沸騰干燥機(jī)頂噴制粒功能及溫度控制研究

張大虎 徐普興 苑兆國(guó) 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(zhǎng)醫(yī)藥銷(xiāo)售有限公司，山東菏澤274000；3.山東步長(zhǎng)制藥股份有限公司，山東菏澤274000）

0 引言

沸騰干燥機(jī)是口服固體制劑干燥領(lǐng)域中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的一種高效的干燥設(shè)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(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中，濕物料經(jīng)送風(fēng)保持懸浮沸騰狀態(tài)后，其與空氣的表面積增大，在熱風(fēng)干燥氣流中不斷進(jìn)行熱交換，快速帶走濕物料中的水分。干燥完成時(shí)間僅需幾分鐘至幾十分鐘，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品具有良好的流動(dòng)性、分散性和溶解性。由于沸騰干燥機(jī)生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量好，操作快捷，省時(shí)省力，因此該設(shè)備倍受制藥行業(yè)的青睞。但是，常用的沸騰干燥機(jī)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(mǎn)足產(chǎn)品制粒等需求。因此，我們充分考慮目前該設(shè)備的使用現(xiàn)狀，利用現(xiàn)有資源，在原設(shè)備基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，使得改進(jìn)后的沸騰干燥機(jī)能夠更好地滿(mǎn)足產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。

1 沸騰干燥機(jī)的組成、工作原理與特點(diǎn)

1.1 組成

沸騰干燥機(jī)由進(jìn)風(fēng)過(guò)濾系統(tǒng)（初效、中效、高效空氣過(guò)濾器）、蒸汽加熱器、主機(jī)（物料室、擴(kuò)展室）、引風(fēng)機(jī)、除塵器、電氣控制系統(tǒng)、操作臺(tái)等部件組成。

1.2 工作原理

沸騰干燥機(jī)利用末端引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)作用，將前端的空氣通過(guò)過(guò)濾器和加熱器引入到送風(fēng)管道內(nèi)，再通過(guò)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(kuò)展室，由于風(fēng)壓的作用，濕物料在干燥機(jī)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(jìn)行廣泛接觸，水分被快速蒸發(fā)，從而在較短時(shí)間內(nèi)完成物料的干燥。最后，廢氣由風(fēng)機(jī)通過(guò)過(guò)濾室和除塵器過(guò)濾后排出。

1.3 特點(diǎn)

（1）濕顆粒在熱風(fēng)的鼓動(dòng)下，不斷地處于沸騰狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)激烈，熱交換迅速，流態(tài)化干燥，干燥速度快、時(shí)間短；

（2）操作過(guò)程簡(jiǎn)單，只要設(shè)定好進(jìn)風(fēng)溫度，物料由濕變干的過(guò)程均在負(fù)壓條件下的閉密容器內(nèi)操作，密封性好，干燥過(guò)程不需要翻動(dòng)物料，無(wú)粉塵飛揚(yáng)，傾翻缷料，方便迅速；

（3）干燥后的物料水分均勻，可通過(guò)控制物料在容器內(nèi)停留的時(shí)間長(zhǎng)短，使物料干燥至預(yù)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(guò)熱的情況，所以也適用于某些對(duì)熱敏感物料的干燥；

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

（6）對(duì)不同物料的適應(yīng)性比較好，設(shè)備體積小，生產(chǎn)能力強(qiáng)，熱效率高，操作控制方便，顆粒破損率小。

2 沸騰干燥機(jī)增加頂噴制粒功能的研究

2.1 沸騰干燥機(jī)的設(shè)計(jì)缺陷

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

2.2 沸騰干燥機(jī)新增功能的改進(jìn)

2.2.1 增加頂噴制粒的功能性配件

沸騰干燥機(jī)增加頂噴制粒功能所需的配件有：噴槍、50 L配液容器（氣動(dòng)馬達(dá)攪拌）、蠕動(dòng)泵（帶調(diào)速）、移動(dòng)車(chē)、控制系統(tǒng)（包括PLC制粒控制、防爆電機(jī)、防爆控制柜、變頻器等，用于頂噴制粒的控制）。改進(jìn)后的功能性配件如圖1所示。

2.2.2 改進(jìn)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(guò)反復(fù)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(jī)的擴(kuò)展段拆下，選取操作時(shí)擴(kuò)展段側(cè)面位置上、中、下3處，均勻鉆開(kāi)100 mm的相同圓孔，根據(jù)頂噴時(shí)所需實(shí)際距離在一個(gè)圓孔處安裝噴槍?zhuān)溆鄡蓚€(gè)圓孔用盲板密封，將壓縮空氣管引至噴槍?zhuān)B接好蠕動(dòng)泵，改造完畢。開(kāi)啟電源，打開(kāi)蠕動(dòng)泵與壓縮空氣，開(kāi)始噴液，證實(shí)霧化效果較好。

圖1 改進(jìn)后的功能性配件

3 沸騰干燥機(jī)的溫度控制

3.1 溫度控制方面的設(shè)計(jì)缺陷

沸騰干燥機(jī)的加熱控制方法：飽和蒸汽通過(guò)加熱室內(nèi)的列管加熱，在加熱室內(nèi)的出風(fēng)口處安裝一個(gè)溫度計(jì)與控制操作系統(tǒng)相連，控制系統(tǒng)溫度，通過(guò)控制加熱室與蒸汽電磁閥的聯(lián)動(dòng)來(lái)控制進(jìn)風(fēng)的加熱溫度。溫度探頭如圖2所示。

當(dāng)實(shí)際溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，蒸汽電磁閥關(guān)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(shè)定溫度時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)溫度浮動(dòng)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(wèn)題，影響干燥及制粒效果。究其原因是蒸汽壓力大小設(shè)置和溫度計(jì)安裝位置不合理。

圖2 溫度探頭

3.2 溫度控制的改進(jìn)方案

3.2.1 改變溫度計(jì)安裝位置

因沸騰干燥機(jī)的原控制溫度探頭位于蒸汽加熱室的出風(fēng)口處，蒸汽加熱具有時(shí)效性，顯示達(dá)到設(shè)定溫度后，實(shí)際溫度有一個(gè)上升或下降的過(guò)程，影響實(shí)際的顯示溫度，且影響范圍較大，進(jìn)而影響干燥機(jī)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(kāi)實(shí)際緩沖溫度的影響，在進(jìn)風(fēng)段進(jìn)風(fēng)口處（圖3）焊接熱電偶接頭。

圖3 進(jìn)風(fēng)段進(jìn)風(fēng)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(jī)的設(shè)定溫度，從而控制蒸汽電磁閥的開(kāi)閉，在原圖2位置處安裝一個(gè)數(shù)顯溫度計(jì)，同時(shí)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(shí)間。

操作時(shí)，先打開(kāi)沸騰干燥機(jī)控制系統(tǒng)，設(shè)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(jìn)風(fēng)溫度設(shè)置不宜過(guò)高，蒸汽閥門(mén)壓力不宜過(guò)大，以不超過(guò)0.1 MPa為宜。如果溫度設(shè)置過(guò)高、壓力過(guò)大，進(jìn)入的蒸汽量就越大，溫度容易過(guò)高，相應(yīng)地就會(huì)增加調(diào)溫、控溫時(shí)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(jì)

在沸騰干燥機(jī)的物料段處焊接熱電偶接頭，安裝溫度探頭，可實(shí)時(shí)顯示物料溫度，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)溫度來(lái)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(jìn)后的設(shè)備試制

4.1 試制所用設(shè)備儀器清單

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

4.2 試制所用物料準(zhǔn)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(guó)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(jī)預(yù)混制粒干燥動(dòng)態(tài)監(jiān)控記錄

4.3 方法與結(jié)果

4.3.1 試制方法

先空白試機(jī)，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(jī)分別過(guò)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(chēng)量后，投入到沸騰干燥機(jī)的物料室內(nèi)，開(kāi)啟風(fēng)機(jī)使物料在設(shè)備內(nèi)沸騰，預(yù)混，預(yù)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(shè)備進(jìn)風(fēng)溫度控制在設(shè)定溫度范圍時(shí)，先用水調(diào)整噴槍霧化大小及流速，將蠕動(dòng)泵吸管接入到配制好的黏合劑內(nèi)。開(kāi)始噴槍?zhuān)瑫r(shí)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(huì)發(fā)生明顯的物料粘連現(xiàn)象。注意對(duì)過(guò)濾布袋定時(shí)“抖袋”。待黏合劑噴完后，提高送風(fēng)溫度，物料干燥至控制的水分標(biāo)準(zhǔn)后，停機(jī)出料，使用搖擺制粒機(jī)整粒，混合，壓片。

4.3.2 試制結(jié)果

空白試機(jī)及真藥試機(jī)預(yù)混制粒干燥的動(dòng)態(tài)監(jiān)控記錄分別如表1、表2所示。

通過(guò)空白試機(jī)及試制一批真藥，所制出來(lái)的顆粒細(xì)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(jié)果均符合工藝要求?？梢?jiàn)改進(jìn)后的沸騰干燥機(jī)通過(guò)前移溫度探頭，從而控制蒸汽電磁閥的頻繁開(kāi)閉，減少了蒸汽加熱余溫對(duì)系統(tǒng)控制溫度的影響，避免了加熱室溫度的巨幅波動(dòng)，將溫度控制于合理范圍內(nèi)，使送風(fēng)溫度落差控制在±5℃以?xún)?nèi)。同時(shí)，加熱室溫度也得到了明顯改善。

表2 真藥試機(jī)預(yù)混制粒干燥動(dòng)態(tài)監(jiān)控記錄

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)了解沸騰干燥機(jī)的干燥功能，考慮目前設(shè)備現(xiàn)狀，對(duì)比了新型流化床的制粒干燥功能，充分利用現(xiàn)有資源，購(gòu)買(mǎi)附屬設(shè)施，提出了增加頂噴制粒功能和溫度控制的改進(jìn)方案，在原設(shè)備基礎(chǔ)上，增加了噴槍、蠕動(dòng)泵等配件，實(shí)現(xiàn)了頂噴制粒功能，并精確控制了系統(tǒng)溫度，通過(guò)上機(jī)試驗(yàn)，證實(shí)了設(shè)備新增功能的可行性及設(shè)備運(yùn)行、溫度控制的穩(wěn)定性。在不影響原設(shè)備功能和生產(chǎn)能力的情況下，改進(jìn)后的沸騰干燥機(jī)頂噴制粒效果較好，溫度控制精準(zhǔn)，減少了企業(yè)的資產(chǎn)投入，真正實(shí)現(xiàn)了一機(jī)兩用功能。

[1]秦學(xué).沸騰干燥機(jī)在制藥行業(yè)應(yīng)用的改進(jìn)建議[J].機(jī)電信息，2010（14）：29-31.