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實驗室沸騰干燥機原理、流程與特點
  • 發布日期:2016-06-12      瀏覽次數:5142
    • 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,它利用熱空氣流使濕顆粒懸浮,流態化的沸騰使物料進行熱交換,通過熱空氣把蒸發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,再由表面傳至物料內部,這是一個傳熱過程;而濕物料受熱后,表面水分首先氣化,而內部水分以液態或氣態擴散到物料表面,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(即流態化),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并隨排出空氣帶走,物料被干燥。
      1.3技術特點
      (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),生產能力大;
      (2)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);
      (3)在同一設備內可以進行連續操作,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。
      目前國內許多設備對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雖然配置了初、中、過濾器,但隨著運行時間的不斷增加,過濾器會出現堵塞或者破損,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。提早更換會增加成本,推遲更換又會帶來空氣質量下降的風險,從而影響產品的質量。建議:在過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,如果不進行除濕會對物料的干燥產生很大影響。建議:增加除濕裝置。許多設備的引風機與風閥不聯動,這可能會導致在風機停機和蝶閥關閉之間引起空氣倒流的現象。建議:風機的啟停與風閥的開關聯動起來,當風機啟動時風閥同時打開,而當風機停止運行時,風閥同步關閉,以保證不會發生空氣倒流。 
     
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