淺議防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥機的新技術(shù)理念
從防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥機的概要著手,對其創(chuàng)新點所形成的新技術(shù)理念作淺析,使人們對這些新技術(shù)理念能有進一步的理解。
1.防爆型閉式循環(huán)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(fā),而是要考察其組成的系統(tǒng),同時對閉式循環(huán)概念來說,更是一個系統(tǒng)概念,即無系統(tǒng)就不能形成閉式,因而本文是從系統(tǒng)角度對其分析的。
1.1防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥機系統(tǒng)的組成
一步公司防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥機系統(tǒng)(圖1)由離心噴霧干燥機主機、帶空氣過濾器的加熱器、鼓風(fēng)機、水氣分離器、大小冷卻塔、噴淋塔、排風(fēng)機、一級旋風(fēng)分離器、二級旋風(fēng)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(huán)離心噴霧干燥機系統(tǒng)工作原理
首先，在干燥塔體內(nèi)充入被加熱的氮氣，被干燥的液態(tài)物料經(jīng)輸液泵輸送至離心噴頭處，液態(tài)物料被高速旋轉(zhuǎn)的離心霧化器霧化成細小液滴,液滴在干燥塔內(nèi)與熱氮氣進行充分的熱交換，物料中的液態(tài)部分被瞬間蒸發(fā)，固態(tài)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(fā)的有機溶劑氣體在風(fēng)機的作用下，通過旋風(fēng)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(jīng)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(zhì)的惰性氣體被連續(xù)加熱后作為干燥載體在系統(tǒng)內(nèi)重新循環(huán)使用。
防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥系統(tǒng)是在密閉的環(huán)境下工作，干燥介質(zhì)為氮氣之類的惰性氣體，干燥塔內(nèi)為正壓操作,若內(nèi)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(tǒng)壓力平衡。由于,采用氮氣作為循環(huán)載體,對干燥的物料具有保護作用,氮氣之類的循環(huán)載體起著載濕、去濕和循環(huán)傳遞的作用，其載體介質(zhì)可重復(fù)使用。然而，常規(guī)的普通的離心噴霧干燥是通過不斷的送風(fēng)、排風(fēng)達到排濕的目的,其塔內(nèi)控制為負壓操作,這也是防爆型閉式離心噴霧干燥系統(tǒng)與普通離心噴霧干燥系統(tǒng)的明顯區(qū)別。因此，防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥系統(tǒng)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(fā)生氧化等物料的干燥。
2.防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥機系統(tǒng)創(chuàng)新點所形成新技術(shù)理念
2.1把閉式循環(huán)系統(tǒng)運用于防爆型離心噴霧干燥機上,且在制藥工業(yè)應(yīng)用屬國內(nèi)運用
根據(jù)各方對此產(chǎn)品的查新報告可知：(1)國內(nèi)有生產(chǎn)開式離心噴霧干燥機產(chǎn)品，但其傳熱和換熱介質(zhì)為熱空氣，無法實施對有機溶劑等物料的干燥；(2)國內(nèi)有閉式循環(huán)噴霧干燥的研究，并采用惰性氣體環(huán)境取代通常的空氣環(huán)境來進行噴霧干燥、回收溶劑，但該研究均為非離心式結(jié)構(gòu)，且其只應(yīng)用于精細化工產(chǎn)品。
而一步公司防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥機系統(tǒng)所采用氮氣之類惰性氣體閉式循環(huán)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(tǒng)中循環(huán)，與液體物料起看傳熱與傳質(zhì)作用,完成物料的干燥與溶媒的脫除,并采用冷凝分離技術(shù)進行有機溶媒的回收，并經(jīng)噴淋處理與氣液分離技術(shù)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(huán)。因此,該系統(tǒng)防爆安全性高，物料回收率也高,產(chǎn)品殘余溶劑含量很低，非常適宜在原料藥生產(chǎn)中應(yīng)用。然而，一步公司防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥系統(tǒng)成功地在江蘇揚子江藥業(yè)有限公司等公司生產(chǎn)中使用，跳出了原閉式循環(huán)噴霧干燥只能在精細化工中應(yīng)用的局限，且霧化采用了既經(jīng)典又創(chuàng)新的變頻離心噴霧技術(shù)，從這一層面而言，其是對離心噴霧干燥技術(shù)應(yīng)用的開拓,屬國內(nèi)貢獻較大，也是本文所述新技術(shù)理念。
2.1.1把離心噴霧與變頻技術(shù)應(yīng)用在閉式循環(huán)噴霧干燥系統(tǒng)中,達到節(jié)能、保質(zhì)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(chǎn)生，壓縮空氣耗量為4m3/min~8m3/min，要消耗大量的壓縮空氣而產(chǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)品有良好的均勻度、流動性和溶解性等要求。同時,其霧化轉(zhuǎn)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(tǒng)離心式霧化器在啟動與停止運轉(zhuǎn)時,會產(chǎn)生壓力的波動現(xiàn)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(wěn)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(chǎn)品不合格。一步公司防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥機正視這一問題,采用變頻調(diào)速的離心轉(zhuǎn)盤,有效地克服上述壓力波動所產(chǎn)生的不足,確保了產(chǎn)品的質(zhì)量,其離心的旋轉(zhuǎn)速度在10000rpm-25000rpm之間變頻可調(diào),也可根據(jù)物料所需的顆粒度(120目-400目)對霧化器轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。
2.2.2閉路循環(huán)技術(shù)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(chǎn)的應(yīng)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(zhì)與傳遞的載體,并使整個離心噴霧干燥系統(tǒng)處于閉路循環(huán),此技術(shù)理念能解決以往制藥原料藥生產(chǎn)中所常遇見的幾個問題:
(1)能解決原料藥生產(chǎn)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(shù)的應(yīng)用能使物料能在密閉的干燥系統(tǒng)中循環(huán),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(chǎn);
(2)能解決原料藥生產(chǎn)中易氧化物料干燥難的問題,此技術(shù)利用氮氣的抗氧化性,物料在閉路循環(huán)系統(tǒng)抗氧化性的環(huán)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(chǎn)的質(zhì)量;
(3)能解決有些原料藥生產(chǎn)中有害氣體污染問題,有些物料或溶媒氣化時會產(chǎn)生有害氣體,用此技術(shù)將使這些產(chǎn)生的有害氣體密閉在系統(tǒng)之中,并在后道工序收集,可減少環(huán)境污染,有利于環(huán)境保護。
2.2.3應(yīng)用了噴淋與溶劑回收技術(shù),達到提高收率、節(jié)能與環(huán)保效應(yīng)
與傳統(tǒng)開式噴霧干燥系統(tǒng)相比,防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥系統(tǒng)在應(yīng)用閉式循環(huán)技術(shù)的同時,又將噴淋與溶劑回收技術(shù)有機地應(yīng)用在其中,其應(yīng)對的是人們zui關(guān)注的提高收率、節(jié)能與環(huán)保理念,也是其技術(shù)應(yīng)用于制藥工業(yè)生產(chǎn)所實用性的一面。這二技術(shù)是對經(jīng)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(jié)約能源的目的。此外,這二技術(shù)也能對易揮發(fā)溶劑進行回收利用,達到了環(huán)保目的。
2.2壓差自動變送與在線氧氣檢測技術(shù)的應(yīng)用,使系統(tǒng)更安全、產(chǎn)品質(zhì)量更有保證
2.2.1壓差自動變送技術(shù)的新理念
傳統(tǒng)開式噴霧干燥系統(tǒng)為負壓操作,一步公司在原研發(fā)的防爆型噴霧干燥機帶安全泄爆裝置的基礎(chǔ)上,把防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥系統(tǒng)設(shè)計為正壓惰性氣體循環(huán),并運用了壓差自動變送技術(shù),這種技術(shù)應(yīng)用在此系統(tǒng)中國內(nèi)很少。防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥系統(tǒng)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(shù);二則正壓能更好控制系統(tǒng)的氮氣之類惰性氣體的運行。壓差自動變送技術(shù)能保證:當系統(tǒng)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(chǎn)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(tǒng)壓力升至0.2MPa時,防爆膜即會自動打開泄壓,確保設(shè)備安全。這二種技術(shù)的組合,即使干燥生產(chǎn)中有粉體摩擦積累或氣體氣化膨脹而產(chǎn)生靜電而導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)壓力升高時,這二種技術(shù)也能有效消除超壓或爆炸的隱患,進一步確保設(shè)備和生產(chǎn)安全。
2.2.2在線氧氣檢測技術(shù)的新理念
系統(tǒng)應(yīng)用了在線氧氣檢測技術(shù),這是國內(nèi)其它噴霧干燥系統(tǒng)所沒有的,其目的有二:一是防止噴霧干燥系統(tǒng)發(fā)生機體故障而產(chǎn)生泄漏點,能進一步確保安全生產(chǎn);二是防止漏點滲氧而影響氮氣的純度,以確保產(chǎn)品不被氧化,以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。在防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥系統(tǒng)設(shè)置了氧氣在線檢測,在線氧氣檢測裝置可把系統(tǒng)氧氣殘留量設(shè)定值為10ppm,當系統(tǒng)的氧氣量超過設(shè)定值時會發(fā)出聲光報警,并自動切斷電源,以示系統(tǒng)內(nèi)存在泄漏,即可采取有效措施采應(yīng)用。
2.3智能化自動控制技術(shù)的應(yīng)用,對傳統(tǒng)離心噴霧干燥設(shè)備進行了升級
在國內(nèi)眾多離心噴霧設(shè)備上能實施PLC智能控制的產(chǎn)品很少,以至國內(nèi)此類產(chǎn)品總體還停留在中低級階段水平,而智能化自動控制技術(shù)是產(chǎn)品升級上的基礎(chǔ)手段,也是應(yīng)用性新技術(shù)理念的內(nèi)含之一。一步公司在研發(fā)此產(chǎn)品時,在防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥系統(tǒng)采用PLC 編程操作控制,能動態(tài)顯示整個工藝流程和工藝參數(shù),能菜單式選定工藝參數(shù)或按工藝要求設(shè)定參數(shù),各工藝參數(shù)也能儲存與打印。該產(chǎn)品在具有在線溫度測試與自動調(diào)節(jié)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(shù)恰當?shù)赝癸@了現(xiàn)代化設(shè)備標志,也體現(xiàn)了cGMP所要求的可說明性與可追溯性的內(nèi)含。因此,這點是此類設(shè)備應(yīng)用于制藥工業(yè)生產(chǎn)的特殊之處所在,將有利于提高藥品現(xiàn)代化生產(chǎn)管理。
2.4創(chuàng)新的機械密封無泄露技術(shù),有效地解決了此類系統(tǒng)的泄漏問題
在國內(nèi)噴霧干燥系統(tǒng)中要解決泄漏是個難題,能有效應(yīng)對此問題的廠商不多。而對防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥系統(tǒng)來說,達到無泄漏是關(guān)鍵所在,為了達到安全生產(chǎn),干燥系統(tǒng)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(shù),所采用的連接法蘭除采用磨削加工工藝外,同時采用傳統(tǒng)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(chuàng)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(tǒng)無泄漏。
3.結(jié)論
本文從防爆型閉式循環(huán)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(huán)離心噴霧干燥系統(tǒng)的創(chuàng)新點所形成新技術(shù)理念進行探討性敘述,目的是推進新產(chǎn)品新技術(shù)在國內(nèi)制藥裝備行業(yè)的興起,使國內(nèi)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(yīng)進一步的調(diào)研與考察。
此設(shè)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(chǎn)過程有著積極意義,其集防爆、安全、環(huán)保與節(jié)能新理念于一體,使傳統(tǒng)離心噴霧干燥機換發(fā)出新的生命力。
通過本文的撰寫,筆者對防爆型閉式循環(huán)離心噴霧干燥機的新技術(shù)理論得到以下結(jié)論:
把閉式循環(huán)系統(tǒng)運用于防爆型離心噴霧干燥機上,且在制藥工業(yè)應(yīng)用屬國內(nèi)*;
壓差自動變送與在線氧氣檢測技術(shù)的應(yīng)用,使系統(tǒng)更安全、產(chǎn)品質(zhì)量更有保證;
智能化自動控制技術(shù)的應(yīng)用,對傳統(tǒng)離心噴霧干燥設(shè)備進行了升級;
創(chuàng)新了機械密封無泄露技術(shù),有效地解決了此類系統(tǒng)的泄漏問題。
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