片劑連續(xù)生產(chǎn)線清洗與干燥

洪建春 戢 兵 林俊杰 孔令章

湯臣倍健股份有限公司 廣東 珠海 519040

引言

智能制造,產(chǎn)線升級(jí),減人增效是目前各工廠生產(chǎn)的主要發(fā)展方向。無人工廠,黑燈工廠在隨著自動(dòng)化生產(chǎn)線智能化程度的不斷提升,也在質(zhì)量控制方面逐步減少了人的不安因素,全程自動(dòng)質(zhì)量把控,自動(dòng)調(diào)整隨時(shí)把控,生產(chǎn)出大批量的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

連續(xù)生產(chǎn)雖然在大批量生產(chǎn)中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì),但面對(duì)日益多樣的消費(fèi)需求,私人訂制,個(gè)性消費(fèi)的消費(fèi)習(xí)慣已慢慢形成,面對(duì)市場(chǎng)的需求,各行業(yè)已在探求工廠柔性生產(chǎn)的發(fā)展方向。在嚴(yán)格的質(zhì)量控制體系下,連續(xù)生產(chǎn)線能否滿足快速換批,快速清場(chǎng)就至關(guān)重要。本文從連續(xù)生產(chǎn)線的清洗與干燥板塊來做分析。

1 清洗、干燥設(shè)備組成

1.1 CIP清洗站 CIP為Clean In Place的英文首字母縮寫,即在位清洗,不改變?cè)O(shè)備位置的前提下清洗設(shè)備,簡(jiǎn)單來說就是一種清洗方式。CIP清洗不僅能清洗設(shè)備,而且還能控制微生物,廣泛應(yīng)用于食品、飲料及制藥等企業(yè)。主要由儲(chǔ)水罐、自吸泵、熱交換器、功能閥門、管道組成。主要為系統(tǒng)提供飲用水、巴士水、純化水清洗。

1.2 轉(zhuǎn)籠除濕機(jī) 此為新風(fēng)單元,主要有初中效過濾器,表冷、轉(zhuǎn)籠、再生系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)構(gòu)成。設(shè)備原理為：新風(fēng)通過初中效過濾器后,穿過表冷除濕后,透過由高分子材料制成的轉(zhuǎn)籠,再次吸附空氣中的水份,使空氣含水量在2%(根據(jù)設(shè)定),后端過高效過濾器給用戶端。轉(zhuǎn)籠吸附到一定量水份后轉(zhuǎn)動(dòng)到再生窗口干燥,以此循環(huán)工作。

1.3 真空機(jī)組 此為連續(xù)線提供穩(wěn)定的真空(負(fù)壓環(huán)境),作用為物料輸送和清洗后干燥。由水環(huán)真空泵,真空罐、熱交換器,水箱組成。

2 連續(xù)線設(shè)計(jì)要求

我司被CIP清洗設(shè)備有批混合倉(cāng)1、定量分料倉(cāng),沸騰制粒機(jī)、顆粒暫存?zhèn)}、批混合倉(cāng)2,亞批混1、亞批混2及連續(xù)式包衣機(jī)、配漿罐等。

要求為：各生產(chǎn)罐體無死角,內(nèi)壁光滑,低點(diǎn)接排水點(diǎn),由于物料管道都是由低到高,所以也布置清洗點(diǎn)。各倉(cāng)體有2個(gè)360°濾筒清洗球,2個(gè)360°濾筒外清洗球,一個(gè)倉(cāng)頂360°清洗球。物料管高點(diǎn)有清洗閥。制粒機(jī)擴(kuò)散室還有720°旋轉(zhuǎn)清洗球。

系統(tǒng)配備2個(gè)清洗點(diǎn),清洗順序?yàn)橄蕊嬘盟逑锤蓛艉?在用純化水沖洗,最后巴士消毒,每道清洗后用衛(wèi)生級(jí)壓縮空氣吹掃。低點(diǎn)管道出口布置5個(gè)集排水、補(bǔ)氣,巴士消毒水循環(huán)可相互切換的閥門系統(tǒng),分別連接不同的管道實(shí)現(xiàn)清洗干燥功能。

3 設(shè)計(jì)理論與過程

3.1 連續(xù)線CIP的CR(清洗效果)3要素

3.1.1 Ti(清洗時(shí)間),即使與被清洗表面所接觸、作用的時(shí)間。

3.1.2 A(機(jī)械作用),主要指壓力、流速。

3.1.3 Tc(溫度作用),主要指清洗的溫度、跟污物的類型與粘度有關(guān)。

以上要素可用公式表達(dá)為：CR=Ti+A+Tc,即是CIP清洗理論模型-TAT模型,也即清洗效果三要素模型,TAT三個(gè)因素相互影響又互為補(bǔ)充,當(dāng)一個(gè)要素不足時(shí),需要通過其它要素來補(bǔ)充。

下面分別介紹清洗效果三要素：

(1)時(shí)間Ti

一般來說,清洗的時(shí)間越長(zhǎng),效果則越好。但在實(shí)際生產(chǎn)中必須保證生產(chǎn)的速率,通常清洗時(shí)間為2～3倍的完全覆蓋時(shí)間,整個(gè)在位清洗流程的每一步,都以清洗時(shí)間為運(yùn)行時(shí)間。

(2)機(jī)械作用A

機(jī)械作用占據(jù)整個(gè)清洗效果的50%以上,故需要重點(diǎn)對(duì)待,從以下三個(gè)方面來著手,從而保證清洗清洗效果：(1)流速：對(duì)于設(shè)備罐體采用噴淋球,管道閥門等需要保證流體處于湍流狀態(tài),一般保證清洗流速1.5m/s左右,1.5m/s基本上屬于流體的經(jīng)濟(jì)流速。(2)壓力：一般按清潔難易程度,壓力劃分為以下四個(gè)分段,極易清洗罐體：1-3bar；較易清洗罐體：2-6bar；較難清洗罐體：6-10bar；極難清洗罐體：＞10bar。(3)流量：一般可采用以下兩種計(jì)算方法計(jì)算流量,罐內(nèi)表面積計(jì)算法：0.24～0.72m3/(㎡*h)；罐體周長(zhǎng)計(jì)算法：1.5～3.52m3/(h.m)。

(3)溫度作用Tc

在一定溫度范圍內(nèi)隨著溫度升高,雖然殺菌效果,清洗速度、溶解速度都會(huì)隨著提高,但如果溫度過高,殘留的蛋白質(zhì)成分發(fā)生變性,導(dǎo)致設(shè)備更難清洗。所以并不是溫度越高越好。一般情況下：當(dāng)溫度達(dá)到80℃后,溫度再升高,清洗時(shí)間基本無變化,所以清洗液溫度一般控制在80℃。

連續(xù)生產(chǎn)線CIP工藝采用三步法清洗,既第一步用飲用水沖洗,第二步用純化水消毒,第三步使用巴氏水沖洗,通過三種水的循環(huán)清洗達(dá)到倉(cāng)內(nèi)無菌無塵的效果。

飲用水清洗：在生產(chǎn)完后需要對(duì)倉(cāng)體進(jìn)行清洗,第一步驟應(yīng)該使用飲用水對(duì)倉(cāng)體進(jìn)行清洗,清洗步驟分為頂部清洗。濾芯清洗,進(jìn)料管路清洗,罐體清洗幾個(gè)步驟,罐體通過清洗球清洗,清洗球可以達(dá)到對(duì)倉(cāng)體內(nèi)部各個(gè)點(diǎn)位的清洗效果,讓倉(cāng)內(nèi)煥然一新,在此幾個(gè)步驟執(zhí)行結(jié)束后,會(huì)執(zhí)行吹掃動(dòng)作,將倉(cāng)體內(nèi)的水吹掃干凈。

純化水清洗：純化水的清洗步驟和飲用水是一樣的,它的作用是將倉(cāng)體內(nèi)的飲用水清洗干凈。

巴氏消毒水：巴氏消毒水清洗步驟和其他兩種水略有不同,區(qū)別在于清洗部位的循環(huán)作用,按照設(shè)定時(shí)間來判斷結(jié)束條件的,巴氏消毒時(shí)間為30分鐘,那么清洗開始后,開始按照正常流程清洗,當(dāng)清洗到最后一步后,判斷是否到30分鐘了,如果沒有的話再?gòu)牡谝徊介_始清洗,直到清洗時(shí)間到30分鐘的時(shí)候,再進(jìn)行吹掃動(dòng)作,最終排水結(jié)束。

實(shí)踐中連續(xù)生產(chǎn)線CIP各步清洗時(shí)間如下表：

表1

3.2 清洗后真空干燥原理：即通過沸點(diǎn)干燥 干燥過程中,液體水分汽化有軸蒸發(fā)和沸騰兩種方式。水在沸騰時(shí)的汽化速度比在蒸發(fā)時(shí)的汽化速度快得多,水分蒸發(fā)變成蒸汽可以在任何溫度下進(jìn)行。水分沸騰變成蒸汽,只能在特定溫度下進(jìn)行,但是當(dāng)降低壓強(qiáng)的時(shí)候,水的沸點(diǎn)也降低。例如,在19.6kPa氣壓下,水的沸點(diǎn)即可降到60°C。真空干燥就是在真空狀態(tài)下,倉(cāng)內(nèi)水份快速蒸發(fā)汽化,抽真空又快速抽出汽化的蒸汽,使倉(cāng)內(nèi)持續(xù)保持負(fù)壓狀態(tài)一定時(shí)間后,開啟補(bǔ)氣閥,從轉(zhuǎn)籠除濕機(jī)輸出的干燥空氣迅速補(bǔ)充,再關(guān)閉補(bǔ)氣閥,持續(xù)循環(huán)達(dá)到快速干燥的目的。

4 過程質(zhì)量控制

質(zhì)量是企業(yè)的生命線,企業(yè)加快生產(chǎn)速度、降低成本的同時(shí),還要保證產(chǎn)品質(zhì)量。在清洗中,質(zhì)量控制的過程如下：

4.1 檢查干燥新風(fēng)單元的設(shè)備工作狀態(tài),初中高效過濾器壓差,確保性能完好。

4.2 連接必要的管道(生產(chǎn)時(shí)已物理隔離斷開)。

4.3 清洗中要開啟混合氣環(huán)吹氣,以防止污物存于氣閥后端。

4.4 清洗后檢查倉(cāng)體過濾器,防止因使用時(shí)間長(zhǎng),過濾效果變?nèi)?內(nèi)部積水多,干燥不充分,水滴入倉(cāng)內(nèi)污染倉(cāng)體。

4.5 干燥完畢后,在生產(chǎn)前需要檢查混合氣環(huán)有無積水,倉(cāng)內(nèi)壁有無因倉(cāng)體冷卻后結(jié)冷凝水。(轉(zhuǎn)籠除濕機(jī)持續(xù)工作會(huì)有轉(zhuǎn)籠在再生時(shí)的余溫,約60°)

4.6 生產(chǎn)前進(jìn)行擦拭化驗(yàn)檢測(cè)。

5 熱風(fēng)干燥與真空干燥對(duì)比

5.1 熱風(fēng)干燥：產(chǎn)線設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮各倉(cāng)體,各管道的進(jìn)風(fēng)量,保證干燥過程中熱風(fēng)流量。設(shè)計(jì)無盲道。

真空干燥：在真空閥打開,持續(xù)抽真空的狀態(tài)下,各盲道都能在負(fù)壓狀態(tài),水份蒸發(fā)汽化。

5.2 熱風(fēng)干燥：為使各點(diǎn)都能充分干燥,干燥時(shí)間長(zhǎng)。

真空干燥：抽真空能使所有密閉空間降至負(fù)壓下,水份蒸發(fā)快,通過補(bǔ)氣-真空數(shù)次循環(huán),干燥速度快。

5.3 熱風(fēng)干燥：因?yàn)楦稍飼r(shí)間長(zhǎng),后端熱風(fēng)不斷排出,能耗大,熱效率沒有被充分利用。

真空干燥：因?yàn)檎婵招矢?真空組能耗低,轉(zhuǎn)籠再生系統(tǒng)每次僅干燥轉(zhuǎn)籠的1/4,蒸汽使用有限。

綜上述,在連續(xù)線生產(chǎn)中,因?yàn)楣艿缽?fù)雜,真空干燥有巨大的優(yōu)勢(shì),未來在食品保健、醫(yī)藥、農(nóng)漁飼料行業(yè)將得到更多發(fā)展。

在提倡智能制造,自動(dòng)化生產(chǎn),柔性制造的當(dāng)代,毫無疑問,連續(xù)生產(chǎn)線在線清洗將得到更充分的發(fā)展,應(yīng)用場(chǎng)景將更加廣泛,各種新技術(shù)新工藝將持續(xù)投入,本文僅就這問題談些淺顯的看法,意在拋磚引玉,以就教于各界專家。