器和蝶阀流往第一储水箱1-2，通过磁板液位计的观察，在满足水位要求的情况下，打开蝶阀的开关，热水从第一储水箱1-2流出，流进第一管路1-1，经过第一管路1-1上的第一加压泵1-3的加压后，热水通过第一换热器1-4的进口端流进换热器内部，水流在沿着内部管道流动过程中，将热量传递给热器内另一管道中的水，接着从第一换热器1-4的出口端流出，由于在换热器内部流动的时候，热量已经传递给另一管道上的水，此时流出的水温已经降低，接着水通过第一管路1-1，流回冷却塔10，进行冷却，以备下次冷却使用。同样地，从锅炉系统流出的冷凝水，通过冷凝水进口管流进第二储水箱2-2，通过磁板液位计的观察，在满足水位要求的情况下，打开蝶阀的开关，热水从第二储水箱2-2流出，流进第二管路2-1，经过管道上的第二加压泵2-3的加压后，热水通过第二换热器2-4的进口端流进换热器内部，水流在沿着内部管道流动过程中，将热量传递给热器内另一管道中的水，接着从第二换热器2-4的出口端流出，由于在换热器内部流动的时候，热量已经传递给另一管道上的水，此时流出的水温已经降低，接着水通过第二出水管，流至锅炉系统。与此同时，余热回收利用系统3中的循环泵3-3对第三管路3-1中的水进行循环驱动，使得水在系统中不断循环流动，第二管路2-1的水分为两个管路分别流进第一换热器1-4和第二换热器2-4，在流经换热器的管道的过程中，热量从第一管路1-1和第二管路2-1的水传递到第三管路3-1的水上，接着水分别从第一换热器1-4、第二换换热器的出口端流出，由于在换热器中实现了热量的转移，此时的水的温度较高，水流出后，接着热水经过储热水箱下端的进水口流进储热水箱里，当水位到达一定的位置时，热水从上端的出水口流出，流入第三换热器3-2的外层空间中，在此之前，原料液已经从原料液进口3-21管道进入到第三换热器3-2的内层空间里，当热水流过第三换热器3-2的外层空间的同时，能量慢慢从热水传递到原料液上，实现了能量的转移，水流将从出水接口3-24流出，进行下次的循环流动。

在余热回收利用系统3中运行的过程中，补水箱3-112中的水流出到补水管路3-111路，经过补水泵3-113的加压后，流至膨胀水箱3-114，膨胀水箱3-114使系统中的水受热后有膨胀的余地，以及排放系统中的空气，然后水流从膨胀水箱3-114流出，流入第三管路3-1，为余热回收利用系统3的管路及时补充水。

上述为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。