在固體制劑的生產(chǎn)工藝中，沸騰干燥機是經(jīng)常被選用的設備。沸騰干燥具有傳熱效果良好、生產(chǎn)能力大、溫度分布...

    　在固體制劑的生產(chǎn)工藝中，沸騰干燥機是經(jīng)常被選用的設備。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、投資費用低廉和維修工作量較小等優(yōu)點(diǎn)。在國內經(jīng)過(guò)30多年的使用與改進(jìn)，已顯示出其在干燥領(lǐng)域的獨特地位，目前在制藥、化工、食品等方面越來(lái)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(diǎn)
  　  1.1工作原理
   　 沸騰干燥又稱(chēng)流化床干燥，它利用熱空氣流使濕顆粒懸浮，流態(tài)化的沸騰使物料進(jìn)行熱交換，通過(guò)熱空氣把蒸發(fā)的水分或有機溶媒帶走，其采用熱風(fēng)流動(dòng)對物料進(jìn)行氣—固二相懸浮接觸的質(zhì)熱傳遞方式，達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(guò)程。在對流干燥過(guò)程中，熱空氣通過(guò)與濕物料接觸將熱能傳至物料表面，再由表面傳至物料內部，這是一個(gè)傳熱過(guò)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(gè)傳質(zhì)過(guò)程。
    1.2工作流程
    　物料通過(guò)料車(chē)運送到沸騰床，在氣缸頂升作用下通過(guò)密封圈與沸騰床密封。然后，空氣在引風(fēng)機動(dòng)力作用下，經(jīng)過(guò)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，物料內部的水分（或溶劑）在較短的時(shí)間內蒸發(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(chǎn)能力大；
    （2）由于流化床內溫度分布均勻，可避免產(chǎn)品的任何局部過(guò)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）在同一設備內可以進(jìn)行連續操作，也可進(jìn)行間歇操作；
    （4）物料在干燥器內的停留時(shí)間可以按需要進(jìn)行調整，所以產(chǎn)品含水率穩定；
    （5）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；
    （6）干燥裝置機械傳動(dòng)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(jìn)建議
    　經(jīng)過(guò)長(cháng)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(zhì)量也在不斷提高，但還存在著(zhù)一些問(wèn)題，下面結合生產(chǎn)實(shí)踐提出改進(jìn)建議：
    2.1對熱能利用不充分的改進(jìn)建議
    　沸騰干燥機從形式上來(lái)說(shuō)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(shí)要大一些，但如果采取一些措施，則可以達到很好的節能效果。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(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(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)，高效率的過(guò)濾除塵器使這種狀態(tài)得以延續。過(guò)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(guò)氣缸的往復運動(dòng)實(shí)現捕集袋的搖振而達到除塵效果，其布袋采用防靜電、無(wú)纖維脫落布制作，捕集袋采用整體吊裝的形式。問(wèn)題是布袋過(guò)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(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(guò)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(zhù)國產(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網(wǎng)兩種。其中，不銹鋼燒結網(wǎng)濾芯是唯一對任何物料收率均能保證達到99％以上的產(chǎn)品。由于現在清洗技術(shù)的難題已基本解決，不銹鋼燒結網(wǎng)濾芯在收率和使用壽命方面的優(yōu)勢逐步顯現，藥廠(chǎng)使用也越來(lái)越多。
    　另外，隨著(zhù)環(huán)境保護的要求越來(lái)越高，建議完善除塵系統，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(kāi)孔的大小、形狀、分布態(tài)勢、開(kāi)孔率等都對流體的分布起著(zhù)至關(guān)重要的影響。氣體分布不均勻，會(huì )使床層中出現“環(huán)流”，其趨于極端易使床層中某些部位出現“溝流”，而其余部位則是死床，這時(shí)大部分氣體順著(zhù)床層中的某些通道以“溝流”的形式短路通過(guò)床層離去，使氣固接觸大為惡化，這是應該著(zhù)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(shí)，分布板所產(chǎn)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(wǎng)板，物料在流化過(guò)程中很容易出現流化不均或產(chǎn)生死角等問(wèn)題，不能確保顆粒中藥品的均勻度，同時(shí)單一的開(kāi)孔形式也不能滿(mǎn)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(chǎn)生殘留引起交叉污染等問(wèn)題。建議：利用計算機流體動(dòng)力學(xué)模型、傳熱與傳質(zhì)模型，在氣流分布板設計時(shí)對孔距、孔徑、開(kāi)孔率等參數進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)仿真計算并驗證，以滿(mǎn)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)現快裝和徹底、完全的清洗。
    2.4對完善進(jìn)風(fēng)空氣處理的建議
    　熱空氣的采風(fēng)口一般設置在輔機房，和加熱裝置、消音器安裝在一起，輔機房與潔凈區不設置直通的門(mén)窗，輔機房的空氣潔凈級別往往比較低，會(huì )影響藥用熱空氣的質(zhì)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(huì )污染藥品，難以達到GMP要求。
    　目前國內許多設備對空氣處理單元的配置為：初效過(guò)濾器—中效過(guò)濾器—蒸汽加熱（或電加熱）—（亞）高效過(guò)濾器?？諝馓幚硐到y雖然配置了初、中、高效過(guò)濾器，但隨著(zhù)運行時(shí)間的不斷增加，高效過(guò)濾器會(huì )出現堵塞或者破損，目前只能從外觀(guān)上來(lái)鑒別判斷是否需要更換，缺乏理論依據。提早更換會(huì )增加成本，推遲更換又會(huì )帶來(lái)空氣質(zhì)量下降的風(fēng)險，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。建議：在高效過(guò)濾器前后增加壓差顯示裝置，當壓差到達一定的數值后報警提示更換。
    　此外，大多設備沒(méi)有除濕裝置，空氣除濕問(wèn)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 )對物料的干燥產(chǎn)生很大影響。建議：增加除濕裝置。
    　許多設備的引風(fēng)機與風(fēng)閥不聯(lián)動(dòng)，這可能會(huì )導致在風(fēng)機停機和蝶閥關(guān)閉之間引起空氣倒流的現象。建議：風(fēng)機的啟停與風(fēng)閥的開(kāi)關(guān)聯(lián)動(dòng)起來(lái)，當風(fēng)機啟動(dòng)時(shí)風(fēng)閥同時(shí)打開(kāi)，而當風(fēng)機停止運行時(shí)，風(fēng)閥同步關(guān)閉，以保證不會(huì )發(fā)生空氣倒流。
 2.5對設備與生產(chǎn)工藝結合不夠的改進(jìn)建議
    　干燥工藝流程與設備設計不合理，會(huì )導致能量損失很大。為徹底解決這些問(wèn)題，必須對產(chǎn)品的干燥特性進(jìn)行系統的研究，以確定最佳的干燥工藝參數，如對被干燥物料的性質(zhì)進(jìn)行研究。物料本身的性質(zhì)是影響干燥的最主要因素，物料的形狀、大小、堆積厚度、水分的結合方式、化學(xué)特性等都會(huì )影響干燥速率。國內除少數企業(yè)外，大部分設備制造企業(yè)缺乏對制劑工藝技術(shù)的了解和進(jìn)行工藝試驗的必要條件，對各種物料的使用條件了解也不是很充分，故導致研發(fā)不足，很難進(jìn)行新品種開(kāi)發(fā)。
    2.6對控制系統的改進(jìn)建議
   　 目前，流化床類(lèi)設備的操作參數一般以操作人員的經(jīng)驗設定為主，但其完全可以實(shí)現智能化，對工藝參數也可以實(shí)現追溯，這就對流化床類(lèi)設備的電氣控制系統提出了較高要求。在電氣控制系統中，需要有檢測溫度、濕度、壓力、壓差、風(fēng)速、操作時(shí)間、粉塵濃度等一系列裝置并得到基礎數據，然后通過(guò)變送器輸送和存儲到觸摸屏中，由觸摸屏對數據進(jìn)行儲存分析，然后制定一個(gè)合適的工藝路線(xiàn)，即可實(shí)現智能化控制。
    2.6.1溫度控制
    　常用熱風(fēng)加熱控制方式采用簡(jiǎn)單的“開(kāi)”、“關(guān)”模式，當溫度達到設定值時(shí)停止通汽，但換熱器仍然有余熱使空氣溫度繼續上升，反之亦然，這樣會(huì )造成溫度波動(dòng)過(guò)大，影響設備的干燥質(zhì)量。建議：通過(guò)控制蒸汽流量的大小來(lái)保持進(jìn)風(fēng)溫度的高低，開(kāi)始升溫時(shí)蒸汽流量較大，使進(jìn)風(fēng)溫度盡快接近設定值，然后自動(dòng)調節蒸汽量使其緩緩接近設定值，最后保持穩定的蒸汽量使進(jìn)風(fēng)溫度保持穩定。
    2.6.2進(jìn)風(fēng)量控制
    　大多的風(fēng)量控制設備采用變頻調速控制，但沒(méi)有安裝風(fēng)量測量元件，生產(chǎn)過(guò)程中只能根據物料的流化狀態(tài)隨時(shí)通過(guò)人工進(jìn)行風(fēng)量大小的調節，因此不能保證風(fēng)量的穩定和風(fēng)量的相對恒定，而物料的變化、過(guò)濾袋阻力的變化等因素都會(huì )對風(fēng)量的穩定造成影響，風(fēng)量的變化又可影響干燥速度。建議：在進(jìn)風(fēng)管安裝風(fēng)量測量元件，實(shí)現自動(dòng)控制，根據風(fēng)量大小自動(dòng)調節頻率，從而保持生產(chǎn)過(guò)程中風(fēng)量的基本恒定。
2.6.3在線(xiàn)濕度檢測
    　增加在線(xiàn)濕度檢測裝置。方便用戶(hù)根據實(shí)際情況調整參數，提高干燥的效率。
    2.6.4沸騰干燥工藝的重復性和可追溯性
    　在實(shí)際生產(chǎn)中，操作人員對每次生產(chǎn)的設備工藝參數都要重新進(jìn)行設定和修改，不能保證同樣的產(chǎn)品采用同樣的設備工藝參數進(jìn)行生產(chǎn)，也就談不上追溯性。根據GMP，要求設備能夠儲存一定量的生產(chǎn)工藝參數，確保生產(chǎn)的重復性和可追溯性，各個(gè)用戶(hù)根據品種的多少來(lái)設定。沸騰干燥設備一般要求能夠存儲50種生產(chǎn)工藝，而目前國產(chǎn)設備大多做不到這一點(diǎn)。建議對PLC控制系統、機械執行機構進(jìn)行改進(jìn)和擴展，使功能更完善。如具有足夠的內存，能夠儲存多種生產(chǎn)工藝，提供現場(chǎng)打印參數、數據保存、進(jìn)行數據與數據PC連接功能等。
    3結語(yǔ)
    　本文從流化床式沸騰干燥機的工作原理等入手，結合工藝操作參總結了生產(chǎn)過(guò)程中的一些問(wèn)題，并簡(jiǎn)要提出了該類(lèi)設備改進(jìn)的建議，希望設備生產(chǎn)廠(chǎng)家今后能研發(fā)出更多的能滿(mǎn)足制藥生產(chǎn)過(guò)程工藝要求、性能參數指標先進(jìn)、可操作性強、環(huán)保、節能及經(jīng)濟技術(shù)指標先進(jìn)的制藥干燥設備。
　　來(lái)源：中國制藥裝備協(xié)會(huì )