淺議防爆型閉式循環離心噴霧干燥機的新技術理念
從防爆型閉式循環離心噴霧干燥機的概要著手,對其創新點所形成的新技術理念作淺析,使人們對這些新技術理念能有進一步的理解。
1.防爆型閉式循環離心噴霧干燥機的概要
考察一個離心噴霧干燥機不能從單一主機出發,而是要考察其組成的系統,同時對閉式循環概念來說,更是一個系統概念,即無系統就不能形成閉式,因而本文是從系統角度對其分析的。
1.1防爆型閉式循環離心噴霧干燥機系統的組成
一步公司防爆型閉式循環離心噴霧干燥機系統(圖1)由離心噴霧干燥機主機、帶空氣過濾器的加熱器、鼓風機、水氣分離器、大小冷卻塔、噴淋塔、排風機、一級旋風分離器、二級旋風分離器、泵、測氧儀以及管路與控制閥等組成。
2.2防爆型閉式循環離心噴霧干燥機系統工作原理
首先，在干燥塔體內充入被加熱的氮氣，被干燥的液態物料經輸液泵輸送至離心噴頭處，液態物料被高速旋轉的離心霧化器霧化成細小液滴,液滴在干燥塔內與熱氮氣進行充分的熱交換，物料中的液態部分被瞬間蒸發，固態部分形成的粉狀物料沉于塔底，最后干燥的粉狀物料從塔底排出。其中，被蒸發的有機溶劑氣體在風機的作用下，通過旋風分離器、噴淋塔等裝置把附著在氣體中的粉塵進行除塵處理，再經冷凝器把除塵后飽和有機溶劑氣體冷凝成液體排出冷凝器。期間，作為干燥介質的惰性氣體被連續加熱后作為干燥載體在系統內重新循環使用。
防爆型閉式循環離心噴霧干燥系統是在密閉的環境下工作，干燥介質為氮氣之類的惰性氣體，干燥塔內為正壓操作,若內部壓力下降,壓力變送器就能自動控制氮氣進入量，以保證系統壓力平衡。由于,采用氮氣作為循環載體,對干燥的物料具有保護作用,氮氣之類的循環載體起著載濕、去濕和循環傳遞的作用，其載體介質可重復使用。然而，常規的普通的離心噴霧干燥是通過不斷的送風、排風達到排濕的目的,其塔內控制為負壓操作,這也是防爆型閉式離心噴霧干燥系統與普通離心噴霧干燥系統的明顯區別。因此，防爆型閉式循環離心噴霧干燥系統特別適用于對有機溶劑的物料干燥、有害氣體的物料以及干燥過程中易發生氧化等物料的干燥。
2.防爆型閉式循環離心噴霧干燥機系統創新點所形成新技術理念
2.1把閉式循環系統運用于防爆型離心噴霧干燥機上,且在制藥工業應用屬國內運用
根據各方對此產品的查新報告可知：(1)國內有生產開式離心噴霧干燥機產品，但其傳熱和換熱介質為熱空氣，無法實施對有機溶劑等物料的干燥；(2)國內有閉式循環噴霧干燥的研究，并采用惰性氣體環境取代通常的空氣環境來進行噴霧干燥、回收溶劑，但該研究均為非離心式結構，且其只應用于精細化工產品。
而一步公司防爆型閉式循環離心噴霧干燥機系統所采用氮氣之類惰性氣體閉式循環的噴霧干燥機，其噴霧的霧化形式為離心式,利用加熱濾凈的氮氣在正壓閉路干燥系統中循環，與液體物料起看傳熱與傳質作用,完成物料的干燥與溶媒的脫除,并采用冷凝分離技術進行有機溶媒的回收，并經噴淋處理與氣液分離技術對溶劑回收后的氣體中微量溶劑進行兩次回收，使氮氣進入新一輪循環。因此,該系統防爆安全性高，物料回收率也高,產品殘余溶劑含量很低，非常適宜在原料藥生產中應用。然而，一步公司防爆型閉式循環離心噴霧干燥系統成功地在江蘇揚子江藥業有限公司等公司生產中使用，跳出了原閉式循環噴霧干燥只能在精細化工中應用的局限，且霧化采用了既經典又創新的變頻離心噴霧技術，從這一層面而言，其是對離心噴霧干燥技術應用的開拓,屬國內貢獻較大，也是本文所述新技術理念。
2.1.1把離心噴霧與變頻技術應用在閉式循環噴霧干燥系統中,達到節能、保質和實用的目的
在噴霧干燥中，物料霧化形式有壓力式噴霧、氣流式噴霧和離心式噴霧三類。對壓力式或氣流式噴霧而言，其物料霧化器為噴槍或噴嘴，配置1~4個噴槍或噴嘴。其中，壓力式霧化所需的壓力為10MPa~12MPa，壓力將由高壓泵來提供，動力消耗較大；氣流式噴霧霧化是以壓縮空氣而產生，壓縮空氣耗量為4m3/min~8m3/min，要消耗大量的壓縮空氣而產生能耗。由此可見,這二種霧化形式有著能耗大的一面。
而離心式噴霧的物料霧化是利用高速轉盤中受離心力作用從盤邊緣甩出而致，當液處注入盤面時，液體受到二種力作用，一是離心力和重力作用下得到加速而分裂霧化；二是液體和周圍空氣同時接觸面處，存在摩擦力促使形成霧滴，前者為離心霧化，后者為速度霧化，實際上這二者是同時存在的，正是離心式霧化器上述的特點，才能有效確保液滴的均勻而達到噴霧的均勻性，這一特點能滿足原料藥產品有良好的均勻度、流動性和溶解性等要求。同時,其霧化轉盤僅靠電力為動力,同上述二種霧化形式相比動力消耗相對低。但是，傳統離心式霧化器在啟動與停止運轉時,會產生壓力的波動現象(即啟動時壓力由小增大,停機時壓力由大變小),壓力的不穩定性會影響物料霧化效果,壓力不足會造成霧化后的液料呈水柱狀,由此造成物料浪費或產品不合格。一步公司防爆型閉式循環離心噴霧干燥機正視這一問題,采用變頻調速的離心轉盤,有效地克服上述壓力波動所產生的不足,確保了產品的質量,其離心的旋轉速度在10000rpm-25000rpm之間變頻可調,也可根據物料所需的顆粒度(120目-400目)對霧化器轉速進行調節。
2.2.2閉路循環技術解決了離心噴霧干燥機在含有機溶劑、有毒害氣體及易氧化物料生產的應用
由于氮氣之類惰性氣體具有防爆、阻燃以及抗氧化的性能,把氮氣作為傳質與傳遞的載體,并使整個離心噴霧干燥系統處于閉路循環,此技術理念能解決以往制藥原料藥生產中所常遇見的幾個問題:
(1)能解決原料藥生產中含有機溶媒物料干燥難的問題,一般有機溶媒會呈易燃易爆的特性,此技術的應用能使物料能在密閉的干燥系統中循環,可避免有機溶媒氣體與外界氧空氣的接觸,確保了安全生產;
(2)能解決原料藥生產中易氧化物料干燥難的問題,此技術利用氮氣的抗氧化性,物料在閉路循環系統抗氧化性的環境中干燥與輸送,起著與氧隔絕的目的,確保了易氧化物料干燥生產的質量;
(3)能解決有些原料藥生產中有害氣體污染問題,有些物料或溶媒氣化時會產生有害氣體,用此技術將使這些產生的有害氣體密閉在系統之中,并在后道工序收集,可減少環境污染,有利于環境保護。
2.2.3應用了噴淋與溶劑回收技術,達到提高收率、節能與環保效應
與傳統開式噴霧干燥系統相比,防爆型閉式循環離心噴霧干燥系統在應用閉式循環技術的同時,又將噴淋與溶劑回收技術有機地應用在其中,其應對的是人們zui關注的提高收率、節能與環保理念,也是其技術應用于制藥工業生產所實用性的一面。這二技術是對經固氣分離后的濕熱載體進行噴淋洗滌,進一步收集附著在濕熱載體中的細微物料,以提高物料收率。同時,也為下一道冷凝溶劑回收工序也起著洗滌作用,提高回收溶劑的純度(溶劑有效成分達99.9%),以利回收溶劑重新利用,達到節約能源的目的。此外,這二技術也能對易揮發溶劑進行回收利用,達到了環保目的。
2.2壓差自動變送與在線氧氣檢測技術的應用,使系統更安全、產品質量更有保證
2.2.1壓差自動變送技術的新理念
傳統開式噴霧干燥系統為負壓操作,一步公司在原研發的防爆型噴霧干燥機帶安全泄爆裝置的基礎上,把防爆型閉式循環離心噴霧干燥系統設計為正壓惰性氣體循環,并運用了壓差自動變送技術,這種技術應用在此系統中國內很少。防爆型閉式循環離心噴霧干燥系統工作壓力0.1MPa,有著常壓操作的特點,一則容器和管路本身具有較高安全系數;二則正壓能更好控制系統的氮氣之類惰性氣體的運行。壓差自動變送技術能保證:當系統干燥所耗氮氣壓力低于0.1MPa工作壓力時,氮氣充氣閥即會自動打開并充氣;當壓力達到0.1MPa工作壓力時,氮氣充氣閥會自動閉合,生產更安全。同時,干燥塔本身就置有防爆膜等的泄爆裝置,當系統壓力升至0.2MPa時,防爆膜即會自動打開泄壓,確保設備安全。這二種技術的組合,即使干燥生產中有粉體摩擦積累或氣體氣化膨脹而產生靜電而導致系統內壓力升高時,這二種技術也能有效消除超壓或爆炸的隱患,進一步確保設備和生產安全。
2.2.2在線氧氣檢測技術的新理念
系統應用了在線氧氣檢測技術,這是國內其它噴霧干燥系統所沒有的,其目的有二:一是防止噴霧干燥系統發生機體故障而產生泄漏點,能進一步確保安全生產;二是防止漏點滲氧而影響氮氣的純度,以確保產品不被氧化,以保證產品的質量。在防爆型閉式循環離心噴霧干燥系統設置了氧氣在線檢測,在線氧氣檢測裝置可把系統氧氣殘留量設定值為10ppm,當系統的氧氣量超過設定值時會發出聲光報警,并自動切斷電源,以示系統內存在泄漏,即可采取有效措施采應用。
2.3智能化自動控制技術的應用,對傳統離心噴霧干燥設備進行了升級
在國內眾多離心噴霧設備上能實施PLC智能控制的產品很少,以至國內此類產品總體還停留在中低級階段水平,而智能化自動控制技術是產品升級上的基礎手段,也是應用性新技術理念的內含之一。一步公司在研發此產品時,在防爆型閉式循環離心噴霧干燥系統采用PLC 編程操作控制,能動態顯示整個工藝流程和工藝參數,能菜單式選定工藝參數或按工藝要求設定參數,各工藝參數也能儲存與打印。該產品在具有在線溫度測試與自動調節控制的同時,能達到超溫、超氧互鎖報警。這些智能化控制技術恰當地凸顯了現代化設備標志,也體現了cGMP所要求的可說明性與可追溯性的內含。因此,這點是此類設備應用于制藥工業生產的特殊之處所在,將有利于提高藥品現代化生產管理。
2.4創新的機械密封無泄露技術,有效地解決了此類系統的泄漏問題
在國內噴霧干燥系統中要解決泄漏是個難題,能有效應對此問題的廠商不多。而對防爆型閉式循環離心噴霧干燥系統來說,達到無泄漏是關鍵所在,為了達到安全生產,干燥系統無泄漏尤為重要。為此,一步公司在法蘭、管道連接處采用高精度機械密封技術,所采用的連接法蘭除采用磨削加工工藝外,同時采用傳統的刮、磨工藝,確保法蘭接觸面的貼合程度達
95%以上。其中,自創了法蘭焊接工藝,使法蘭焊接不變形,焊后平行度達到,通過高精度加工工藝的總裝,有效地確保整個干燥系統無泄漏。
3.結論
本文從防爆型閉式循環離心噴霧干燥機的概要入手,筆者只從理論的角度對一步公司防爆型閉式循環離心噴霧干燥系統的創新點所形成新技術理念進行探討性敘述,目的是推進新產品新技術在國內制藥裝備行業的興起,使國內制藥裝備能早日立足。另外,筆者對其探討性敘述還是膚淺的,人們還應進一步的調研與考察。
此設備對原料藥、中草藥提取液、天然藥物濃縮和生物制品含有機溶劑物料的制粒干燥,以及對物料中的有機溶劑的回收等生產過程有著積極意義,其集防爆、安全、環保與節能新理念于一體,使傳統離心噴霧干燥機換發出新的生命力。
通過本文的撰寫,筆者對防爆型閉式循環離心噴霧干燥機的新技術理論得到以下結論:
把閉式循環系統運用于防爆型離心噴霧干燥機上,且在制藥工業應用屬國內*;
壓差自動變送與在線氧氣檢測技術的應用,使系統更安全、產品質量更有保證;
智能化自動控制技術的應用,對傳統離心噴霧干燥設備進行了升級;
創新了機械密封無泄露技術,有效地解決了此類系統的泄漏問題。
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