流化床干燥机工作原理 沸腾干燥机顶喷制粒功能及温度控制研究

 2019-01-14 12:58:27   |    241   |    盛力干燥机   |    
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张大虎1  徐普兴2  苑兆国3  刘方伟2  王  英2

        摘  要:介绍了沸腾干燥机的组成、工作原理及特点,针对原沸腾干燥机缺少制粒功能及温度控制方面的设计缺陷,结合目前沸腾干燥机的使用现状,对其进行了相应的改进,增加了顶喷制粒功能,并提高了设备温控精度。改进后的沸腾干燥机的顶喷制粒效果较好,温度控制精准,节约了企业投资成本,实现了一机两用功能。

      关键词:沸腾干燥机;流化床;顶喷制粒;温度控制

       0  引言

       沸腾干燥机是口服固体制剂干燥领域中发展最快、应用最广泛的一种高效的干燥设备,主要适用于湿软材、湿物料(颗粒)中水分的快速去除,以便制成干粉体、干物料(颗粒)等固体产品。沸腾干燥机在生产过程中,湿物料经送风保持悬浮沸腾状态后,其与空气的表面积增大,在热风干燥气流中不断进行热交换,快速带走湿物料中的水分。干燥完成时间仅需几分钟至几十分钟,生产出来的产品具有良好的流动性、分散性和溶解性。由于沸腾干燥机生产出来的产品质量好,操作快捷,省时省力,因此该设备倍受制药行业的青睐。

      但是,常用的沸腾干燥机仅具有干燥功能,只适用于湿物料(软材、颗粒)的干燥,并不能满足产品制粒等需求。因此,我们充分考虑目前该设备的使用现状,利用现有资源,在原设备基础上对其进行了改进,使得改进后的沸腾干燥机能够更好地满足产品的生产需求。

       1  沸腾干燥机的组成、工作原理与特点

       1.1  组成

       沸腾干燥机由进风过滤系统(初效、中效、高效空气过滤器)、蒸汽加热器、主机(物料室、扩展室)、引风机、除尘器、电气控制系统、操作台等部件组成。

       1.2  工作原理

       沸腾干燥机利用末端引风机的引风作用,将前端的空气通过过滤器和加热器引入到送风管道内,再通过物料室底部的气流分布板,将热空气分布均匀地引入物料室和扩展室,由于风压的作用,湿物料在干燥机内形成沸腾状态,并与热空气的接触表面积增大,不断进行广泛接触,水分被快速蒸发,从而在较短时间内完成物料的干燥。最后,废气由风机通过过滤室和除尘器过滤后排出。

       1.3  特点

(1)湿颗粒在热风的鼓动下,不断地处于沸腾状态,运动激烈,热交换迅速,流态化干燥,干燥速度快、时间短;

(2)操作过程简单,只要设定好进风温度,物料由湿变干的过程均在负压条件下的闭密容器内操作,密封性好,干燥过程不需要翻动物料,无粉尘飞扬,倾翻缷料,方便迅速;

(3)干燥后的物料水分均匀,可通过控制物料在容器内停留的时间长短,使物料干燥至预期水分;

(4)由于物料处于沸腾状态,容器内温度高低可控,分布均匀,不存在物料局部过热的情况,所以也适用于某些对热敏感物料的干燥;

(5)在制作安慰剂时,如果使用烘箱干燥,物料的色差迁移问题不易解决,而沸腾干燥机可解决物料中所含色素等可能随水分迁移的问题;

(6)对不同物料的适应性比较好,设备体积小,生产能力强,热效率高,操作控制方便,颗粒破损率小。

       2  沸腾干燥机增加顶喷制粒功能的研究

       2.1  沸腾干燥机的设计缺陷

       随着生产品种的不断增加,需要越来越多地使用到顶喷制粒工艺,而目前所用的沸腾干燥设备仅具有干燥功能,已无法满足现有品种的生产需求,不能做到一机多用。

       2.2  沸腾干燥机新增功能的改进

       2.2.1  增加顶喷制粒的功能性配件

       沸腾干燥机增加顶喷制粒功能所需的配件有:喷枪、50 L配液容器(气动马达搅拌)、蠕动泵(带调速)、移动车、控制系统(包括PLC制粒控制、防爆电机、防爆控制柜、变频器等,用于顶喷制粒的控制)。改进后的功能性配件如图1所示。

        2.2.2  改进方法

        2.2.2  改进方法

       根据流化床及制粒干燥原理:黏合剂与压缩空气形成雾化效果,首先与物料室内不断沸腾的粉末形成液体桥,不断干燥后形成固体桥,然后通过反复喷雾,逐渐变成大颗粒,最后干燥至合格水分即可。

      将沸腾干燥机的扩展段拆下,选取操作时扩展段侧面位置上、中、下3处,均匀钻开100 mm的相同圆孔,根据顶喷时所需实际距离在一个圆孔处安装喷枪,其余两个圆孔用盲板密封,将压缩空气管引至喷枪,连接好蠕动泵,改造完毕。开启电源,打开蠕动泵与压缩空气,开始喷液,证实雾化效果较好。

       3  沸腾干燥机的温度控制

       3.1  温度控制方面的设计缺陷

       沸腾干燥机的加热控制方法:饱和蒸汽通过加热室内的列管加热,在加热室内的出风口处安装一个温度计与控制操作系统相连,控制系统温度,通过控制加热室与蒸汽电磁阀的联动来控制进风的加热温度。温度探头如图2所示。

流化床干燥机工作原理 沸腾干燥机顶喷制粒功能及温度控制研究

当实际温度达到设定温度时,蒸汽电磁阀关闭,但加热列管内仍然有余热使温度继续上升。同理,加热列管温度低于设定温度时,也会出现温度浮动较大的情况,引起温度控制范围落差大和物料室内物料干燥温度不可控的问题,影响干燥及制粒效果。究其原因是蒸汽压力大小设置和温度计安装位置不合理。

       3.2  温度控制的改进方案

       3.2.1  改变温度计安装位置

       因沸腾干燥机的原控制温度探头位于蒸汽加热室的出风口处,蒸汽加热具有时效性,显示达到设定温度后,实际温度有一个上升或下降的过程,影响实际的显示温度,且影响范围较大,进而影响干燥机的使用效果,频繁控温,易造成温度控制紊乱,起不到可靠的控温效果,因此我们考虑增加缓冲区,增加加热管距离,避开实际缓冲温度的影响,在进风段进风口处(图3)焊接热电偶接头。

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       将图2位置的温度探头移至图3处,用前移的温度探头控制沸腾干燥机的设定温度,从而控制蒸汽电磁阀的开闭,在原图2位置处安装一个数显温度计,同时观察加热室温度。

        3.2.2  控制蒸汽压力

        若蒸汽加热控温初始调节有序,可大大减少精确控温所需的时间。

操作时,先打开沸腾干燥机控制系统,设定好控制温度,先让蒸汽电磁阀工作,再慢慢排尽蒸汽冷凝水。初始进风温度设置不宜过高,蒸汽阀门压力不宜过大,以不超过0.1 MPa为宜。如果温度设置过高、压力过大,进入的蒸汽量就越大,温度容易过高,相应地就会增加调温、控温时间。因此初始控温以40 ℃为宜,后续以递增方式提高温度。

       3.2.3  增加物料室温度计

       在沸腾干燥机的物料段处焊接热电偶接头,安装温度探头,可实时显示物料温度,通过调节进风温度来控制物料温度。物料段的温度控制如图4所示。

       4  改进后的设备试制

       4.1  试制所用设备仪器清单

沸腾干燥机(常州某公司)、电子秤(中山某公司)、快速水分测定仪(Sartorlus Weighing Technology Gmbh)、电子天平(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司)、摇摆制粒机、三维混合机(丹东某公司)、高速压片机(北京某公司)。

       4.2  试制所用物料准备

包衣粉(绿色)、乳糖(江苏道宁药业有限公司)、交联羧甲基纤维素钠(德国瑞登梅尔父子公司)、吐温-80(南京威尔化工有限公司)、微晶纤维素(湖州展望药业有限公司)。

       4.3  方法与结果

       4.3.1  试制方法

       先空白试机,再试制一批真药(用绿色包衣粉代替原料,方便观察物料的混合均匀性)。

       具体试制方法:先使用摇摆制粒机分别过筛包衣粉、乳糖、微晶纤维素,再使用电子秤或电子天平按处方量精确称量后,投入到沸腾干燥机的物料室内,开启风机使物料在设备内沸腾,预混,预热;另取交联羧甲基纤维素钠、吐温-80适量,用水溶解,将其作为制粒的黏合剂。待设备进风温度控制在设定温度范围时,先用水调整喷枪雾化大小及流速,将蠕动泵吸管接入到配制好的黏合剂内。开始喷枪,同时观察物料沸腾和喷枪雾化情况并做适度调整,使物料处于良好的沸腾状态,不会发生明显的物料粘连现象。注意对过滤布袋定时“抖袋”。待黏合剂喷完后,提高送风温度,物料干燥至控制的水分标准后,停机出料,使用摇摆制粒机整粒,混合,压片。

       4.3.2  试制结果

       空白试机及真药试机预混制粒干燥的动态监控记录分别如表1、表2所示。

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       通过空白试机及试制一批真药,所制出来的颗粒细小均匀、外观色泽一致,经压片后的片重稳定、片面光泽,其硬度、脆碎度及溶出结果均符合工艺要求。可见改进后的沸腾干燥机通过前移温度探头,从而控制蒸汽电磁阀的频繁开闭,减少了蒸汽加热余温对系统控制温度的影响,避免了加热室温度的巨幅波动,将温度控制于合理范围内,使送风温度落差控制在±5 ℃以内。同时,加热室温度也得到了明显改善。

        5  结语

       本文通过了解沸腾干燥机的干燥功能,考虑目前设备现状,对比了新型流化床的制粒干燥功能,充分利用现有资源,购买附属设施,提出了增加顶喷制粒功能和温度控制的改进方案,在原设备基础上,增加了喷枪、蠕动泵等配件,实现了顶喷制粒功能,并精确控制了系统温度,通过上机试验,证实了设备新增功能的可行性及设备运行、温度控制的稳定性。在不影响原设备功能和生产能力的情况下,改进后的沸腾干燥机顶喷制粒效果较好,温度控制精准,减少了企业的资产投入,真正实现了一机两用功能。

[参考文献]

[1] 秦学.沸腾干燥机在制药行业应用的改进建议[J].机电信息,2010(14):29-31.

作者简介:

张大虎(1985—),男,山东菏泽人,执业药师

研究方向:

药物机械及制剂。

拓展阅读

流化床干燥机电路图|...---干燥器篇:http://www.iseca.cn/news/137.html

流化床反应器工作原理:https://zhidao.baidu.com/question/1927058189808816027.html

相关问答

问:振动流化床干燥机

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4、可调性好,适应面宽,料层厚度和在机内移动速度以及全振幅变更均可实现无级调节;
5、对物料表面损伤小,可用于易碎物料的干燥,物料颗粒不规则时亦不影响工作效果;
6、采用全封闭式的结构,有效地防止了物料与外界空气的交叉感染,作业环境清洁;
7、振动有助于物料分散,如选择合适振动参数,对普通流化床易团聚或产生沟流的物料可顺利流化干燥;
8、由于无激烈的返混,气流速度较之普通流化床也较低,对物料粒子损伤小。在干燥过程中要求不破坏晶形,或对粒子表面光度有要求的物料最为合适。

用户评论

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