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干燥设备在甘露醇生产中的应用

发布时间:2017-07-12 22:48:00 点击:    

瑞升真空耙式干燥机:主要阐述微波干燥器与沸腾流化床干燥器两种设备的原理和特点.分别就它们在甘露醇生产中的干燥效果、灭菌效果和动力消耗等方面进行了比较。
        关键词:甘露醇;微波干燥;沸腾流化干燥;灭菌

        1 引言
        甘露醇(D mannito1),又名甘露糖醇,学名已六醇。分子式C H 0,分子量l82.17,纯品为一种?#21672;?#38024;状或斜方状晶体或结晶性粉末,熔点166-168 C,无臭、昧甜,甜度为蔗糖的57 ~72,吸湿性极小,可溶于水,水溶液稳定,略溶于甲醇、乙醇,几乎不溶于醚类等大多数常用有机溶剂。甘露醇具有多元醇的化学性质,可进行酯化、醚化、氧化、脱水等化学反应,作为一种具有开发前景的精细化学品,在医药、食品、化工、纺织等方面已经获得广泛应用在甘露醇的生产过程中必须要经结晶工艺获得,其成品标准规定水?#20013;?#20110;0.5 。结晶得到的产品必须经干燥器干燥才能得到成品甘露醇。近年来,微波技术越来越广泛地被应用于各行业各种物料的干燥,其可使物料较传统干燥方法取得更好的效果。国外发达国家微波技术的研发与应用已有2O年的时间,但我国在这方面还处于起步阶段,微波干燥用于甘露醇的生产也只有短短几年的时间。

        2 微波干燥原理及特点

        2.1 微波原理
                
        微波是一种高频电磁波,频率为300兆赫~3O万兆赫,其波长为1毫米~1米。微波具备电场所特有的振荡周期短、穿透能力强、与物质相互作用可产生特定效应等特点。微波干燥是一种内部加热的方法。湿物料处于振荡周期极短的微波高频电场内,其内部的水分子会发生极化并沿着微波电场的方向整齐排列,而后迅速随高?#21040;?#21464;电场方向的交互变化而转动,并产生剧烈的碰撞和摩擦(每秒钟可达上亿次),结果一部分微波能转化为极性分子运动能,并以热量的形式表现出来,使水的?#38706;?#21319;高而离开物料,从而使物料干燥。也就是说,微波进入物料并被吸收后,其能量在物?#31995;?#20171;质内部转换成热能。因此,微波干燥是利用电磁波作为加热源、被干燥物料本身为发热体的一种干燥方式。微波干燥设备的核心是微波加热器,目前微波干燥的频率为915兆赫和2450兆赫两种,多用于片剂、?#32791;?#21058;、颗粒剂等制备工艺中湿颗粒的干燥,也可用于药材粉末、中药饮片、丸剂的干燥。除了用于连续化生产的微波干燥设备以外,还有间歇式箱式干燥设备,其主要用于原料药的干燥,对于糊状、黏度较大的中药浸膏的干燥也很适宜[1]。

        2.2 微波干燥的特点

        2.2.1 加热速度快 
        微波加热是使被加热物本身成为发热体,称之为内部加热方式,不需要热传导的过程,内外同时加热,因此能在短时间内达到加热效果。

        2.2.2 均匀加热 微波加热时,物体各部位通常都能均匀渗透电磁波,产生热量,因?#21496;?#21248;性大大改善。

        2.2.3 
        节能高效在微波加热中,微波能只能被加热物体吸收而生热,加热室内的空气与相应的容器都不会发热,所以热效率极高,生产环境也明显改善。

        2.2.4 易于控制 微波加热的热惯性极小。若配用微机控制,则特别适宜于加热过程加热工艺的自动化控制

2.2.5 
        低温杀菌、无污染微波能自身不会对食品污染,微波的热效应双重杀菌作用又能在较低的?#38706;?#19979;杀死细菌,这就提供了一种能够较多保?#36136;?#21697;营养成份的加热杀菌方法。

        2.2.6 
        安全无害在微波加热、干燥中。无废水、废气、废物产生,也无辐射遗留物存在,其微波泄漏也确保大大低于国家制定的安全标准,是一种十分安全无害的高新技术[2-5 ]。

        3 流化床干燥原理及特点

        3.1 流化床的干燥原理[6]
                
        流化床干燥(又称流态化干燥)器是20世纪60年代发展起来的一种干燥技术,是利用固体流态化原理而进行的一种干燥过程。如图1所示,热风经筛板[又叫热风分布器或(气体)分布板]均布后,将流态化干燥器中的湿物料流化起来,进行气一固相间的传热传质,使物料中的水分蒸发,干燥好的物料由出料口排出,含有细粉的废气由顶部出去,进入气一固分离装置。目前在化工、轻工、医药、食品以及建材工业都得到了广泛的应用。
        3.2 沸腾流化床干燥器的特点[6]
        3.2.1 处理量大。在流态化干燥器内,由于热气流与固体颗粒的充分混合,表面更新机会多,因此强化了传热传质过程。
        3.3.2 
        物料在流态化干燥器内的停留时间可以自由调节,通常在几?#31181;又?#20960;小时之间。因此,对于需要进行长时间干燥的物料或干燥产品湿含量要求很低的情况下很适用。
        3.2.3 床层内?#38706;?#20998;布均匀,并可随意调节。因此,流态化干燥可得到水分均匀的干燥产品。
                           
        3.2.4 流态化干燥可以进行连续操作,亦可以进行间歇操作。
        3.2.5 设备结构简单,造价低,维修方便。
        4 两种设备的技术?#38382;?/span>
           我公司在甘露醇的生产线上原使用的是卧式多室流化床干燥器(如图2所示),主要技术?#38382;?#35265;表I
                             
                          

           在?#20960;?#20043;后,使用的是隧道式连续微波干燥设 备(如图3所示),主要技术?#38382;?#22914;下:

微波功率:52kW ;
                微波频率:2450~50MHz
                脱水能力:35~50Kg/h;
                占地面积:~23m
        5 两种设备的使用情况
        5.1 干燥水分及产品外观                
        从上表中我们不难看出,虽然两种设?#24178;?#20135;出来的甘露醇水分均可以达到中国药典的标准,但从流化床干燥器中生产出来的甘露醇成品在含湿量,均匀性及外观上?#32431;?#37117;要比从微波干燥器生产出来的甘露醇要好。从流化床干燥器出来的成品经冷却后可以直接包装,而从微波干燥器出来的成品有结团现象,根据一些客户的要求,还需要经过粉碎或过筛才能包装。
        5.2 杀菌能力
                
        因为我公司生产的甘露醇属于非无菌原料药,所以在卫生指标上有一定的要求,干燥设备也成了保证产?#20998;?#37327;的最后一道屏障。我们从干燥?#38706;?#19982;干燥时间两个方面来对比两种设备的杀菌能力。
        微波杀菌主要是在微波热效应和非热效应的作用下,使微生物体内的蛋白质和生理活性物质发生变异和破坏,从而导致细胞的死亡。因此用微波干燥设?#24178;?#33740;不但时间短,而且杀菌的?#38706;?#20302;,效果明显好于流化床干燥器。
        5.3 运行条件
         如上表所示,流化床干燥器的运行需要一系列的配套设施:
        5.3.1 引风机为物料的流化提供动力;
        5.3.2 旋风分离器用于收集产品的细粉;
        5.3.3 空气加热系统除了需要加热器之外,更需要的是蒸汽锅炉提供的蒸汽;
        5.3.4 
        因为是用于药品的干燥,对所加热的空气有洁净度的要求。如果在非洁净区取气,则需要增加空气过滤设施;如果在洁净区内取气,则会增大整个空调系统的负荷,因为所增加的空气处理量是很大的。
        5.3.5 微波干燥器在洁净区内则可以单独运行。
        5.4 运行费用
        以运行总功率约为52kw 的微波干燥器为例,工业用电的价格按0.6元/度计,则设备每小时的运行费用约为31元;
                
        如用同样生产能力的流化床干燥器:风机功率约为22kw,每小时用电费用约为10元;蒸汽耗量约为250Kg/h,蒸汽按100元/吨计,费用为25元;两项合计约为35元。而且要考虑到一些附属设施的运行费用,则流化床干燥器的运行费用比微波干燥器要高出许多。

5.5 设备结构
        因为是制药生产,所用的设备必须要符合GMP的相关要求。            
        微波干燥器的结构简单,卫生死角很少,在清场和清洁时操作容易,而且可以轻?#29366;?#25104;在线的CIP清洁,设备本身的微波就可以完成设备清洁后的干燥和消毒程序,这些工作通过PI C的控制面板便可以操作了。相对而言,流化床干燥器的结构就复杂得多,干燥器本体的各室筛板就造成了很多的死角,而旋风分离器,袋式分离器。及它们之间的联接管道都是难以清场、清洁的卫生死角,要想做成在线的CIP清洁就更难了。
        5.6 运行环境
                
        流化床干燥器因为需要使用配套的引风机或鼓风机,因此在生产操作时会产生较大的噪声;操作过程中易出现沟流和层析现象,造成能量损失和结疤;另外设备的热辐射比较大,对操作环境的?#38706;?#26377;一定的影响。如果不增大空调的能力,则在生产操作时会产生闷热感,但增大空调的能力,则要增加相应的生产成本。
                
        微波设备在生产时无噪音污染;设备本身热辐射小,对生产车间内?#38706;?#30340;影响不大,操作人员无闷热感,可大大改善工作环?#24120;?#25805;作过程中能防止流化床干燥器可能出现的沟流和层析现象。但有一点是要注意的,基于微波辐射的生物效应,对微波设备的作?#31561;?#21592;必须采取有效的安全防护措施和现场检测手段,减弱或消除微波辐射对人体健康的影响。我国对于高功率微波设备规定,出厂时距设备外壳5cnl处微波泄漏不能超过lnlW/cm2[7] 。
        6 结束语
                
        在甘露醇的生产?#23548;?#20013;,两种设备的运用各有各的优点。流化床干燥器的优势是得出的甘露醇成品水分低,较均匀,外观好。微波干燥器则因干燥时间短,杀菌?#38706;?#20302;,效果好而具有较突出的优势;其设备结构简单,操作自动化程度高,易于清洁和消毒;而且,微波设备几乎无环境和噪音污染,生产车间内无闷热感和蒸汽?#33268;?#21487;大大改善工作环?#24120;?#26356;适合在制药生产上使用。经过两年多的运行,我们对原有的微波干燥设备也不?#31995;?#36827;行改进,比如更改冷却方式延长了磁控管和高压变压器的使用寿命,大大降低了设备的运行成本;再如经过更改排湿管道的方位,使干燥出来的甘露醇成品水分更加均匀等。我们相信,微波干燥设备在甘露醇生产上的运用将会日趋完善。
                
            参考文献
            [1] 崔大涛.微波干燥技术独具匠心[N].中国医药报,2005,3029(116).
            [2] 高福成.现代食品工程高新技术[M].?#26412;?#20013;国轻工业出版杜,1997:129~140.
            [3] 王邵林.微波食品工程[M].?#26412;?#26426;械工业出版社,1994:27.


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