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關(guān)鍵詞:沸騰干燥;制藥;存在問題;改進(jìn)
在固體制劑的生產(chǎn)工藝中,沸騰干燥機(jī)是經(jīng)常被選用的設(shè)備。沸騰干燥具有傳熱效果良好、生產(chǎn)能力大、溫度分布均勻、操作形式多樣、物料停留時(shí)間可調(diào)、投資費(fèi)用低廉和維修工作量較小等優(yōu)點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)經(jīng)過30多年的使用與改進(jìn),已顯示出其在干燥領(lǐng)域的*地位,目前在制藥、化工、食品等方面越來越體現(xiàn)出它的重要作用。
1沸騰干燥機(jī)的工作原理、流程與特點(diǎn)
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(jìn)行熱交換,通過熱空氣把蒸發(fā)的水分或有機(jī)溶媒帶走,其采用熱風(fēng)流動(dòng)對(duì)物料進(jìn)行氣—固二相懸浮接觸的質(zhì)熱傳遞方式,達(dá)到濕顆粒干燥的目的[1]。流化床干燥技術(shù)涉及傳熱和傳質(zhì)兩個(gè)相互過程。在對(duì)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?nèi)部,這是一個(gè)傳熱過程;而濕物料受熱后,表面水分首先氣化,而內(nèi)部水分以液態(tài)或氣態(tài)擴(kuò)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(gè)傳質(zhì)過程。
1.2工作流程
物料通過料車運(yùn)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(fēng)機(jī)動(dòng)力作用下,經(jīng)過濾裝置凈化、散熱器加熱后,再經(jīng)氣流分布板(篩網(wǎng))分配進(jìn)入沸騰床(干燥室)。料斗內(nèi)的物料在熱風(fēng)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(nèi)部的水分(或溶劑)在較短的時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)并隨排出空氣帶走,物料被干燥。
1.3技術(shù)特點(diǎn)
(1)傳熱效果良好,床層內(nèi)溫度比較均勻,具有很高的熱容量系數(shù)(或體積傳熱系數(shù)),生產(chǎn)能力大;
(2)由于流化床內(nèi)溫度分布均勻,可避免產(chǎn)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);
(3)在同一設(shè)備內(nèi)可以進(jìn)行連續(xù)操作,也可進(jìn)行間歇操作;
(4)物料在干燥器內(nèi)的停留時(shí)間可以按需要進(jìn)行調(diào)整,所以產(chǎn)品含水率穩(wěn)定;
(5)獨(dú)立電氣柜和PLC人機(jī)交互操作控制,集成了所有干燥參數(shù)設(shè)置,操作安全方便;
(6)干燥裝置機(jī)械傳動(dòng)部件少,設(shè)備的投資費(fèi)用低廉,維修工作量較小。
2對(duì)沸騰干燥機(jī)的改進(jìn)建議
經(jīng)過長(zhǎng)期的應(yīng)用和發(fā)展,沸騰干燥機(jī)在結(jié)構(gòu)、性能方面都有了明顯的改善,質(zhì)量也在不斷提高,但還存在著一些問題,下面結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐提出改進(jìn)建議:
2.1對(duì)熱能利用不充分的改進(jìn)建議
沸騰干燥機(jī)從形式上來說是一種空氣對(duì)流干燥設(shè)備,與傳導(dǎo)型干燥設(shè)備相比,能耗確實(shí)要大一些,但如果采取一些措施,則可以達(dá)到很好的節(jié)能效果。建議:(1)加強(qiáng)設(shè)備的密封效果。目前大多數(shù)沸騰干燥機(jī)料斗與設(shè)備本體采用平面法蘭連接,密封效果較差,建議設(shè)計(jì)時(shí)改用凹凸面法蘭連接;(2)干燥器不少都采用鋼管纏繞翅片進(jìn)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(duì)熱交換器的外殼添加保溫層,減少熱能損失。
2.2對(duì)捕集除塵裝置的改進(jìn)建議
能夠順利進(jìn)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(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)捕集袋的搖振而達(dá)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(dǎo)致密封不嚴(yán),也會(huì)引起跑粉和風(fēng)量的變化,既污染了環(huán)境,又降低了產(chǎn)品收率。建議:過濾袋采用卡箍連接方式進(jìn)行連接,吊筋選用不易變形的剛性材料,同時(shí)定期檢查更換布袋。
2.2.2脈沖反吹除塵
隨著國(guó)產(chǎn)電磁閥技術(shù)的進(jìn)一步提高與價(jià)位的進(jìn)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(jié)網(wǎng)兩種。其中,不銹鋼燒結(jié)網(wǎng)濾芯是*對(duì)任何物料收率均能保證達(dá)到99%以上的產(chǎn)品。由于現(xiàn)在清洗技術(shù)的難題已基本解決,不銹鋼燒結(jié)網(wǎng)濾芯在收率和使用壽命方面的優(yōu)勢(shì)逐步顯現(xiàn),藥廠使用也越來越多。
另外,隨著環(huán)境保護(hù)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(guān)于氣流分布板(篩網(wǎng))的改進(jìn)建議
沸騰干燥機(jī)中的氣流分布板有兩個(gè)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(shì)、開孔率等都對(duì)流體的分布起著至關(guān)重要的影響。氣體分布不均勻,會(huì)使床層中出現(xiàn)“環(huán)流”,其趨于易使床層中某些部位出現(xiàn)“溝流”,而其余部位則是死床,這時(shí)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(yīng)該著力避免的。良好的分布板設(shè)計(jì),應(yīng)能抑制床層中出現(xiàn)不均勻性,即當(dāng)床層中某些部位由于壓降降低、氣流速度增高時(shí),分布板所產(chǎn)生的阻力應(yīng)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(jī)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(wǎng)板,物料在流化過程中很容易出現(xiàn)流化不均或產(chǎn)生死角等問題,不能確保顆粒中藥品的均勻度,同時(shí)單一的開孔形式也不能滿足不同藥品的生產(chǎn)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(wǎng)結(jié)構(gòu),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(chǎn)生殘留引起交叉污染等問題。建議:利用計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)模型、傳熱與傳質(zhì)模型,在氣流分布板設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)孔距、孔徑、開孔率等參數(shù)進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)仿真計(jì)算并驗(yàn)證,以滿足不同物料的生產(chǎn)工藝要求。在安裝方式上,連接方式制成可拆卸式,以確保實(shí)現(xiàn)快裝和*、*的清洗。
2.4對(duì)完善進(jìn)風(fēng)空氣處理的建議
熱空氣的采風(fēng)口一般設(shè)置在輔機(jī)房,和加熱裝置、消音器安裝在一起,輔機(jī)房與潔凈區(qū)不設(shè)置直通的門窗,輔機(jī)房的空氣潔凈級(jí)別往往比較低,會(huì)影響藥用熱空氣的質(zhì)量,這就要求設(shè)備本身有良好的凈化裝置,否則未凈化的空氣會(huì)污染藥品,難以達(dá)到GMP要求。
目前國(guó)內(nèi)許多設(shè)備對(duì)空氣處理單元的配置為:初效過濾器—中效過濾器—蒸汽加熱(或電加熱)—(亞)過濾器??諝馓幚硐到y(tǒng)雖然配置了初、中、過濾器,但隨著運(yùn)行時(shí)間的不斷增加,過濾器會(huì)出現(xiàn)堵塞或者破損,目前只能從外觀上來鑒別判斷是否需要更換,缺乏理論依據(jù)。提早更換會(huì)增加成本,推遲更換又會(huì)帶來空氣質(zhì)量下降的風(fēng)險(xiǎn),從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。建議:在過濾器前后增加壓差顯示裝置,當(dāng)壓差到達(dá)一定的數(shù)值后報(bào)警提示更換。
此外,大多設(shè)備沒有除濕裝置,空氣除濕問題始終存在,特別是在春末和夏季,空氣濕度很大,如果不進(jìn)行除濕會(huì)對(duì)物料的干燥產(chǎn)生很大影響。建議:增加除濕裝置。
許多沸騰干燥機(jī)設(shè)備的引風(fēng)機(jī)與風(fēng)閥不聯(lián)動(dòng),這可能會(huì)導(dǎo)致在風(fēng)機(jī)停機(jī)和蝶閥關(guān)閉之間引起空氣倒流的現(xiàn)象。建議:風(fēng)機(jī)的啟停與風(fēng)閥的開關(guān)聯(lián)動(dòng)起來,當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)風(fēng)閥同時(shí)打開,而當(dāng)風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí),風(fēng)閥同步關(guān)閉,以保證不會(huì)發(fā)生空氣倒流。
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