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域的獨特地位，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、流程與特點

1.1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)旋風除塵器和布袋除塵器回收固體粉料后排空。  

1.2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。

1.3技術(shù)特點

(1)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)；  

(3)在同一設備內(nèi)可以進行連續(xù)操作，也可進行間歇操作；  

(4)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)設置，操作安全方便；  

(6)干燥裝置機械傳動部件少，設備的投資費用低廉，維修工作量較小。  

2．對沸騰干燥機的改進建議  

經(jīng)過長期的應用和發(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： 

2.1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備，與傳導型干燥設備相比，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)加強設備的密封效果。目前大多數(shù)沸騰干燥機料斗與設備本體采用平面法蘭連接，密封效果較差，建議設計時改用凹凸面法蘭連接；進口泵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；

(2)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。  

2.2對捕集除塵裝置的改進建議  

能夠順利進行流化工藝操作的基本條件是物料具有良好的流化狀態(tài)，高效率的過濾除塵器使這種狀態(tài)得以延續(xù)。過濾除塵器的除塵效率很大程度上決定了沸騰效果。目前使用的除塵方式主要有抖袋除塵和脈沖反吹除塵兩種。

建議：過濾袋采用卡箍連接方式進行連接，吊筋選用不易變形的剛性材料，同時定期檢查更換布袋。    

2.3關于氣流分布板(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”，其趨于極端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，這是應該著力避免的。良好的分布板設計，應能抑制床層中出現(xiàn)不均勻性，即當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模型、傳熱與傳質(zhì)模型，在氣流分布板設計時對孔距、孔徑、開孔率等參數(shù)進行空氣動力學、熱力學仿真計算并驗證，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)快裝和徹底、完全的清洗。  

2.4對完善進風空氣處理的建議

  熱空氣的采風口一般設置在輔機房，和加熱裝置、消音器安裝在一起，輔機房與潔凈區(qū)不設置直通的門窗，輔機房的空氣潔凈級別往往比較低，會影響藥用熱空氣的質(zhì)量，這就要求設備本身有良好的凈化裝置，否則未凈化的空氣會污染藥品，難以達到GMP要求。

  目前國內(nèi)許多設備對空氣處理單元的配置為：初效過濾器—中效過濾器—蒸汽加熱(或電加熱)—(亞)高效過濾器?？諝馓幚硐到y(tǒng)雖然配置了初、中、高效過濾器，但隨著運行時間的不斷增加，高效過濾器會出現(xiàn)堵塞或者破損，目前只能從外觀上來鑒別判斷是否需要更換，缺乏理論依據(jù)。提早更換會增加成本，推遲更換又會帶來空氣質(zhì)量下降的風險，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。建議：在高效過濾器前后增加壓差顯示裝置，當壓差到達一定的數(shù)值后報警提示更換。  此外，大多設備沒有除濕裝置，空氣除濕問題始終存在，特別是在春末和夏季，空氣濕度很大，如果不進行除濕會對物料的干燥產(chǎn)生很大影響。建議：增加除濕裝置。

  許多設備的引風機與風閥不聯(lián)動，這可能會導致在風機停機和蝶閥關閉之間引起空氣倒流的現(xiàn)象。建議：風機的啟停與風閥的開關聯(lián)動起來，當風機啟動時風閥同時打開，而當風機停止運行時，風閥同步關閉，以保證不會發(fā)生空氣倒流。  

2.5對設備與生產(chǎn)工藝結(jié)合不夠的改進建議

  干燥工藝流程與設備設計不合理，會導致能量損失很大。為徹底解決這些問題，必須對產(chǎn)品的干燥特性進行系統(tǒng)的研究，以確定***佳的干燥工藝參數(shù)，如對被干燥物料的性質(zhì)進行研究。物料本身的性質(zhì)是影響干燥的***主要因素，物料的形狀、大小、堆積厚度、水分的結(jié)合方式、化學特性等都會影響干燥速率。國內(nèi)除少數(shù)企業(yè)外，大部分設備制造企業(yè)缺乏對制劑工藝技術(shù)的了解和進行工藝試驗的必要條件，對各種物料的使用條件了解也不是很充分，故導致研發(fā)不足，很難進行新品種開發(fā)。  

2.6對控制系統(tǒng)的改進建議

  目前，流化床類設備的操作參數(shù)一般以操作人員的經(jīng)驗設定為主，但其完全可以實現(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、風速、操作時間、粉塵濃度等一系列裝置并得到基礎數(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。  

2.6.1溫度控制

  常用熱風加熱控制方式采用簡單的“開”、“關”模式，當溫度達到設定值時停止通汽，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溫度的高低，開始升溫時蒸汽流量較大，使進風溫度盡快接近設定值，然后自動調(diào)節(jié)蒸汽量使其緩緩接近設定值，***后保持穩(wěn)定的蒸汽量使進風溫度保持穩(wěn)定。  

2.6.2進風量控制

  大多的風量控制設備采用變頻調(diào)速控制，但沒有安裝風量測量元件，生產(chǎn)過程中只能根據(jù)物料的流化狀態(tài)隨時通過人工進行風量大小的調(diào)節(jié)，因此不能保證風量的穩(wěn)定和風量的相對恒定，而物料的變化、過濾袋阻力的變化等因素都會對風量的穩(wěn)定造成影響，風量的變化又可影響干燥速度。建議：在進風管安裝風量測量元件，實現(xiàn)自動控制，根據(jù)風量大小自動調(diào)節(jié)頻率，從而保持生產(chǎn)過程中風量的基本恒定。  

2.6.3在線濕度檢測  增加在線濕度檢測裝置。方便用戶根據(jù)實際情況調(diào)整參數(shù)，提高干燥的效率。 

2.6.4沸騰干燥工藝的重復性和可追溯性

  在實際生產(chǎn)中，操作人員對每次生產(chǎn)的設備工藝參數(shù)都要重新進行設定和修改，不能保證同樣的產(chǎn)品采用同樣的設備工藝參數(shù)進行生產(chǎn)，也就談不上追溯性。根據(jù)GMP，要求設備能夠儲存一定量的生產(chǎn)工藝參數(shù)，確保生產(chǎn)的重復性和可追溯性，各個用戶根據(jù)品種的多少來設定。沸騰干燥設備一般要求能夠存儲50種生產(chǎn)工藝，而目前國產(chǎn)設備大多做不到這一點。建議對PLC控制系統(tǒng)、機械執(zhí)行機構(gòu)進行改進和擴展，使功能更完善。如具有足夠的內(nèi)存，能夠儲存多種生產(chǎn)工藝，提供現(xiàn)場打印參數(shù)、數(shù)據(jù)保存、進行數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)PC連接功能等。