沸騰干燥機頂噴制粒功能及溫度控制研究

張大虎 徐普興 苑兆國 劉方偉 王 英

（1.山東丹紅制藥有限公司，山東菏澤274000；2.山東步長醫(yī)藥銷售有限公司，山東菏澤274000；3.山東步長制藥股份有限公司，山東菏澤274000）

0 引言

沸騰干燥機是口服固體制劑干燥領域中發(fā)展最快、應用最廣泛的一種高效的干燥設備，主要適用于濕軟材、濕物料（顆粒）中水分的快速去除，以便制成干粉體、干物料（顆粒）等固體產(chǎn)品。沸騰干燥機在生產(chǎn)過程中，濕物料經(jīng)送風保持懸浮沸騰狀態(tài)后，其與空氣的表面積增大，在熱風干燥氣流中不斷進行熱交換，快速帶走濕物料中的水分。干燥完成時間僅需幾分鐘至幾十分鐘，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具有良好的流動性、分散性和溶解性。由于沸騰干燥機生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質量好，操作快捷，省時省力，因此該設備倍受制藥行業(yè)的青睞。但是，常用的沸騰干燥機僅具有干燥功能，只適用于濕物料（軟材、顆粒）的干燥，并不能滿足產(chǎn)品制粒等需求。因此，我們充分考慮目前該設備的使用現(xiàn)狀，利用現(xiàn)有資源，在原設備基礎上對其進行了改進，使得改進后的沸騰干燥機能夠更好地滿足產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。

1 沸騰干燥機的組成、工作原理與特點

1.1 組成

沸騰干燥機由進風過濾系統(tǒng)（初效、中效、高效空氣過濾器）、蒸汽加熱器、主機（物料室、擴展室）、引風機、除塵器、電氣控制系統(tǒng)、操作臺等部件組成。

1.2 工作原理

沸騰干燥機利用末端引風機的引風作用，將前端的空氣通過過濾器和加熱器引入到送風管道內(nèi)，再通過物料室底部的氣流分布板，將熱空氣分布均勻地引入物料室和擴展室，由于風壓的作用，濕物料在干燥機內(nèi)形成沸騰狀態(tài)，并與熱空氣的接觸表面積增大，不斷進行廣泛接觸，水分被快速蒸發(fā)，從而在較短時間內(nèi)完成物料的干燥。最后，廢氣由風機通過過濾室和除塵器過濾后排出。

1.3 特點

（1）濕顆粒在熱風的鼓動下，不斷地處于沸騰狀態(tài)，運動激烈，熱交換迅速，流態(tài)化干燥，干燥速度快、時間短；

（2）操作過程簡單，只要設定好進風溫度，物料由濕變干的過程均在負壓條件下的閉密容器內(nèi)操作，密封性好，干燥過程不需要翻動物料，無粉塵飛揚，傾翻缷料，方便迅速；

（3）干燥后的物料水分均勻，可通過控制物料在容器內(nèi)停留的時間長短，使物料干燥至預期水分；

（4）由于物料處于沸騰狀態(tài)，容器內(nèi)溫度高低可控，分布均勻，不存在物料局部過熱的情況，所以也適用于某些對熱敏感物料的干燥；

（5）在制作安慰劑時，如果使用烘箱干燥，物料的色差遷移問題不易解決，而沸騰干燥機可解決物料中所含色素等可能隨水分遷移的問題；

（6）對不同物料的適應性比較好，設備體積小，生產(chǎn)能力強，熱效率高，操作控制方便，顆粒破損率小。

2 沸騰干燥機增加頂噴制粒功能的研究

2.1 沸騰干燥機的設計缺陷

隨著生產(chǎn)品種的不斷增加，需要越來越多地使用到頂噴制粒工藝，而目前所用的沸騰干燥設備僅具有干燥功能，已無法滿足現(xiàn)有品種的生產(chǎn)需求，不能做到一機多用。

2.2 沸騰干燥機新增功能的改進

2.2.1 增加頂噴制粒的功能性配件

沸騰干燥機增加頂噴制粒功能所需的配件有：噴槍、50 L配液容器（氣動馬達攪拌）、蠕動泵（帶調(diào)速）、移動車、控制系統(tǒng)（包括PLC制?？刂?、防爆電機、防爆控制柜、變頻器等，用于頂噴制粒的控制）。改進后的功能性配件如圖1所示。

2.2.2 改進方法

根據(jù)流化床及制粒干燥原理：黏合劑與壓縮空氣形成霧化效果，首先與物料室內(nèi)不斷沸騰的粉末形成液體橋，不斷干燥后形成固體橋，然后通過反復噴霧，逐漸變成大顆粒，最后干燥至合格水分即可。

將沸騰干燥機的擴展段拆下，選取操作時擴展段側面位置上、中、下3處，均勻鉆開100 mm的相同圓孔，根據(jù)頂噴時所需實際距離在一個圓孔處安裝噴槍，其余兩個圓孔用盲板密封，將壓縮空氣管引至噴槍，連接好蠕動泵，改造完畢。開啟電源，打開蠕動泵與壓縮空氣，開始噴液，證實霧化效果較好。

圖1 改進后的功能性配件

3 沸騰干燥機的溫度控制

3.1 溫度控制方面的設計缺陷

沸騰干燥機的加熱控制方法：飽和蒸汽通過加熱室內(nèi)的列管加熱，在加熱室內(nèi)的出風口處安裝一個溫度計與控制操作系統(tǒng)相連，控制系統(tǒng)溫度，通過控制加熱室與蒸汽電磁閥的聯(lián)動來控制進風的加熱溫度。溫度探頭如圖2所示。

當實際溫度達到設定溫度時，蒸汽電磁閥關閉，但加熱列管內(nèi)仍然有余熱使溫度繼續(xù)上升。同理，加熱列管溫度低于設定溫度時，也會出現(xiàn)溫度浮動較大的情況，引起溫度控制范圍落差大和物料室內(nèi)物料干燥溫度不可控的問題，影響干燥及制粒效果。究其原因是蒸汽壓力大小設置和溫度計安裝位置不合理。

圖2 溫度探頭

3.2 溫度控制的改進方案

3.2.1 改變溫度計安裝位置

因沸騰干燥機的原控制溫度探頭位于蒸汽加熱室的出風口處，蒸汽加熱具有時效性，顯示達到設定溫度后，實際溫度有一個上升或下降的過程，影響實際的顯示溫度，且影響范圍較大，進而影響干燥機的使用效果，頻繁控溫，易造成溫度控制紊亂，起不到可靠的控溫效果，因此我們考慮增加緩沖區(qū)，增加加熱管距離，避開實際緩沖溫度的影響，在進風段進風口處（圖3）焊接熱電偶接頭。

圖3 進風段進風口

將圖2位置的溫度探頭移至圖3處，用前移的溫度探頭控制沸騰干燥機的設定溫度，從而控制蒸汽電磁閥的開閉，在原圖2位置處安裝一個數(shù)顯溫度計，同時觀察加熱室溫度。

3.2.2 控制蒸汽壓力

若蒸汽加熱控溫初始調(diào)節(jié)有序，可大大減少精確控溫所需的時間。

操作時，先打開沸騰干燥機控制系統(tǒng)，設定好控制溫度，先讓蒸汽電磁閥工作，再慢慢排盡蒸汽冷凝水。初始進風溫度設置不宜過高，蒸汽閥門壓力不宜過大，以不超過0.1 MPa為宜。如果溫度設置過高、壓力過大，進入的蒸汽量就越大，溫度容易過高，相應地就會增加調(diào)溫、控溫時間。因此初始控溫以40℃為宜，后續(xù)以遞增方式提高溫度。

3.2.3 增加物料室溫度計

在沸騰干燥機的物料段處焊接熱電偶接頭，安裝溫度探頭，可實時顯示物料溫度，通過調(diào)節(jié)進風溫度來控制物料溫度。物料段的溫度控制如圖4所示。

圖4 物料段溫度控制

4 改進后的設備試制

4.1 試制所用設備儀器清單

沸騰干燥機（常州某公司）、電子秤（中山某公司）、快速水分測定儀（Sartorlus Weighing Technology Gmbh）、電子天平（賽多利斯科學儀器（北京）有限公司）、搖擺制粒機、三維混合機（丹東某公司）、高速壓片機（北京某公司）。

4.2 試制所用物料準備

包衣粉（綠色）、乳糖（江蘇道寧藥業(yè)有限公司）、交聯(lián)羧甲基纖維素鈉（德國瑞登梅爾父子公司）、吐溫-80（南京威爾化工有限公司）、微晶纖維素（湖州展望藥業(yè)有限公司）。

表1 空白試機預混制粒干燥動態(tài)監(jiān)控記錄

4.3 方法與結果

4.3.1 試制方法

先空白試機，再試制一批真藥（用綠色包衣粉代替原料，方便觀察物料的混合均勻性）。

具體試制方法：先使用搖擺制粒機分別過篩包衣粉、乳糖、微晶纖維素，再使用電子秤或電子天平按處方量精確稱量后，投入到沸騰干燥機的物料室內(nèi)，開啟風機使物料在設備內(nèi)沸騰，預混，預熱；另取交聯(lián)羧甲基纖維素鈉、吐溫-80適量，用水溶解，將其作為制粒的黏合劑。待設備進風溫度控制在設定溫度范圍時，先用水調(diào)整噴槍霧化大小及流速，將蠕動泵吸管接入到配制好的黏合劑內(nèi)。開始噴槍，同時觀察物料沸騰和噴槍霧化情況并做適度調(diào)整，使物料處于良好的沸騰狀態(tài)，不會發(fā)生明顯的物料粘連現(xiàn)象。注意對過濾布袋定時“抖袋”。待黏合劑噴完后，提高送風溫度，物料干燥至控制的水分標準后，停機出料，使用搖擺制粒機整粒，混合，壓片。

4.3.2 試制結果

空白試機及真藥試機預混制粒干燥的動態(tài)監(jiān)控記錄分別如表1、表2所示。

通過空白試機及試制一批真藥，所制出來的顆粒細小均勻、外觀色澤一致，經(jīng)壓片后的片重穩(wěn)定、片面光澤，其硬度、脆碎度及溶出結果均符合工藝要求。可見改進后的沸騰干燥機通過前移溫度探頭，從而控制蒸汽電磁閥的頻繁開閉，減少了蒸汽加熱余溫對系統(tǒng)控制溫度的影響，避免了加熱室溫度的巨幅波動，將溫度控制于合理范圍內(nèi)，使送風溫度落差控制在±5℃以內(nèi)。同時，加熱室溫度也得到了明顯改善。

表2 真藥試機預混制粒干燥動態(tài)監(jiān)控記錄

5 結語

本文通過了解沸騰干燥機的干燥功能，考慮目前設備現(xiàn)狀，對比了新型流化床的制粒干燥功能，充分利用現(xiàn)有資源，購買附屬設施，提出了增加頂噴制粒功能和溫度控制的改進方案，在原設備基礎上，增加了噴槍、蠕動泵等配件，實現(xiàn)了頂噴制粒功能，并精確控制了系統(tǒng)溫度，通過上機試驗，證實了設備新增功能的可行性及設備運行、溫度控制的穩(wěn)定性。在不影響原設備功能和生產(chǎn)能力的情況下，改進后的沸騰干燥機頂噴制粒效果較好，溫度控制精準，減少了企業(yè)的資產(chǎn)投入，真正實現(xiàn)了一機兩用功能。

[1]秦學.沸騰干燥機在制藥行業(yè)應用的改進建議[J].機電信息，2010（14）：29-31.