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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(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、物料停留時間可調(diào)、投資費用低廉和維修工作量較小等優(yōu)點。在國內(nèi)經(jīng)過30多年的使用與改進,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.沸騰干燥機的工作原理
沸騰干燥又稱流化床干燥,它是利用經(jīng)過濾后的潔凈空氣,經(jīng)熱交換器的對流換熱,使空氣溫度上升到一定值進入主機分風(fēng)筒,經(jīng)閥片分配進入沸騰器,濕物料從加料器進入干燥器。由于風(fēng)壓作用,物料在干燥器內(nèi)形成沸騰狀態(tài),使熱空氣與物料進行充分接觸,增強了傳熱傳質(zhì)過程,在較短的時間內(nèi)促使物料中的水分蒸發(fā)分離。物料干燥后由排料口排出,廢氣由沸騰床頂部排出,經(jīng)旋風(fēng)除塵器和布袋除塵器回收固體粉料后排空。
2.沸騰干燥機的工作流程
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(fēng)機動力作用下,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)在較短的時間內(nèi)蒸發(fā)并隨排出空氣帶走,物料被干燥。
3.沸騰干燥機的技術(shù)特點
?。?)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);
?。?)在同一設(shè)備內(nèi)可以進行連續(xù)操作,也可進行間歇操作;
?。?)物料在干燥器內(nèi)的停留時間可以按需要進行調(diào)整,所以產(chǎn)品含水率穩(wěn)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(shù)設(shè)置,操作安全方便;
?。?)干燥裝置機械傳動部件少,設(shè)備的投資費用低廉,維修工作量較小。
4.對沸騰干燥機的改進建議
經(jīng)過長期的應(yīng)用和發(fā)展,沸騰干燥機在結(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)實踐提出改進建議:
4.1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(shè)備,與傳導(dǎo)型干燥設(shè)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(shè)備的密封效果。目前大多數(shù)沸騰干燥機料斗與設(shè)備本體采用平面法蘭連接,密封效果較差,建議設(shè)計時改用凹凸面法蘭連接;進口泵(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。
4.2關(guān)于氣流分布板(篩網(wǎng))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(guān)重要的影響。氣體分布不均勻,會使床層中出現(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,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,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:利用計算機流體動力學(xué)模型、傳熱與傳質(zhì)模型,在氣流分布板設(shè)計時對孔距、孔徑、開孔率等參數(shù)進行空氣動力學(xué)、熱力學(xué)仿真計算并驗證,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,以確保實現(xiàn)快裝和*、*的清洗。
4.3對控制系統(tǒng)的改進建議
目前,流化床類設(shè)備的操作參數(shù)一般以操作人員的經(jīng)驗設(shè)定為主,但其*可以實現(xiàn)智能化,對工藝參數(shù)也可以實現(xiàn)追溯,這就對流化床類設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)提出了較高要求。在電氣控制系統(tǒng)中,需要有檢測溫度、濕度、壓力、壓差、風(fēng)速、操作時間、粉塵濃度等一系列裝置并得到基礎(chǔ)數(shù)據(jù),然后通過變送器輸送和存儲到觸摸屏中,由觸摸屏對數(shù)據(jù)進行儲存分析,然后制定一個合適的工藝路線,即可實現(xiàn)智能化控制。
4.4溫度控制
常用熱風(fēng)加熱控制方式采用簡單的“開”、“關(guān)”模式,當(dāng)溫度達到設(shè)定值時停止通汽,但換熱器仍然有余熱使空氣溫度繼續(xù)上升,反之亦然,這樣會造成溫度波動過大,影響設(shè)備的干燥質(zhì)量。建議:通過控制蒸汽流量的大小來保持進風(fēng)溫度的高低,開始升溫時蒸汽流量較大,使進風(fēng)溫度盡快接近設(shè)定值,然后自動調(diào)節(jié)蒸汽量使其緩緩接近設(shè)定值,zui后保持穩(wěn)定的蒸汽量使進風(fēng)溫度保持穩(wěn)定。
本文從沸騰干燥機的工作原理等入手,結(jié)合工藝操作參總結(jié)了生產(chǎn)過程中的一些問題,并簡要提出了該類設(shè)備改進的建議,希望設(shè)備生產(chǎn)廠家今后能研發(fā)出更多的能滿足制藥生產(chǎn)過程工藝要求、性能參數(shù)指標(biāo)*、可操作性強、環(huán)保、節(jié)能及經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)*的制藥干燥設(shè)備。
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