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干燥設備在甘露醇生產中的應用

發布時間:2017-07-12 22:48:00 點擊:    

瑞升真空耙式干燥機:主要闡述微波干燥器與沸騰流化床干燥器兩種設備的原理和特點.分別就它們在甘露醇生產中的干燥效果、滅菌效果和動力消耗等方面進行了比較。
        關鍵詞:甘露醇;微波干燥;沸騰流化干燥;滅菌

        1 引言
        甘露醇(D mannito1),又名甘露糖醇,學名已六醇。分子式C H 0,分子量l82.17,純品為一種白色針狀或斜方狀晶體或結晶性粉末,熔點166-168 C,無臭、昧甜,甜度為蔗糖的57 ~72,吸濕性極小,可溶于水,水溶液穩定,略溶于甲醇、乙醇,幾乎不溶于醚類等大多數常用有機溶劑。甘露醇具有多元醇的化學性質,可進行酯化、醚化、氧化、脫水等化學反應,作為一種具有開發前景的精細化學品,在醫藥、食品、化工、紡織等方面已經獲得廣泛應用在甘露醇的生產過程中必須要經結晶工藝獲得,其成品標準規定水分小于0.5 。結晶得到的產品必須經干燥器干燥才能得到成品甘露醇。近年來,微波技術越來越廣泛地被應用于各行業各種物料的干燥,其可使物料較傳統干燥方法取得更好的效果。國外發達國家微波技術的研發與應用已有2O年的時間,但我國在這方面還處于起步階段,微波干燥用于甘露醇的生產也只有短短幾年的時間。

        2 微波干燥原理及特點

        2.1 微波原理
                
        微波是一種高頻電磁波,頻率為300兆赫~3O萬兆赫,其波長為1毫米~1米。微波具備電場所特有的振蕩周期短、穿透能力強、與物質相互作用可產生特定效應等特點。微波干燥是一種內部加熱的方法。濕物料處于振蕩周期極短的微波高頻電場內,其內部的水分子會發生極化并沿著微波電場的方向整齊排列,而后迅速隨高頻交變電場方向的交互變化而轉動,并產生劇烈的碰撞和摩擦(每秒鐘可達上億次),結果一部分微波能轉化為極性分子運動能,并以熱量的形式表現出來,使水的溫度升高而離開物料,從而使物料干燥。也就是說,微波進入物料并被吸收后,其能量在物料電介質內部轉換成熱能。因此,微波干燥是利用電磁波作為加熱源、被干燥物料本身為發熱體的一種干燥方式。微波干燥設備的核心是微波加熱器,目前微波干燥的頻率為915兆赫和2450兆赫兩種,多用于片劑、膠囊劑、顆粒劑等制備工藝中濕顆粒的干燥,也可用于藥材粉末、中藥飲片、丸劑的干燥。除了用于連續化生產的微波干燥設備以外,還有間歇式箱式干燥設備,其主要用于原料藥的干燥,對于糊狀、黏度較大的中藥浸膏的干燥也很適宜[1]。

        2.2 微波干燥的特點

        2.2.1 加熱速度快 
        微波加熱是使被加熱物本身成為發熱體,稱之為內部加熱方式,不需要熱傳導的過程,內外同時加熱,因此能在短時間內達到加熱效果。

        2.2.2 均勻加熱 微波加熱時,物體各部位通常都能均勻滲透電磁波,產生熱量,因此均勻性大大改善。

        2.2.3 
        節能高效在微波加熱中,微波能只能被加熱物體吸收而生熱,加熱室內的空氣與相應的容器都不會發熱,所以熱效率極高,生產環境也明顯改善。

        2.2.4 易于控制 微波加熱的熱慣性極小。若配用微機控制,則特別適宜于加熱過程加熱工藝的自動化控制

2.2.5 
        低溫殺菌、無污染微波能自身不會對食品污染,微波的熱效應雙重殺菌作用又能在較低的溫度下殺死細菌,這就提供了一種能夠較多保持食品營養成份的加熱殺菌方法。

        2.2.6 
        安全無害在微波加熱、干燥中。無廢水、廢氣、廢物產生,也無輻射遺留物存在,其微波泄漏也確保大大低于國家制定的安全標準,是一種十分安全無害的高新技術[2-5 ]。

        3 流化床干燥原理及特點

        3.1 流化床的干燥原理[6]
                
        流化床干燥(又稱流態化干燥)器是20世紀60年代發展起來的一種干燥技術,是利用固體流態化原理而進行的一種干燥過程。如圖1所示,熱風經篩板[又叫熱風分布器或(氣體)分布板]均布后,將流態化干燥器中的濕物料流化起來,進行氣一固相間的傳熱傳質,使物料中的水分蒸發,干燥好的物料由出料口排出,含有細粉的廢氣由頂部出去,進入氣一固分離裝置。目前在化工、輕工、醫藥、食品以及建材工業都得到了廣泛的應用。
        3.2 沸騰流化床干燥器的特點[6]
        3.2.1 處理量大。在流態化干燥器內,由于熱氣流與固體顆粒的充分混合,表面更新機會多,因此強化了傳熱傳質過程。
        3.3.2 
        物料在流態化干燥器內的停留時間可以自由調節,通常在幾分鐘至幾小時之間。因此,對于需要進行長時間干燥的物料或干燥產品濕含量要求很低的情況下很適用。
        3.2.3 床層內溫度分布均勻,并可隨意調節。因此,流態化干燥可得到水分均勻的干燥產品。
                           
        3.2.4 流態化干燥可以進行連續操作,亦可以進行間歇操作。
        3.2.5 設備結構簡單,造價低,維修方便。
        4 兩種設備的技術參數
           我公司在甘露醇的生產線上原使用的是臥式多室流化床干燥器(如圖2所示),主要技術參數見表I
                             
                          

           在技改之后,使用的是隧道式連續微波干燥設 備(如圖3所示),主要技術參數如下:

微波功率:52kW ;
                微波頻率:2450~50MHz
                脫水能力:35~50Kg/h;
                占地面積:~23m
        5 兩種設備的使用情況
        5.1 干燥水分及產品外觀                
        從上表中我們不難看出,雖然兩種設備生產出來的甘露醇水分均可以達到中國藥典的標準,但從流化床干燥器中生產出來的甘露醇成品在含濕量,均勻性及外觀上來看都要比從微波干燥器生產出來的甘露醇要好。從流化床干燥器出來的成品經冷卻后可以直接包裝,而從微波干燥器出來的成品有結團現象,根據一些客戶的要求,還需要經過粉碎或過篩才能包裝。
        5.2 殺菌能力
                
        因為我公司生產的甘露醇屬于非無菌原料藥,所以在衛生指標上有一定的要求,干燥設備也成了保證產品質量的最后一道屏障。我們從干燥溫度與干燥時間兩個方面來對比兩種設備的殺菌能力。
        微波殺菌主要是在微波熱效應和非熱效應的作用下,使微生物體內的蛋白質和生理活性物質發生變異和破壞,從而導致細胞的死亡。因此用微波干燥設備殺菌不但時間短,而且殺菌的溫度低,效果明顯好于流化床干燥器。
        5.3 運行條件
         如上表所示,流化床干燥器的運行需要一系列的配套設施:
        5.3.1 引風機為物料的流化提供動力;
        5.3.2 旋風分離器用于收集產品的細粉;
        5.3.3 空氣加熱系統除了需要加熱器之外,更需要的是蒸汽鍋爐提供的蒸汽;
        5.3.4 
        因為是用于藥品的干燥,對所加熱的空氣有潔凈度的要求。如果在非潔凈區取氣,則需要增加空氣過濾設施;如果在潔凈區內取氣,則會增大整個空調系統的負荷,因為所增加的空氣處理量是很大的。
        5.3.5 微波干燥器在潔凈區內則可以單獨運行。
        5.4 運行費用
        以運行總功率約為52kw 的微波干燥器為例,工業用電的價格按0.6元/度計,則設備每小時的運行費用約為31元;
                
        如用同樣生產能力的流化床干燥器:風機功率約為22kw,每小時用電費用約為10元;蒸汽耗量約為250Kg/h,蒸汽按100元/噸計,費用為25元;兩項合計約為35元。而且要考慮到一些附屬設施的運行費用,則流化床干燥器的運行費用比微波干燥器要高出許多。

5.5 設備結構
        因為是制藥生產,所用的設備必須要符合GMP的相關要求。            
        微波干燥器的結構簡單,衛生死角很少,在清場和清潔時操作容易,而且可以輕易達成在線的CIP清潔,設備本身的微波就可以完成設備清潔后的干燥和消毒程序,這些工作通過PI C的控制面板便可以操作了。相對而言,流化床干燥器的結構就復雜得多,干燥器本體的各室篩板就造成了很多的死角,而旋風分離器,袋式分離器。及它們之間的聯接管道都是難以清場、清潔的衛生死角,要想做成在線的CIP清潔就更難了。
        5.6 運行環境
                
        流化床干燥器因為需要使用配套的引風機或鼓風機,因此在生產操作時會產生較大的噪聲;操作過程中易出現溝流和層析現象,造成能量損失和結疤;另外設備的熱輻射比較大,對操作環境的溫度有一定的影響。如果不增大空調的能力,則在生產操作時會產生悶熱感,但增大空調的能力,則要增加相應的生產成本。
                
        微波設備在生產時無噪音污染;設備本身熱輻射小,對生產車間內溫度的影響不大,操作人員無悶熱感,可大大改善工作環境;操作過程中能防止流化床干燥器可能出現的溝流和層析現象。但有一點是要注意的,基于微波輻射的生物效應,對微波設備的作業人員必須采取有效的安全防護措施和現場檢測手段,減弱或消除微波輻射對人體健康的影響。我國對于高功率微波設備規定,出廠時距設備外殼5cnl處微波泄漏不能超過lnlW/cm2[7] 。
        6 結束語
                
        在甘露醇的生產實踐中,兩種設備的運用各有各的優點。流化床干燥器的優勢是得出的甘露醇成品水分低,較均勻,外觀好。微波干燥器則因干燥時間短,殺菌溫度低,效果好而具有較突出的優勢;其設備結構簡單,操作自動化程度高,易于清潔和消毒;而且,微波設備幾乎無環境和噪音污染,生產車間內無悶熱感和蒸汽彌漫,可大大改善工作環境,更適合在制藥生產上使用。經過兩年多的運行,我們對原有的微波干燥設備也不斷地進行改進,比如更改冷卻方式延長了磁控管和高壓變壓器的使用壽命,大大降低了設備的運行成本;再如經過更改排濕管道的方位,使干燥出來的甘露醇成品水分更加均勻等。我們相信,微波干燥設備在甘露醇生產上的運用將會日趨完善。
                
            參考文獻
            [1] 崔大濤.微波干燥技術獨具匠心[N].中國醫藥報,2005,3029(116).
            [2] 高福成.現代食品工程高新技術[M].北京:中國輕工業出版杜,1997:129~140.
            [3] 王邵林.微波食品工程[M].北京:機械工業出版社,1994:27.


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