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常用真空干燥设备的特点及在制药工业中的应用
编辑:杭州中药浸膏喷雾干燥机厂家时间: 2018-12-17

常用真空干燥设备大致有真空箱式、真空耙式、滚筒式、双锥回转式、真空转鼓式、真空圆盘刮板式、真空转鼓式、圆筒搅拌式、真空振动流动式与真空带式等,在此主要介绍制药工业较常应用的真空设备。

1、双锥回转真空干燥机

1.1 结构与原理

双锥回转真空干燥机如图1 所示。系统由主机、冷凝器、除尘器、真空抽气系统、加热系统、净化系统与控制系统等组成。以主机而言,由回转筒体、真空抽气管路、左右回转轴、传动装置与机架等组成。

工作原理:在回转筒体的密闭夹套中通入热能源(如热水、低压蒸汽或导热油),热量经筒体内壁传给被干燥物料。同时,在动力驱动下,回转筒体作缓慢旋转,筒体内物料不断混合,从而达到强化干燥的目的。工作时,物料处于真空状态,通过蒸汽压的下降作用使物料表面的水分(或溶剂)达到饱和状态而蒸发,并由真空泵抽气及时排出回收。在干燥过程中,物料内部的水分(或溶剂)不断地向表面渗透、蒸发与排出,这三个过程是不断进行的,物料能在很短时间内达到干燥目的。

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1.2 设备的应用

双锥回转真空干燥机适用于制药、食品等行业生产中含粉状、粒状及纤维的浓缩或混合物料的干燥,特别是需低温干燥的物料(如原料药、生化制品等),更适用于易氧化、易挥发、热敏性、强烈刺激、有毒性物料和不允许破坏结晶体物料的干燥。

1.3 干燥的影响因素

在双锥回转真空干燥机干燥过程中,影响干燥速度的因素:

1)真空度越高,越利于水分在较低温度下汽化,但真空度过高不利热传导,会影响物料加热效果。为提高物料干燥速度,应根据物料的特性综合考虑真空度,通常真空度应不低于1×104 Pa

2)被干燥物料的状况(如物料形状、大小尺寸、堆置方法)、物料本身的含湿量、密度、粘度等性能。一般物料颗粒细而均匀、堆放松散、厚度薄,则内部水分容易扩散;

3)提高物料的初温、经真空过滤前处理、降低物料含湿量等,均能提高真空干燥速度。

1.4 双锥回转真空干燥机的选用注意点

1.4.1 物料的特性

1)物料的粘度,粘度随湿分而变化,并可使物料团聚成块、且易粘在筒体壁上,干燥后则易粘附在除尘器和管通上;

2)物料的容许温度(即物料所能承受的最高温度),超过该温度将导致物料效价改变、分解破坏或变色,一般热敏性药品的容许温度可采用60 ℃左右;

3)物料的堆密度(指单位体积的物料质量),由于物料是绝干物料与湿分的混合物,绝干物料又往往为颗粒状或粉末状,随着物料中湿分不同而导致绝干物料颗粒间的间隙也不同,故在原料制备时尤为注意;

4)物料的滑移角,当物料堆斜面与底面间夹角增大到某个角度时,将发生侧面物料下滑落的现象,故应根据物料的滑移角而选择锥体的角度。

1.4.2 干燥温度

随着物料的性质不同,可选择适当的温度,常以变温干燥法为佳,即在干燥初期温度低,逐渐提高温度以增大干燥速度。

1.4.3 工作真空度

通常选用1×1031×104 Pa 真空度,真空度高,物料中湿分汽化温度低,干燥速度快,但真空度过高,导致抽气系统成本增加。

1.4.4 充填率(实际装料容积与干燥筒体容积之比)

双锥回转真空干燥机的充填率通常为30%50%之间。

1.5 公司产品简介

SZG 型双锥真空干燥机是新一代开发的干燥装置,其特点:

1)具备皮带、链条两级弹性联接方式,因而运行平稳;

2)特别设计的工装,能确保左右回转轴的同心度良好;

3)热媒及真空系统均采用可靠的美国技术的旋转接头;

4)当需干燥粘性物料时,还可在回转筒内特别设计“抄板”结构或设置滚珠;

5)加热系统可有多种菜单选择,即热媒介质可在高温导热油、中温蒸汽及低温热水中选择。在此基础上,公司还开发了SZG-A 型,其既可无级调速,又能进行恒温控制。

2、箱式真空干燥机

2.1 结构与原理

箱式真空干燥机如图2 所示,系统由箱体主机、加热系统、冷却系统、抽气系统、测量系统、控制系统及冷凝回收系统等组成。以主机而言,由干燥箱体、加热搁板、加热介质进入阀/ 排出阀、冷却水进入阀/ 排出阀、

物料托盘与控制仪表等组成。

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被干燥的物料均匀地散放在托盘中,再将托盘置于搁板上。待加热介质进入搁板后,物料靠传热接受热量,升温且其湿分汽化。干燥过程中汽化的湿分蒸发,由于真空室的抽气作用,通过干燥箱抽气阀被排出,当物料中湿分降到一定值时就完成干燥过程。

2.2 设备的特点与应用箱式真空干燥机的特点:

1)被干燥物料处于静止状态,形状不易损坏;

2)干燥过程中不会发生绝干物料被抽走而损失的现象,也无粉尘产生;

3)真空下物料溶液的沸点降低,使蒸发器的传热推动力增大,当传热量一定时可相应节省蒸发器的传热面积;

4)蒸发操作的热源

可采用低压蒸汽或发热蒸汽;

    (5)搁板层数多,加热面积大,热损失少,容易实现规模生产;

    (6)在干燥前可进行消毒处理。

其缺点:装料和出料都是手工操作,较费力,生产效率较低。同时,装出料所引起多次转序,只能靠操作规程的严格控制,才能消除交叉污染的发生。

由于箱式真空干燥机的这些特点,因而十分适宜在高温下分解、聚合和变质的热敏性物料进行低温干燥,故被广泛地采用在制药、化工、食品等行业的生产中,但近期在制药工业中的应用还多在初上项目、中小规模以及非连续式生产方式上。

2.3 箱式真空干燥机的影响因素与选择的注意点

用箱式真空干燥机进行物料干燥时,其影响干燥因素除与物料有关外,还与结构与制造相关。

1)搁板(即蒸发器),其功能为:上表面对物料传导加热,下表面对物料辐射加热以及支撑物料和托盘质量。搁板的材质、结构、表面平整度和粗糙度等方面将决定其温度、温度均匀性和辐射率,而温度、温度均匀性和辐射率三项指标将决定于物料干燥速度、均匀性,也是确保干燥质量的至关指标。

2)箱体,其作为负压密封容器,漏气率低、放气率小和稳定性好是考察产品质量的三大技术指标,也是设备运行、效率与能耗的具体表现,特别是漏气率是由设计与制造所决定的。

3)托盘,其是盛放物料并将其置于搁板上进行真空干燥的重要构件。托盘的材质、结构、表面平整度和粗糙度等方面也将决定其热传导性能,同时托盘容积的大小将决定其装料量和生产量。

4)若采用冷凝器,则物料中的溶剂可通过冷凝器加以回收;又若采用SK 系列水环真空泵,可不用冷凝器,能节省能源的投资。

3、盘式真空连续干燥机

3.1 结构与原理

盘式真空连续干燥机如图3 所示,由室体、进料装置、刮板装置、加热管路、加热圆盘、转盘、驱动机构、出料装置、真空管路及机架等组成。在盘式连续干燥机内部中,最上一层是一小加热圆盘,第二层是大加热圆盘,第三层是一小加热圆盘,依次交替排列。工作时,转轴在驱动机构带动下,连同固定在转轴上的带耙叶的刮板装置一起转动,而大小加热圆盘是静止不动的。湿物料自干燥机顶部的进料装置连续地加入到最上层小加热圆盘内缘处的盘面上,带有耙叶的刮板装置作回转运动,一边连续地翻动搅拌,一边从加热圆盘内缘向外缘呈螺旋线状运动,而被干燥物料由加热介质经盘内传导的热量加热升温后,由小加热圆盘外缘跌落到下一层大加热圆盘外缘处的盘面上。其又在耙叶刮板的推动下,物料由盘外缘向内缘呈螺旋线状运动,上层跌落物料再次由加热介质经盘内传导的热量加热升温后,再由大加热圆盘内缘跌落到下一层小加热圆盘内缘处的盘面上,最后从内缘跌落到下一层小加热圆盘内缘外的盘面上。如此内外交替,物料逐层自上而下运动,物料逐渐被加热干燥。其中,中空状的加热圆盘内通入加热介质。因此,物料从最上一层加热圆盘逐渐加热干燥并落到室体的底部加热圆盘,最后被耙叶刮板装置移送到出料口排出,室体内被汽化加热的湿分则由室体顶部的抽气口被真空抽气系统抽走,最后从底层排出的干物料可直接包装。

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3.2 设备的特点与应用

盘式真空连续干燥机除真空干燥设备的一般特点外,还具有以下特点:

1)调整容易、适用性强、干燥效果好:1)通过调整料层厚度、主轴转速、耙叶型刮板数量、耙叶型式和尺寸,使干燥效果达到最佳;2)在加热圆盘中物料被耙叶慢速推动,相互磨损很小,干燥前后物料的形状、大小变化很小,破损率极低;3)每层干燥加热圆盘皆可单独通过入介质,对物料进行加热或冷却,物料温度控制准确;4)物料的停留时间可以精确调整;5)物料的流向单一、无返混现象,干燥均匀、质量稳定。

(2)操作简便、容易:1)开/ 停车操作非常简单;2)停止进料后,耙叶型刮板能很快地排空干燥器内的物料;3通过大规格检视门的视镜可以对设备内进行很仔细的清洗和观察。

3)低能高效、热交换充分:1)料层很薄,主轴转速低,物料传送系统需要的功率小,而以传导热进行干燥,热效率高,是一种节能、低耗的干燥设备;2)物料在加热圆盘中,沿阿基米德螺旋轨迹前进,所走路程为加热圆

盘半径的56 倍,且逐层下落,达到了设备体积小、干燥路程长,热交换充分的目的。

4)盘式真空连续干燥机同其它真空干燥类设备相比:设备容积相等时,比箱式真空干燥箱生产所需时间减少80%,比双锥真空干燥机生产量要提高610 倍。盘式真空连续干燥机集自动进料出料、多次反复干燥、翻动搅拌等多功能特点于一体,使干燥生产能趋于连续化、中大型产量化及密闭化,能较好适应制药、食品等工业的生产,其中对含粉粒状、片状的湿物料干燥物料尤为突出。其可用于:氨苄青毒素、邓盐、左旋苯甘氨酸及中间体、头孢氨噻、头孢三嗪、安乃近、西咪替丁、茶/花提取物、银杏叶、淀粉、玉米胚芽等原料及医药中间体等品种的干燥。

3.3 干燥的影响因素与选择的注意点

盘式真空连续干燥机的干燥效果除与物料的特性、控制温度、控制真空等因素有关外,还与设备内部结构设计有关。

3.3.1 带耙叶的刮板装置

1)带耙叶的刮板装置的形式,如曲面形耙叶能提高翻搅功能,使物料混合充分,干燥速率提高。又如螺旋面形耙叶能适用于内摩擦力较大的物料;  

2)带耙叶的刮板的主要尺寸,如耙叶长度、耙叶高度、耙叶安装角度

等,其中安装角对干燥速度有一定影响,随安装角度增大小,干燥速度趋于上升,一般在45°~55°为佳。

3.3.2 加热圆盘的结构

加热圆盘有多种型式,如支撑板式、折流板式及冲压式,但以冲压式加热圆盘为佳,其能增加加热介质的拢动作用以提高热效率作用。

3.3.3 进料装置

进料装置一般为螺旋进料,螺旋给料器的转速过快会引起物料层过厚,耙叶不能达到有效地翻动与搅拌,对干燥不利。转速过慢会引起物料分布的不连续,进而影响生产的连续性。一般为510 r(要根据不同进料特性而选择)。

4、真空耙式干燥机

4.1 结构与原理

真空耙式干燥机如图4 所示,系统由主机、捕集系统、冷凝系统、加热系统、抽气系统以及辅助系统等组成。就主机而言,由壳体、耙齿、转轴、封头、动密封、支架等组成。

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真空耙式干燥机是利用夹套壳体壁面加热物料,并在不断转动的耙齿搅拌下,物料与壳体壁面接触,此表面也在不断更新,被干燥物料受热而使其中湿分汽化,汽化的湿分蒸汽由真空抽气系统及时抽走。也由于耙齿的搅拌作用,将有利于被干燥物料内部湿分的迁移及其分子运动,从而达到干燥目的。

4.2 设备的特点与应用

真空耙式干燥机除真空干燥设备的一般特点外,还具有以下特点:

1)适用性强,应用面广。由于其利用夹套加热,真空排气,故对所有不同性质与状态的物料皆适用,特别适于易爆、易氧化、膏状物料的干燥。

2)产品质量好,成品粒度细。由于耙齿的不断正反向转动,物料搅拌均匀,避免物料的过热,湿分也易逸出,成品含水率低,且粒度细,不需再作粉碎。

3)能耗低。由于其间接加热物料与耙齿的均匀搅拌,有效地提高了物料内部的热传导,故能耗低。

其缺点:结构复杂、属间歇操作、干燥时间长,故产量低,同时又不易出净物料与清洗,因此不适于需经常更换品种的生产。真空耙式干燥机适用于制药与食品工业中:(1)类似于浆状、膏糊状、粉状之类物料;(2)低温干燥的热敏性物料;(3)易氧化、易爆、强刺激、剧毒物料;(4)要求回收有机溶剂的物料。

4.3 干燥的影响因素与选择的注意点

真空耙式干燥机的干燥效果除与物料的特性、控制温度、控制真空等因素有关外,还与设备内部结构设计有关。

4.3.1 筒体与法兰

除筒体内表面的表面粗糙度外,还要注意筒体轴线与左右法兰(即二端密封座)中心的同轴度。

4.3.2 耙齿与转轴

  (1)耙齿未端左右向应有相等转角,当转轴正反转时能使物料由中间至二端往返运动,使物料均匀搅料。在达到物料与内壁接触不热的同时,物料能起到粉碎作用,以增大汽化面积促进干燥进程;

  (2)转轴、耙齿回转中心应与筒体轴线保持同轴度,且耙齿与筒体内壁间隙值均匀。

4.3.3 轴的密封

转轴与封头之间有良好密封性能,密封不好,外部冷空气会泄漏进来,真空度不够,温度会降而影响干燥。




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