在固體制劑的生產工藝中,沸騰干燥機是經常被選用的設備。沸騰干燥具有傳熱效果良好、生產能力大、溫度分布均勻、操作形式多樣、物料停留時間可調、投資費用低廉和維修工作量較小等優(yōu)點。在國內經過30多年的使用與改進,已顯示出其在干燥領域的*地位,目前在制藥、化工、食品等方面越來越體現出它的重要作用。
1沸騰干燥機的工作原理、流程與特點
1.1工作原理
沸騰干燥又稱流化床干燥,它利用熱空氣流使?jié)耦w粒懸浮,流態(tài)化的沸騰使物料進行熱交換,通過熱空氣把蒸發(fā)的水分或有機溶媒帶走,其采用熱風流動對物料進行氣—固二相懸浮接觸的質熱傳遞方式,達到濕顆粒干燥的目的[1]。流化床干燥技術涉及傳熱和傳質兩個相互過程。在對流干燥過程中,熱空氣通過與濕物料接觸將熱能傳至物料表面,再由表面?zhèn)髦廖锪蟽炔浚@是一個傳熱過程;而濕物料受熱后,表面水分首先氣化,而內部水分以液態(tài)或氣態(tài)擴散到物料表面,并不斷氣化到空氣中,使物料的水分逐漸降低,完成干燥,這是一個傳質過程。
1.2工作流程
物料通過料車運送到沸騰床,在氣缸頂升作用下通過密封圈與沸騰床密封。然后,空氣在引風機動力作用下,經過濾裝置凈化、散熱器加熱后,再經氣流分布板(篩網)分配進入沸騰床(干燥室)。料斗內的物料在熱風和攪拌作用下形成沸騰狀態(tài)(即流態(tài)化),在大面積氣、固兩相接觸中,物料內部的水分(或溶劑)在較短的時間內蒸發(fā)并隨排出空氣帶走,物料被干燥。
1.3技術特點
?。?)傳熱效果良好,床層內溫度比較均勻,具有很高的熱容量系數(或體積傳熱系數),生產能力大;
?。?)由于流化床內溫度分布均勻,可避免產品的任何局部過熱,所以特別適用于某些熱敏物料的干燥(如磨芋、聚丙烯酰胺等);
?。?)在同一設備內可以進行連續(xù)操作,也可進行間歇操作;
(4)物料在干燥器內的停留時間可以按需要進行調整,所以產品含水率穩(wěn)定;
?。?)獨立電氣柜和PLC人機交互操作控制,集成了所有干燥參數設置,操作安全方便;
?。?)干燥裝置機械傳動部件少,設備的投資費用低廉,維修工作量較小。
2對沸騰干燥機的改進建議
經過長期的應用和發(fā)展,沸騰干燥機在結構、性能方面都有了明顯的改善,質量也在不斷提高,但還存在著一些問題,下面結合生產實踐提出改進建議:
2.1對熱能利用不充分的改進建議
沸騰干燥機從形式上來說是一種空氣對流干燥設備,與傳導型干燥設備相比,能耗確實要大一些,但如果采取一些措施,則可以達到很好的節(jié)能效果。建議:(1)加強設備的密封效果。目前大多數沸騰干燥機料斗與設備本體采用平面法蘭連接,密封效果較差,建議設計時改用凹凸面法蘭連接;進口泵卡斯特紅酒(2)干燥器不少都采用鋼管纏繞翅片進行換熱,鋼管雖可節(jié)約材料成本,但換熱效果不好,建議改用銅管;(3)增加保溫措施。對熱交換器的外殼添加保溫層,減少熱能損失。
2.2對捕集除塵裝置的改進建議
能夠順利進行流化工藝操作的基本條件是物料具有良好的流化狀態(tài),率的過濾除塵器使這種狀態(tài)得以延續(xù)。過濾除塵器的除塵效率很大程度上決定了沸騰效果。目前使用的除塵方式主要有抖袋除塵和脈沖反吹除塵兩種。
2.2.1抖袋除塵
通過氣缸的往復運動實現捕集袋的搖振而達到除塵效果,其布袋采用防靜電、無纖維脫落布制作,捕集袋采用整體吊裝的形式。問題是布袋過濾器拆裝不方便,吊筋選材不太合理容易引起變形,導致密封不嚴,也會引起跑粉和風量的變化,既污染了環(huán)境,又降低了產品收率。建議:過濾袋采用卡箍連接方式進行連接,吊筋選用不易變形的剛性材料,同時定期檢查更換布袋。
2.2.2脈沖反吹除塵
隨著國產電磁閥技術的進一步提高與價位的進一步降低,脈沖反吹除塵逐漸成為捕集裝置的主流。目前采用的濾芯主要有布袋和不銹鋼燒結網兩種。其中,不銹鋼燒結網濾芯是*對任何物料收率均能保證達到99%以上的產品。由于現在清洗技術的難題已基本解決,不銹鋼燒結網濾芯在收率和使用壽命方面的優(yōu)勢逐步顯現,藥廠使用也越來越多。
另外,隨著環(huán)境保護的要求越來越高,建議完善除塵系統(tǒng),增加二次除塵裝置。
2.3關于氣流分布板(篩網)的改進建議
沸騰干燥機中的氣流分布板有兩個作用,一是支承物料層,二是使氣體分布均勻。分布板開孔的大小、形狀、分布態(tài)勢、開孔率等都對流體的分布起著至關重要的影響。氣體分布不均勻,會使床層中出現“環(huán)流”,其趨于易使床層中某些部位出現“溝流”,而其余部位則是死床,這時大部分氣體順著床層中的某些通道以“溝流”的形式短路通過床層離去,使氣固接觸大為惡化,這是應該著力避免的。良好的分布板設計,應能抑制床層中出現不均勻性,即當床層中某些部位由于壓降降低、氣流速度增高時,分布板所產生的阻力應能抑制氣流的增加,從而抑制流化的惡化。
目前大部分沸騰干燥機使用的氣流分布板形式單一,多采用垂直的打孔板或席形網板,物料在流化過程中很容易出現流化不均或產生死角等問題,不能確保顆粒中藥品的均勻度,同時單一的開孔形式也不能滿足不同藥品的生產工藝要求。另一方面,為了減少藥品的漏料損失,目前普遍采用多層網結構,氣流分布板和沸騰床體多采用大量螺栓固定,拆卸不方便,不易清洗干凈而產生殘留引起交叉污染等問題。建議:利用計算機流體動力學模型、傳熱與傳質模型,在氣流分布板設計時對孔距、孔徑、開孔率等參數進行空氣動力學、熱力學仿真計算并驗證,以滿足不同物料的生產工藝要求。在安裝方式上,連接方式制成可拆卸式,以確保實現快裝和*、*的清洗。
2.4對完善進風空氣處理的建議
熱空氣的采風口一般設置在輔機房,和加熱裝置、消音器安裝在一起,輔機房與潔凈區(qū)不設置直通的門窗,輔機房的空氣潔凈級別往往比較低,會影響藥用熱空氣的質量,這就要求設備本身有良好的凈化裝置,否則未凈化的空氣會污染藥品,難以達到GMP要求。
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