في عملية إنتاج أشكال الجرعات الصلبة، يتم اختيار مجففات القاعدة المميعة بشكل متكرر كمعدات. توفر مجففات الأسرة المميعة مزايا مثل نقل الحرارة الممتاز، والقدرة الإنتاجية العالية، والتوزيع الموحد لدرجة الحرارة، وأنماط التشغيل المتنوعة، ووقت إقامة المواد القابل للتعديل، وانخفاض تكاليف الاستثمار، والحد الأدنى من الصيانة.
وبعد أكثر من 30 عامًا من الاستخدام والتحسين في الصين، أظهرت مكانة فريدة في مجال التجفيف، وأصبح دورها الهام واضحًا بشكل متزايد في الصناعات الدوائية والكيميائية والصناعات الغذائية.
1. مبدأ العمل، والعملية، وخصائص مجففات الطبقة المميعة
1.1 مبدأ العمل تستخدم مجففات القاعدة المميعة، والمعروفة أيضًا باسم تجفيف الطبقة المميعة، الهواء النظيف المفلتر. من خلال التبادل الحراري بالحمل الحراري في المبادل الحراري، ترتفع درجة حرارة الهواء إلى قيمة معينة قبل دخول قناة توزيع الهواء الرئيسية. يتم بعد ذلك توزيع الهواء عن طريق الصمامات إلى مجفف الطبقة المميعة، بينما تدخل المادة الرطبة من وحدة التغذية. بسبب ضغط الهواء، تدخل المادة في حالة الغليان داخل المجفف، مما يضمن الاتصال الكافي بين الهواء الساخن والمادة، ويعزز عملية نقل الحرارة والكتلة، ويعزز التبخر وفصل الرطوبة في المادة خلال وقت قصير. بعد التجفيف، يتم تفريغ المادة من منفذ التفريغ، ويتم تفريغ غاز العادم من أعلى الطبقة المميعة. يتم استعادة المسحوق الصلب بواسطة مجمع الغبار الإعصاري ومرشح الأكياس قبل تفريغه في الغلاف الجوي.
1.2 تدفق العمل: يتم نقل المواد إلى الطبقة المميعة عبر عربة المواد ويتم إغلاقها على الطبقة بواسطة حلقة مانعة للتسرب تحت تأثير آلية رفع الأسطوانة. بعد ذلك، يتم تنقية الهواء، الذي يتم تشغيله بواسطة مروحة سحب مستحثة، بواسطة مرشح، ويتم تسخينه بواسطة مشعاع، ثم يتم توزيعه في الطبقة المميعة (غرفة التجفيف) عبر لوحة توزيع تدفق الهواء (شاشة). تشكل المادة الموجودة في القادوس حالة مميعة (أي طبقة مميعة) تحت تأثير الهواء الساخن والتحريك. في التلامس ثنائي الطور بين الغاز والصلب بمساحة كبيرة، تتبخر الرطوبة (أو المذيب) الموجودة داخل المادة في وقت قصير ويتم حملها بعيدًا مع هواء العادم، وبالتالي تجفيف المادة.
1.3 الميزات التقنية (1) تأثير نقل الحرارة الممتاز، ودرجة الحرارة الموحدة نسبيًا داخل السرير، ومعامل السعة الحرارية العالية (أو معامل نقل الحرارة الحجمي)، والقدرة الإنتاجية الكبيرة؛ (2) بسبب التوزيع الموحد لدرجة الحرارة داخل الطبقة المميعة، يمكن تجنب أي ارتفاع درجة حرارة المنتج محليًا، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص لتجفيف بعض المواد الحساسة للحرارة (مثل الكونجاك، والبولي أكريلاميد، وما إلى ذلك)؛ (3) يمكن إجراء التشغيل المستمر أو المتقطع داخل نفس المعدات؛ (4) يمكن تعديل وقت بقاء المادة في المجفف حسب الحاجة، مما يؤدي إلى استقرار محتوى الرطوبة في المنتج؛ (5) خزانة كهربائية مستقلة والتحكم في واجهة الإنسان والآلة PLC، ودمج جميع إعدادات معلمات التجفيف، مما يضمن التشغيل الآمن والمريح؛ (6) مكونات نقل ميكانيكية أقل في جهاز التجفيف، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف الاستثمار في المعدات والحد الأدنى من عبء أعمال الصيانة.
2. اقتراحات لتحسين مجففات القاعدة المميعة بعد التطبيق والتطوير على المدى الطويل، شهدت مجففات القاعدة المميعة تحسينات كبيرة في الهيكل والأداء، كما أن جودتها تتحسن باستمرار. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض المشاكل. بناءً على ممارسات الإنتاج، تم اقتراح الاقتراحات التالية للتحسين:
2.1 اقتراحات لتحسين الاستخدام غير الكافي للحرارة تعتبر مجففات القاعدة المميعة، في جوهرها، معدات تجفيف بالحمل الحراري للهواء. بالمقارنة مع معدات التجفيف بالتوصيل، فإن استهلاكها للطاقة يكون أعلى بالفعل. ومع ذلك، مع بعض التدابير، يمكن تحقيق وفورات كبيرة في الطاقة. الاقتراحات: (1) تعزيز تأثير الختم للمعدات. في الوقت الحالي، يتم توصيل معظم قواديس مجفف القاعدة المميعة بجسم المعدة باستخدام حواف مسطحة، مما يؤدي إلى ضعف الختم. يوصى باستخدام حواف الوجه المرتفعة في التصميم. تستخدم العديد من مجففات المضخات المستوردة أنابيب فولاذية ملفوفة بزعانف للتبادل الحراري. في حين أن الأنابيب الفولاذية يمكن أن توفر تكاليف المواد، إلا أن تأثير التبادل الحراري الخاص بها يكون ضعيفًا. يوصى باستخدام الأنابيب النحاسية بدلاً من ذلك. (2) زيادة تدابير العزل. أضف طبقة عازلة إلى الغلاف الخارجي للمبادل الحراري لتقليل فقدان الحرارة. 2.2 اقتراحات لتحسين جهاز جمع الغبار
الشرط الأساسي لنجاح تشغيل الطبقة المميعة هو أن تتمتع المادة بحالة تميع جيدة، والتي يتم الحفاظ عليها بواسطة مجمع الغبار ذو المرشح عالي الكفاءة. تحدد كفاءة إزالة الغبار لمجمع الغبار المرشح إلى حد كبير تأثير التميع. في الوقت الحالي، الطرق الرئيسية لإزالة الغبار هي جمع الغبار بهز الأكياس وجمع الغبار النفاث النبضي.
اقتراح: استخدم وصلات المشبك لأكياس الفلتر، وحدد المواد الصلبة التي لا تتشوه بسهولة لقضبان التعليق، وقم بفحص أكياس الفلتر واستبدالها بانتظام.
2.3 اقتراحات لتحسين لوحة توزيع تدفق الهواء (الشاشة)
لوحة توزيع تدفق الهواء في مجفف الطبقة المميعة لها وظيفتين: دعم طبقة المواد وضمان التوزيع الموحد للغاز. إن الحجم والشكل ونمط التوزيع ونسبة الفتحة لفتحات لوحة التوزيع كلها لها تأثير حاسم على توزيع السوائل. التوزيع غير المتساوي للغاز يمكن أن يسبب "الدورة الدموية" داخل الطبقة المميعة. وفي الحالات القصوى، يمكن أن يؤدي ذلك إلى "توجيه" في بعض المناطق بينما تظل مناطق أخرى راكدة. في هذه الحالة، يحدث قصور في معظم دوائر الغاز من خلال قنوات معينة في السرير، مما يؤدي إلى تفاقم الاتصال بالغاز والصلب بشكل كبير - وهو الموقف الذي يجب تجنبه. يجب أن تمنع لوحة التوزيع المصممة جيدًا عدم التساوي داخل السرير. أي أنه عندما ينخفض انخفاض الضغط وتزداد سرعة تدفق الهواء في مناطق معينة من السرير، يجب أن تكون المقاومة الناتجة عن لوحة التوزيع قادرة على قمع الزيادة في تدفق الهواء، وبالتالي منع تدهور التميع.
في الوقت الحالي، تستخدم معظم مجففات الأسرة المميعة نوعًا واحدًا من لوحة توزيع تدفق الهواء، غالبًا ما تكون لوحة مثقبة رأسية أو لوحة شبكية منسوجة. يؤدي هذا بسهولة إلى تميع غير متساوٍ أو مناطق ميتة أثناء تميع المواد، مما يؤدي إلى الفشل في ضمان تجانس الدواء داخل الجزيئات. علاوة على ذلك، فإن تصميم التثقيب المفرد لا يمكنه تلبية متطلبات عملية الإنتاج للأدوية المختلفة. من ناحية أخرى، للحد من تسرب المخدرات، يتم استخدام الهياكل الشبكية متعددة الطبقات بشكل شائع. غالبًا ما يتم تثبيت لوحة توزيع تدفق الهواء والطبقة المميعة باستخدام العديد من البراغي، مما يجعل التفكيك غير مريح، والتنظيف صعبًا، وعرضة لتراكم البقايا مما يؤدي إلى التلوث المتبادل. توصية: استخدام نماذج ديناميكيات الموائع بمساعدة الكمبيوتر ونماذج نقل الحرارة والكتلة لإجراء حسابات المحاكاة الديناميكية الهوائية والديناميكية الحرارية والتحقق من المعلمات مثل تباعد الثقب وقطر الثقب ونسبة المساحة المفتوحة أثناء تصميم لوحة توزيع تدفق الهواء، لتلبية متطلبات عملية الإنتاج للمواد المختلفة. فيما يتعلق بالتثبيت، يجب أن تكون طريقة الاتصال قابلة للفصل لضمان التثبيت السريع والتنظيف الشامل.
2.4 توصيات لتحسين معالجة الهواء الداخل
توجد مآخذ الهواء الساخن بشكل عام في غرفة المعدات المساعدة، ويتم تركيبها مع أجهزة التدفئة وكواتم الصوت. لا تحتوي غرفة المعدات المساعدة والمنطقة النظيفة على أبواب أو نوافذ مباشرة. غالبًا ما يكون مستوى نظافة الهواء في غرفة المعدات المساعدة منخفضًا نسبيًا، مما سيؤثر على جودة الهواء الساخن الدوائي. وهذا يتطلب أن تحتوي المعدات نفسها على جهاز تنقية جيد؛ وإلا فإن الهواء غير النقي سوف يلوث الأدوية، مما يجعل من الصعب تلبية متطلبات ممارسات التصنيع الجيدة.
في الوقت الحالي، تقوم العديد من أنظمة المعدات المحلية بتكوين وحدات معالجة الهواء الخاصة بها على النحو التالي: الفلتر المسبق - الفلتر متوسط الكفاءة - تسخين البخار (أو التسخين الكهربائي) - الفلتر (الفرعي) عالي الكفاءة. على الرغم من أن نظام معالجة الهواء مزود بمرشحات مسبقة ومرشحات متوسطة ومرشحات عالية الكفاءة، إلا أن المرشحات عالية الكفاءة قد تصبح مسدودة أو تالفة بمرور الوقت. في الوقت الحالي، لا يمكن تحديد الحاجة إلى الاستبدال إلا بشكل مرئي، دون وجود أساس نظري. يؤدي الاستبدال المبكر إلى زيادة التكاليف، في حين أن الاستبدال المتأخر يؤدي إلى تدهور جودة الهواء، وبالتالي التأثير على جودة المنتج. توصية: أضف شاشات عرض الضغط التفاضلي قبل وبعد المرشحات عالية الكفاءة، مما يؤدي إلى إطلاق إنذار للمطالبة بالاستبدال عندما يصل الضغط التفاضلي إلى قيمة معينة.
علاوة على ذلك، تفتقر معظم المعدات إلى أجهزة إزالة الرطوبة، مما يؤدي إلى مشاكل مستمرة في تجفيف الهواء، خاصة في أواخر الربيع والصيف عندما تكون الرطوبة مرتفعة. يمكن أن يؤثر الفشل في إزالة الرطوبة بشكل كبير على تجفيف المواد. التوصية: إضافة أجهزة إزالة الرطوبة.
تفتقر العديد من الأجهزة إلى نظام منسق بين مروحة السحب المستحثة والمخمد، مما قد يتسبب في تدفق الهواء العكسي بين إغلاق المروحة وإغلاق المخمد. توصية: قم بربط تشغيل/إيقاف المروحة بفتحة وإغلاق المخمد. يجب أن يفتح المخمد في وقت واحد عند تشغيل المروحة ويغلق بشكل متزامن عندما تتوقف المروحة لمنع تدفق الهواء للخلف. 2.5 اقتراحات لتحسين تكامل المعدات وعملية الإنتاج
يمكن أن يؤدي تدفق عملية التجفيف وتصميم المعدات بشكل غير معقول إلى خسائر كبيرة في الطاقة. لحل هذه المشكلات بشكل كامل، من الضروري إجراء دراسة منهجية لخصائص تجفيف المنتج لتحديد معلمات عملية التجفيف المثالية، مثل دراسة خصائص المادة التي يتم تجفيفها. تعتبر خصائص المادة نفسها من أهم العوامل التي تؤثر على عملية التجفيف؛ يؤثر شكل المادة وحجمها وسمك التعبئة وطريقة ربط الرطوبة والخصائص الكيميائية على معدل التجفيف. باستثناء عدد قليل من الشركات المحلية، تفتقر معظم الشركات المصنعة للمعدات إلى فهم تكنولوجيا عملية التركيب والشروط اللازمة لإجراء تجارب العملية. كما أن فهمهم لشروط استخدام المواد المختلفة غير كافٍ أيضًا، مما يؤدي إلى عدم كفاية البحث والتطوير وصعوبة تطوير منتجات جديدة.
2.6 اقتراحات لتحسين نظام التحكم
في الوقت الحالي، يتم تحديد معلمات التشغيل لمعدات الطبقة المميعة بشكل عام بناءً على خبرة المشغل. ومع ذلك، فمن الممكن تمامًا تحقيق التحكم الذكي وإمكانية تتبع معلمات العملية. وهذا يضع متطلبات أعلى على نظام التحكم الكهربائي لمعدات الطبقة المميعة. في أنظمة التحكم الكهربائية، هناك حاجة إلى سلسلة من الأجهزة للكشف عن درجة الحرارة والرطوبة والضغط والضغط التفاضلي وسرعة الرياح ووقت التشغيل وتركيز الغبار وما إلى ذلك، والحصول على البيانات الأساسية. يتم بعد ذلك نقل هذه البيانات وتخزينها على شاشة تعمل باللمس عبر أجهزة الإرسال. تقوم شاشة اللمس بتخزين وتحليل البيانات، ثم تقوم بصياغة مسار العملية المناسب لتحقيق التحكم الذكي.
2.6.1 التحكم في درجة الحرارة
تستخدم طرق التحكم في تسخين الهواء الساخن الشائعة وضع "التشغيل" و"الإيقاف" البسيط. عندما تصل درجة الحرارة إلى القيمة المحددة، يتوقف إمداد البخار، ولكن لا يزال لدى المبادل الحراري حرارة متبقية، مما يتسبب في استمرار ارتفاع درجة حرارة الهواء، والعكس صحيح. وينتج عن ذلك تقلبات مفرطة في درجات الحرارة، مما يؤثر على جودة تجفيف المعدات. توصية: حافظ على درجة حرارة الهواء الداخل عن طريق التحكم في معدل تدفق البخار. في البداية، يجب أن يكون معدل تدفق البخار أعلى لجعل درجة حرارة الهواء الداخل قريبة من القيمة المحددة بسرعة. بعد ذلك، يجب تعديل معدل تدفق البخار تلقائيًا ليقترب تدريجيًا من القيمة المحددة، وأخيرًا، يجب الحفاظ على معدل تدفق بخار ثابت للحفاظ على درجة حرارة الهواء الداخل مستقرة. 2.6.2 التحكم في تدفق الهواء
تستخدم معظم معدات التحكم في تدفق الهواء تنظيم سرعة تحويل التردد، ولكنها تفتقر إلى عناصر قياس تدفق الهواء. أثناء الإنتاج، لا يمكن تعديل تدفق الهواء إلا يدويًا استنادًا إلى حالة تميع المادة، وبالتالي يفشل في ضمان تدفق هواء مستقر وثابت نسبيًا. يمكن أن تؤثر التغييرات في تركيبة المادة ومقاومة كيس الفلتر على استقرار تدفق الهواء، مما يؤثر بدوره على سرعة التجفيف. توصية: قم بتركيب عناصر قياس تدفق الهواء في قناة مدخل الهواء للتحكم التلقائي، وضبط التردد تلقائيًا بناءً على حجم تدفق الهواء للحفاظ على تدفق هواء ثابت نسبيًا أثناء الإنتاج.
2.6.3 الكشف عن الرطوبة عبر الإنترنت
إضافة جهاز كشف الرطوبة عبر الإنترنت. وهذا يسمح للمستخدمين بتعديل المعلمات وفقًا للظروف الفعلية، مما يحسن كفاءة التجفيف.
2.6.4 التكرار وإمكانية تتبع عملية تجفيف الطبقة المميعة
في الإنتاج الفعلي، يجب على المشغلين إعادة ضبط وتعديل معلمات عملية المعدات لكل عملية إنتاج. وهذا يجعل من المستحيل ضمان إنتاج نفس المنتج باستخدام نفس معلمات عملية المعدات، مما يضر بإمكانية التتبع. وفقًا لممارسات التصنيع الجيدة (GMP)، يلزم وجود معدات لتخزين كمية معينة من معلمات عملية الإنتاج لضمان تكرار الإنتاج وإمكانية التتبع. يقوم كل مستخدم بتعيين هذا وفقًا لعدد أصناف المنتج. تتطلب مجففات الأسرة المميعة عمومًا القدرة على تخزين 50 عملية إنتاج، لكن معظم المعدات المنتجة محليًا لا يمكنها حاليًا تحقيق ذلك. يوصى بتحسين وتوسيع نظام التحكم PLC والمحركات الميكانيكية لجعل الوظائف أكثر اكتمالاً. على سبيل المثال، يجب توفير ذاكرة كافية لتخزين عمليات الإنتاج المتعددة، وتوفير طباعة المعلمات في الموقع، وتوفير البيانات، واتصال البيانات بجهاز الكمبيوتر.
3. الاستنتاج
تبدأ هذه المقالة بمبدأ عمل مجففات القاعدة المميعة، وتلخص بعض المشكلات في عملية الإنتاج بناءً على معلمات تشغيل العملية، وتقترح بإيجاز اقتراحات لتحسين هذا النوع من المعدات. من المأمول أن يتمكن مصنعو المعدات من تطوير المزيد من معدات تجفيف الأدوية التي تلبي متطلبات عملية إنتاج الأدوية، ولها معايير أداء متقدمة، وقابلة للتشغيل بدرجة عالية، وصديقة للبيئة، وموفرة للطاقة، ولها مؤشرات اقتصادية وفنية متقدمة.