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雙錐回轉真空干燥在化工行業(yè)中的應用
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雙錐回轉真空干燥在化工行業(yè)中的應用 雙錐回轉真空干燥機因其工作穩定,干燥狀態(tài)下不產(chǎn)生熱量,而被廣泛用于一些化工 醫藥行業(yè)以及一些熱敏性物料的干燥處理,尤其是在化工行業(yè)物料的干燥處理中,其優(yōu)勢更加凸顯,下面日宏佳爾特粉體設備公司就為大家詳細介紹一下雙錐回轉真空干燥機在化工行業(yè)中的應用。 雙錐回轉干燥機工作原理 雙錐回轉真空干燥機是集混合干燥于一體的新型干燥機。將冷凝器,真空泵與干燥機配套,組成真空干燥裝置。( 如不需回收容劑,冷凝器可不用)本機設計先進(jìn),內部結構簡(jiǎn)單,清掃容易,物料能全部排出,操作簡(jiǎn)便。能降低勞動(dòng)強度改善工作環(huán)境。同時(shí)因容器本身回轉時(shí)物料亦轉動(dòng)且器壁上不積料,故傳熱系數較高,干燥速率大、不僅節約能源,而且物料干燥均勻充分,質(zhì)量好?蓮V泛應用于制藥、化工、食品、染料等行業(yè)物料的干燥。符合藥品管理規范“GMP”的要求。 雙錐回轉干燥機的特點(diǎn) 1.設計合理,安裝調試方便,能適應各種條件下安置。 2. 設有連續保護裝置。 3.能耗僅為同等產(chǎn)量的離心噴霧干燥機節的30% 4. 物料的終成水分可靈活調控 5. 在真空低溫環(huán)境下完成整個(gè)干燥過(guò)程,符合醫用GMP標準,且適用于熱敏性物料。 6. 自動(dòng)化程度高,操作簡(jiǎn)單,且能連續生產(chǎn) 雙錐回轉真空干燥機的經(jīng)典性 雙錐回轉真空干燥機是原料藥生產(chǎn)應用較為廣泛的設備,這是由于在真空干燥的過(guò)程中,筒體內的壓力始終低于大氣壓力,氣體分子數少,密度低,含氧量低,因而能干燥容易氧化性變化的藥品生產(chǎn),能減少物料染菌的機會(huì )。也由于水在汽化過(guò)程中,其溫度與蒸汽壓力成正比,故真空干燥時(shí)物料中的水分在低溫下就能汽化,達到低溫干燥,特別適用于藥品中有熱敏性物料的生產(chǎn)。同時(shí),真空干燥可消除常壓熱風(fēng)干燥易產(chǎn)生表面硬化現象,這是真空干燥物料內和表面之間壓差大,在壓力梯度作用下,水分很快移向表面,不會(huì )出現表面硬化。此外真空干燥時(shí),物料內部和外部之間溫度梯度小,由逆滲透作用使得溶媒能夠獨自移動(dòng)并收集,有效克服熱風(fēng)干燥所產(chǎn)生的溶媒失散現象。 從功能上看,雙錐回轉真空干燥機是集混合、真空干燥于一體的干燥設備,它以簡(jiǎn)潔、方便和雙效特點(diǎn)被人們作為經(jīng)典設備來(lái)應用,其有著(zhù)實(shí)用性和經(jīng)濟性的一面,是其它設備難以替代的。 2、對雙錐回轉真空干燥機提高思路的探討 雖然,雙錐回轉真空干燥機被人們看作經(jīng)典,但近幾年來(lái)卻又被藥廠(chǎng)所淡化了,其根本原因是由于制造商缺乏對其的研究和結構的改進(jìn)所致,其主要表現在結構上難以CIP/SIP和干燥性能優(yōu)化上,故有必要對其提高思路作一探討。 2.1、對雙錐回轉真空干燥機的干燥速度的探討 2.1.1、真空干燥速度的概念 文獻1認為:物料的干燥過(guò)程,首先是物料表面的水分受熱汽化并被真空設備排除,物料表面的水分因汽化而逐漸減少,并在物料內部與表面之間形成溫度差。內部的水分在溫度差的作用下,不斷向表面擴散,并在到達表面后汽化。另外,在真空干燥過(guò)程中,同時(shí)存在著(zhù)壓力差,使得被汽化的水分子加速向真空空間移動(dòng)。在真空干燥過(guò)程中,人們總是希望加快干燥速度,縮短干燥時(shí)間,但是影響干燥速度因素1有以下幾點(diǎn): (1)被干燥物料的狀況(如物料形狀、大小尺寸、堆置方法),物料本身的含濕量、密度、粘度等性能。一般,物料顆粒細而均勻、堆放松散、厚度薄,則內部水分容易擴散。若提高物料的初溫、經(jīng)真空過(guò)濾前處理、降低物料含濕量等,均能提高真空干燥速度。 (2)真空度越高,越利于水分在較低溫度下汽化,但真空度過(guò)高不利熱傳導,會(huì )影響對物料的加熱效果。為提高物料干燥速度,應根據物料的特性綜合考慮真空度。通常,真空度應不低于1×104Pa。 2.1.2、影響雙錐回轉真空干燥機干燥速度的因素 文獻1把雙錐回轉真空干燥機干燥過(guò)程作試驗,分別以真空度、干燥溫度、蒸汽壓力與干燥時(shí)間為參數,試驗所作的曲線(xiàn)表明:雙錐回轉真空干燥機干燥過(guò)程可分為一升溫、一恒溫、第二升溫、第二恒溫和降溫五個(gè)階級。其中:(1)一升溫是加熱物料,使其升溫的預熱階段。該階段中,物料中水分汽化量很少;(2)一恒溫是恒速干燥階段,在該階段中,物料的自由水、表面水和毛細管水等大量汽化。因此,溫度和真空呈恒定狀態(tài),且真空度與該干燥溫度下水的飽和蒸汽壓力近似相等;(3)第二升溫是加熱物料遷移內部水分至物料表面的過(guò)程,由于汽化的水分很少,導致物料溫度升高和真正度也隨之提高;(4)第二恒溫是汽化物料包裹水和部分結晶水階段,由干水分遷移率與汽化率相定,故溫度和真空呈平穩狀態(tài);(5)降溫階段開(kāi)始時(shí),關(guān)閉加熱蒸汽,通以冷卻水至筒體夾套,冷卻筒體使其內部物料溫度下降,以便卸出干燥制品。 現在此把某一產(chǎn)品的平均干燥工藝參數(如表1所示)列出。從表1中可看到:雙錐回轉真空干燥機干燥過(guò)程的不同階段所具備的性質(zhì)也不同,故應該根據其不同階段而設定不同的操作參數,這樣能更有效地利用設備的功能。然而,現實(shí)的雙錐回轉真空干燥機的許多操作參數是常量不變(如旋轉速度)或自動(dòng)控制(如工作真空度、干燥溫度等),以下就干燥不同階段過(guò)程的操作參數對真空干燥速度的影響展開(kāi)討論,并提出建議性的改進(jìn)意見(jiàn)。 2.1.3、雙錐回轉真空干燥機旋轉速度對真空干燥速度的影響及探討 雙錐回轉真空干燥機筒體的旋轉速度越快,干燥速度越高。但在干燥后期,隨著(zhù)物料濕含量的下降,干燥速度也降低,此時(shí)提高轉速對干燥速度的提高均無(wú)益。另外,在干燥初期,較快的旋轉速度,會(huì )導致濕分汽化過(guò)快而產(chǎn)生物料粘結成團的現象。因此,應在干燥初期采用較低的轉速,待物料表面較干以及不結團時(shí)再提高轉速,以便加快干燥速度、縮短干燥時(shí)間。 對此點(diǎn),建議可選用變頻電機,使筒體的旋轉速度在運行時(shí)能變動(dòng),并有菜單可設定不同時(shí)間段所選用的不同的筒體旋轉速度(0~10rpm內無(wú)級調速),即要有時(shí)間—速度關(guān)系的設定。 2.1.4、雙錐回轉真空干燥機加熱與冷卻對真空干燥速度的影響及探討 雙錐回轉真空干燥機夾套內對流換熱需分別提供熱量和冷量,故夾套內將經(jīng)歷以熱蒸汽方法的升溫或以冷卻水方法的降溫。文獻1認為,提高熱介質(zhì)溫度可加快升溫速度,縮短干燥時(shí)間。對粘性大的物料,熱介質(zhì)溫度高容易產(chǎn)生結團現象。降低冷卻水溫度可加快降溫速度,也可縮短工作周期。隨著(zhù)物料的性質(zhì)不同,可選擇適當的溫度,常以變溫干燥法為佳,即在干燥初期溫度低,逐漸提高溫度以增大干燥速度。 對此點(diǎn),建議可選用溫度傳感元件,使雙錐回轉真空干燥機夾套內熱量或冷量控制能在運行時(shí)變動(dòng),并有菜單可設定不同時(shí)間段所選用的溫度,即要有時(shí)間—溫度關(guān)系的設定。 2.1.5、雙錐回轉真空干燥機真空度對真空干燥速度的影響及探討 通常雙錐回轉真空干燥機選用1×103-1×104Pa真空度,真空度高,物料中濕分汽化溫度低,干燥速度快。但真空度過(guò)高,會(huì )導致抽氣系統成本增加,干燥后物料價(jià)格增高,經(jīng)濟上不合算。但表1可知,在降溫階段的真空度值很小,故應分段來(lái)控制真空度的壓力。 對此點(diǎn),建議可選用壓力傳感元件,使雙錐回轉真空干燥機筒體內真空度控制能在運行時(shí)變動(dòng),并有菜單可設定不同時(shí)間段所選用的真空度,即要有時(shí)間—真空度關(guān)系的設定。 2.1.6、雙錐回轉真空干燥機錐體角度及充填量對真空干燥速度的影響 雙錐回轉真空干燥機筒體堆放顆粒狀或粉末狀物料時(shí),當物料堆斜面與底面間夾角增大到某個(gè)角度時(shí),將發(fā)生側面物料下滑落的現象。此時(shí)發(fā)生物料滑落的斜面與底部的夾角稱(chēng)該物料的滑移角(滑移角與物料組成、濕含量、粒度和粘度有關(guān))。故雙錐回轉真空干燥機的設計和選擇時(shí),應根據物料的滑移角而選擇錐體的角度1。 文獻1也認為,實(shí)際裝料容積與干燥筒體容積之比為充填率。雙錐回轉真空干燥機的充填率通常為30%~50%之間,其與物料的堆密度也有關(guān)。 從上可知,雙錐回轉真空干燥機筒體錐體的角度太大或太小都會(huì )影響翻動(dòng)混合效果,而其形成的物料干燥表面較終影響了干燥速度。同樣,實(shí)際裝料容積充填率過(guò)高也會(huì )影響翻動(dòng)混合效果,影響了干燥速度。 2.2、對雙錐回轉真空干燥機的結構的探討 雖然雙錐回轉真空干燥機有著(zhù)許多實(shí)用性?xún)?yōu)點(diǎn),但結構上的不完善阻礙了其應用和發(fā)展。特別對應用于無(wú)菌原料藥生產(chǎn)來(lái)說(shuō),尚未改進(jìn)設備所存的不完善之處表現為:(1)抽真空管空套回轉軸的動(dòng)靜密封件泄漏與清洗問(wèn)題;(2)筒體結構的清洗或滅菌問(wèn)題;(3)進(jìn)料/出料結構的易出料與清洗問(wèn)題。 2.2.1、抽真空管空套回轉軸的動(dòng)靜密封件泄漏與清洗的探討 在部分雙錐回轉真空干燥機的抽真空管空套回轉軸裝置中,其采用雙骨架軸密封結構,由于此結構密封的不可靠,在筒體抽真空的作用下極易造成泄漏,有時(shí)會(huì )出現所謂的“漏油”現象。同時(shí),也由于密封的不可靠會(huì )在干燥時(shí)結存粉,此處的結存粉用普通的旋轉動(dòng)態(tài)水洗方法是難以洗凈的,這樣會(huì )引起換批時(shí)的交叉污染。 近期國內有制造商對此作了一定的改進(jìn),有的采用特殊密封(如特殊的機械密封、磁流體密封等)。也有的制造商2在抽真結構上作了改進(jìn),使抽真空部分不伸進(jìn)筒體內部,僅在旋轉筒體外面與其接觸,采用金屬燒結網(wǎng)做過(guò)濾器,容易清洗,容易消毒滅菌,并配有用高純氮氣反吹的系統,防止粉塵物料堵塞過(guò)濾網(wǎng)孔,確保真空暢通。 2.2.2、筒體結構的清洗和滅菌問(wèn)題的探討 在部分雙錐回轉真空干燥機筒體的清洗中,有的靠切換真空管路,放入清洗水旋轉筒體再放凈,這樣動(dòng)態(tài)清洗法是無(wú)法徹底洗凈的,至少在動(dòng)靜接觸面和結料處是不能洗凈。 其次是部分制造商沒(méi)有把筒體當作壓力容器來(lái)設計及制造,很難做到切換真空管路通入蒸汽來(lái)滅菌,故談不上蒸汽的在位滅菌。這里當然涉及到進(jìn)料/出料結構與密封結構,其形式和承壓性能也與蒸汽滅菌有關(guān)。而在無(wú)菌環(huán)境使用設備的至關(guān)重要要求就是清洗后的滅菌,通常滅菌的方法中較有效和直接的方法是濕熱和干熱滅菌,基于該設備筒體結構是不可拆的,不能采用干熱滅菌,只能采用濕熱(蒸汽)滅菌。 對此,說(shuō)白了就是設法方便清洗和滅菌,也只要能?chē)@此專(zhuān)題所展開(kāi)即可。近期國內有制造商對作了一定的改進(jìn),在清洗方面,采用靠切換真空管路,放入加壓的清洗水旋轉筒體,再放凈的方法,雖然有所提高,但實(shí)效也不是十分理想。在滅菌方面,有的制造商在制造筒體和料閥方面考慮到承壓性,其可采用切換真空管路而通入蒸汽也完成SIP。 2.2.3、進(jìn)料/出料結構的易出料與清洗性的探討 此問(wèn)題雖說(shuō)是上述問(wèn)題的延伸,但進(jìn)料/出料的特殊要求是易放凈、易操作、易清洗/滅毒。國內部分制造商采用蝶閥或可拆卸結構,也取得了一定成效,但對照GMP和相應工藝要求,這里可展開(kāi)的研發(fā)是大有文章可做。 2.3、雙錐回轉真空干燥機提高的一點(diǎn)思路 至于雙錐回轉真空干燥機要提高的話(huà),可以研發(fā)的思路很多,筆者感到還可嘗試以下幾個(gè)思路,這里僅為思考性及建議性的設想。 2.3.1、拓廣雙錐回轉真空干燥機的功能,以適應更大的應用 (1)增加攪拌和造粒功能?稍陔p錐回轉真空干燥機的抽真空管中穿入一個(gè)帶噴嘴的管(能?chē)娬澈蟿,同時(shí)真空管進(jìn)入筒體內部處增設一個(gè)固定攪拌葉片。當筒體轉動(dòng)過(guò)程中,固定在抽真空管上攪拌葉片迫使物料從其兩側面流過(guò),這樣在物料沿筒壁滑動(dòng)的同時(shí),又增加了徑向運動(dòng)。因此,能有效地提高了混合和攪拌物料的效果,加快了濕分汽化,提高了干燥速度。爾后在粉體物料工藝結束時(shí),可由穿入帶噴嘴(能?chē)娬澈蟿┑墓埽﹪姵鱿鄳澈蟿,將粉末狀干物料制成顆粒狀制品。 (2)增加攪拌和粉碎功能。國內有的制造商采用破碎裝置2,該裝置的刀具為四把組合整體結構,采用十字交叉排列,由短到長(cháng),依次焊接,刀具采用不同的長(cháng)度,不同的角度。確保旋轉時(shí)能與物料充分接觸,保證破碎效果。這樣物料在雙錐回轉筒體內不停地翻動(dòng),并與筒壁進(jìn)行熱交換(筒壁外面半剖盤(pán)管用熱水進(jìn)行循環(huán)加熱)。在雙錐筒體旋轉時(shí)破碎刀同時(shí)轉動(dòng),每當筒體旋轉一圈,物料與破碎刀接觸一次。由于破碎刀的轉速較快(較高為250rpm),而筒體的轉速較慢(一般為3rpm),故每當物料與刀具接觸時(shí),破碎效果十分明顯,筒體內系統在真空下運行。 2.3.2、構筑雙錐回轉真空干燥機系統設計的概念,以適應生產(chǎn)率的提高 雙錐回轉真空干燥機能在生產(chǎn)中有效應用的話(huà),必然是一個(gè)系統的概念,其中有機溶劑收回系統是一個(gè)關(guān)鍵的過(guò)程。制造商在供應雙錐回轉真空干燥機設備時(shí),不能只提供單機,而是應提供系統,應考慮有機溶劑的回收,由于溶劑的沸點(diǎn)較低,故采用冷凍水進(jìn)行冷凝冷卻,確保溶劑能回收利用,避免被真空泵抽走后污染大氣。 2.3.3、研發(fā)CIP/SIP結構,以適應無(wú)菌級的生產(chǎn) 關(guān)于雙錐回轉真空干燥機的CIP/SIP結構應該換個(gè)思路去研發(fā)其結構,除上所談及的思路外,還能通過(guò)快開(kāi)式外接噴淋清洗裝置,當停機時(shí)接入筒體,并形成清洗環(huán)路系統。也可設想整個(gè)雙錐回轉真空干燥機的筒體能拆卸(如夾持式方錐形混合機結構),這樣整個(gè)筒體能進(jìn)入清洗站內完成清洗及滅菌,當然此設想的難度太大。而此點(diǎn)也是雙錐回轉真空干燥機能升級換代的基礎,使其能適應無(wú)菌級的生產(chǎn)。 3.1、多功能干燥設備的組成和特點(diǎn) 3.1.1、多功能干燥設備的組成 多功能干燥設備基本示意如圖1與圖2(設備旋轉180°后示意)所示,其由抽真空接口1、進(jìn)料快開(kāi)接口2、防爆箱3、噴淋裝置4、燒結網(wǎng)抽真空濾棒5、內膽、夾套和保溫材料6、單抽濾用快開(kāi)閥7、抽濾用燒結網(wǎng)8、熱水進(jìn)口9、熱水出口10、防爆控制面板11、防爆電機12、減速機13、壓力表14、攪拌葉15、罐體16、主軸17和底座支架18等組成。 3.1.2、多功能干燥設備的特點(diǎn) 多功能干燥設備利用罐體旋轉、不同位置的靜止,再配以攪拌葉、燒結網(wǎng)抽真空濾棒和抽濾用燒結網(wǎng)等裝置,進(jìn)行不同的組合來(lái)達到完成傳統反應、結晶、濃縮、抽濾、洗滌與干燥設備基本功能,其不同組合則通過(guò)PLC控制來(lái)完成。新穎多功能干燥設備與其它結晶類(lèi)原料藥生產(chǎn)設備相比有以下幾個(gè)主要特點(diǎn): (1)在反應、結晶、濃縮整個(gè)工藝過(guò)程中,物料在多功能干燥設備內經(jīng)反應、結晶、濃縮工序后,無(wú)需通過(guò)管道輸入下道工序,避免了由于管道繁瑣而造成的藥物浪費、交叉污染以及多次清洗消毒(滅菌)問(wèn)題,能防止了有可能出現的泄漏、混批、污染或其它危險事故的發(fā)生。 (2)在抽濾、洗滌工藝過(guò)程中,多功能干燥設備能克服原工藝配置的抽濾器、離心機、壓濾機等設備所造成的效率低、“毛點(diǎn)”超標、操作強度大、資源浪費、難以清洗消毒(滅菌)以及占地面積大等缺點(diǎn)。 (3)在干燥工藝過(guò)程中,多功能干燥設備能克服原工藝配置的干燥箱或雙錐回轉干燥器等設備所存在的勞動(dòng)強度大、干燥過(guò)程中容易“結塊”或“起球”、干燥速度慢和有可能出現“混批”現象等問(wèn)題。 (4)該設備所有附件均可單獨拆洗與消毒(滅菌)。 3.2、多功能干燥設備的應用方案 通過(guò)上文讓我們初步了解了雙錐回轉真空干燥機的工作特點(diǎn) 原理,及在化工行業(yè)的應用方法。希望這些資料能夠對您有所幫助。我們知道振動(dòng)流化床干燥機是很多食品加工的重要設備。合理的振動(dòng)流化床干燥機選型是提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵和提高生產(chǎn)水平的標準?梢詾閯(dòng)力、配電、水、氣用量計算提供依據。因此,如何選用生產(chǎn)能力適宜、配套性強通用性廣的振動(dòng)流化床干燥機是食品加工企業(yè)的重要內容,也是諸多食品企業(yè)建廠(chǎng)投產(chǎn)前解決的首要問(wèn)題! 1 在日常的加工中,化工、石油和其它行業(yè)會(huì )使用旋轉閃蒸干燥機對粉末、餅狀、顆粒等類(lèi)型的材料進(jìn)行必要的干燥。同時(shí)由于其擁有停留時(shí)間短、成本效益高等特點(diǎn),被廣泛的運用在化工、石油和其它行業(yè)中。 在日常的加工中,需要干燥的材料會(huì )被分散到加熱空氣流中,隨后會(huì )通過(guò)干燥 適合的送風(fēng)溫度和環(huán)境濕度是圓滿(mǎn)制藥業(yè)的關(guān)鍵要素,溫(濕)度過(guò)高或過(guò)低將危害藥粒的顏色及尺寸,因而,人們要操縱好進(jìn)風(fēng)溫(濕)度。送風(fēng)溫度高,有機溶劑揮發(fā)快,會(huì )減低粘合劑對粉末狀的濕潤和滲入工作能力。經(jīng)過(guò)低的溫度則會(huì )使濕顆粒物干躁艱難,結為更大的團塊。 &e 為什么說(shuō)閃蒸干燥機是發(fā)展較快也是應用較廣的干燥設備之一呢? 首先是系統的合理配置,因為針對不同物料也就有不同的產(chǎn)量要求進(jìn)行質(zhì)熱衡量,達到了確定熱量和風(fēng)量與溫度控制等等。而且還有不同的系統配置改進(jìn)主機的構造,良好的對物料進(jìn)行工作。不僅如此,還有許多等等的 雙螺帶臥式混合機,其功能是將各種成份的粉料、液體混合均勻,具有適用性廣、混合均勻度好、物料殘留少、維護保養方便等特點(diǎn),是粉狀物料混合加工的理想設備。 雙螺帶混合機由U形容器、螺帶攪拌葉片和傳動(dòng)部件組成;U形的長(cháng)體筒體結構,保證了被混合物料(粉體、半流體)在筒體內的小阻力運動(dòng)。正反
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