Dalam proses produksi bentuk sediaan padat, pengering unggun terfluidisasi sering kali merupakan peralatan yang dipilih. Pengering unggun terfluidisasi menawarkan keuntungan seperti perpindahan panas yang sangat baik, kapasitas produksi yang tinggi, distribusi suhu yang seragam, mode operasi yang beragam, waktu tinggal material yang dapat disesuaikan, biaya investasi yang rendah, dan perawatan yang minimal.
Setelah lebih dari 30 tahun digunakan dan dikembangkan di Tiongkok, bahan-bahan tersebut telah menunjukkan posisi unik dalam bidang pengeringan, dan peran penting bahan-bahan tersebut semakin terlihat jelas dalam industri farmasi, bahan kimia, dan makanan.
1. Prinsip Kerja, Proses, dan Karakteristik Fluidized Bed Dryer
1.1 Prinsip Kerja Pengering unggun terfluidisasi, juga dikenal sebagai pengeringan unggun terfluidisasi, memanfaatkan udara bersih yang disaring. Melalui pertukaran panas konvektif pada penukar panas, suhu udara naik sampai nilai tertentu sebelum masuk ke saluran distribusi udara utama. Udara kemudian didistribusikan melalui katup ke dalam pengering unggun terfluidisasi, sedangkan bahan basah masuk dari pengumpan. Karena tekanan udara, bahan memasuki keadaan mendidih di dalam pengering, memastikan kontak yang cukup antara udara panas dan bahan, meningkatkan proses perpindahan panas dan massa, dan mendorong penguapan dan pemisahan uap air dalam bahan dalam waktu singkat. Setelah kering, material dikeluarkan dari lubang pembuangan, dan gas buang dibuang dari bagian atas unggun terfluidisasi. Serbuk padat diperoleh kembali oleh pengumpul debu siklon dan bag filter sebelum dibuang ke atmosfer.
1.2 Alur Kerja: Material diangkut ke fluidized bed melalui kereta material dan disegel ke bed dengan cincin penyegel di bawah aksi mekanisme pengangkatan silinder. Kemudian, udara, yang digerakkan oleh kipas angin induksi, dimurnikan dengan filter, dipanaskan oleh radiator, dan kemudian didistribusikan ke dalam unggun terfluidisasi (ruang pengering) melalui pelat distribusi aliran udara (layar). Bahan dalam hopper membentuk keadaan terfluidisasi (yaitu, unggun terfluidisasi) di bawah pengaruh udara panas dan pengadukan. Dalam kontak dua fase gas-padat dengan area luas, uap air (atau pelarut) di dalam material menguap dalam waktu singkat dan terbawa bersama udara buangan, sehingga mengeringkan material.
1.3 Fitur Teknis (1) Efek perpindahan panas yang sangat baik, suhu yang relatif seragam di dalam lapisan, koefisien kapasitas panas yang tinggi (atau koefisien perpindahan panas volumetrik), dan kapasitas produksi yang besar; (2) Karena distribusi suhu yang seragam dalam unggun terfluidisasi, panas berlebih lokal pada produk dapat dihindari, sehingga sangat cocok untuk mengeringkan bahan sensitif panas tertentu (seperti konjak, poliakrilamida, dll.); (3) Pengoperasian yang berkelanjutan atau terputus-putus dapat dilakukan dalam peralatan yang sama; (4) Waktu tinggal bahan dalam pengering dapat diatur sesuai kebutuhan, sehingga menghasilkan kadar air produk yang stabil; (5) Kabinet listrik independen dan kontrol antarmuka manusia-mesin PLC, mengintegrasikan semua pengaturan parameter pengeringan, memastikan pengoperasian yang aman dan nyaman; (6) Lebih sedikit komponen transmisi mekanis pada perangkat pengering, sehingga menghasilkan biaya investasi peralatan yang rendah dan beban kerja perawatan yang minimal.
2. Saran untuk Meningkatkan Pengering Fluidized Bed Setelah penerapan dan pengembangan jangka panjang, pengering fluidized bed telah mengalami peningkatan yang signifikan dalam struktur dan kinerja, dan kualitasnya terus meningkat. Namun, beberapa permasalahan masih ada. Berdasarkan praktik produksi, saran perbaikan berikut diusulkan:
2.1 Saran untuk Meningkatkan Pemanfaatan Panas yang Tidak Memadai Pengering unggun terfluidisasi pada dasarnya adalah peralatan pengeringan konveksi udara. Dibandingkan dengan peralatan pengeringan konduksi, konsumsi energinya memang lebih tinggi. Namun, dengan langkah-langkah tertentu, penghematan energi yang signifikan dapat dicapai. Saran: (1) Meningkatkan efek penyegelan peralatan. Saat ini, sebagian besar hopper pengering unggun terfluidisasi dihubungkan ke badan peralatan menggunakan flensa datar, sehingga menghasilkan penyegelan yang buruk. Disarankan untuk menggunakan flensa muka terangkat dalam desain. Banyak pengering pompa impor menggunakan pipa baja yang dililitkan sirip untuk pertukaran panas. Meskipun pipa baja dapat menghemat biaya material, efek pertukaran panasnya buruk. Disarankan untuk menggunakan pipa tembaga sebagai gantinya. (2) Meningkatkan tindakan isolasi. Tambahkan lapisan insulasi pada kulit terluar penukar panas untuk mengurangi kehilangan panas. 2.2 Saran untuk Memperbaiki Perangkat Pengumpul Debu
Kondisi dasar agar pengoperasian unggun terfluidisasi berhasil adalah material memiliki kondisi fluidisasi yang baik, yang dipertahankan oleh pengumpul debu filter efisiensi tinggi. Efisiensi penghilangan debu dari pengumpul debu filter sangat menentukan efek fluidisasi. Saat ini, metode penghilangan debu yang utama adalah pengumpulan debu dengan pengocokan kantong dan pengumpulan debu jet pulsa.
Saran: Gunakan sambungan penjepit untuk kantong filter, pilih bahan kaku yang tidak mudah berubah bentuk untuk batang suspensi, dan periksa serta ganti kantong filter secara teratur.
2.3 Saran untuk Memperbaiki Pelat Distribusi Aliran Udara (Layar)
Pelat distribusi aliran udara pada pengering unggun terfluidisasi memiliki dua fungsi: menopang lapisan material dan memastikan distribusi gas seragam. Ukuran, bentuk, pola distribusi, dan rasio lubang bukaan pelat distribusi semuanya mempunyai dampak penting pada distribusi fluida. Distribusi gas yang tidak merata dapat menyebabkan “sirkulasi” di dalam fluidized bed. Dalam kasus yang ekstrim, hal ini dapat menyebabkan terjadinya “channeling” di beberapa wilayah sementara wilayah lainnya tetap stagnan. Dalam situasi ini, sebagian besar gas mengalami hubungan pendek melalui saluran tertentu di lapisan, sehingga secara signifikan memperburuk kontak gas-padat – situasi yang harus dihindari. Pelat distribusi yang dirancang dengan baik harus menekan ketidakrataan di dalam lapisan. Artinya, ketika penurunan tekanan menurun dan kecepatan aliran udara meningkat di area tertentu pada lapisan, hambatan yang dihasilkan oleh pelat distribusi harus mampu menekan peningkatan aliran udara, sehingga mencegah penurunan fluidisasi.
Saat ini, sebagian besar pengering unggun terfluidisasi menggunakan satu jenis pelat distribusi aliran udara, sering kali berupa pelat berlubang vertikal atau pelat anyaman. Hal ini dengan mudah menyebabkan fluidisasi tidak merata atau zona mati selama fluidisasi material, sehingga gagal menjamin keseragaman obat di dalam partikel. Selain itu, desain perforasi tunggal tidak dapat memenuhi persyaratan proses produksi obat yang berbeda. Di sisi lain, untuk mengurangi kebocoran obat, struktur jaring multi-lapis biasanya digunakan. Pelat distribusi aliran udara dan fluidized bed sering kali dipasang dengan banyak baut, membuat pembongkaran menjadi tidak nyaman, sulit dibersihkan, dan rentan terhadap penumpukan residu yang menyebabkan kontaminasi silang. Rekomendasi: Memanfaatkan model dinamika fluida berbantuan komputer serta model perpindahan panas dan massa untuk melakukan perhitungan simulasi aerodinamis dan termodinamika serta verifikasi parameter seperti jarak lubang, diameter lubang, dan rasio area terbuka selama desain pelat distribusi aliran udara, untuk memenuhi persyaratan proses produksi bahan yang berbeda. Mengenai pemasangan, metode sambungan harus dapat dilepas untuk memastikan pemasangan cepat dan pembersihan menyeluruh.
2.4 Rekomendasi untuk Meningkatkan Perlakuan Udara Masuk
Saluran masuk udara panas umumnya terletak di ruang peralatan bantu, dipasang bersama dengan alat pemanas dan peredam suara. Ruang peralatan bantu dan area bersih tidak memiliki pintu atau jendela langsung. Tingkat kebersihan udara di ruang peralatan bantu seringkali relatif rendah sehingga akan mempengaruhi kualitas udara panas farmasi. Hal ini memerlukan peralatan itu sendiri untuk memiliki alat pemurnian yang baik; jika tidak, udara yang tidak dimurnikan akan mengkontaminasi obat-obatan, sehingga sulit memenuhi persyaratan GMP.
Saat ini, banyak sistem peralatan rumah tangga yang mengonfigurasi unit penanganan udaranya sebagai berikut: pra-filter—filter efisiensi sedang—pemanas uap (atau pemanas listrik)—(sub) filter efisiensi tinggi. Meskipun sistem penanganan udara dilengkapi dengan pra-filter, filter sedang, dan filter efisiensi tinggi, filter efisiensi tinggi dapat tersumbat atau rusak seiring berjalannya waktu. Saat ini, kebutuhan penggantian hanya dapat ditentukan secara visual, tanpa landasan teori. Penggantian yang terlalu dini meningkatkan biaya, sedangkan penggantian yang tertunda berisiko menurunkan kualitas udara, sehingga mempengaruhi kualitas produk. Rekomendasi: Tambahkan tampilan tekanan diferensial sebelum dan sesudah filter efisiensi tinggi, yang memicu alarm untuk segera melakukan penggantian ketika tekanan diferensial mencapai nilai tertentu.
Selain itu, sebagian besar peralatan tidak memiliki perangkat dehumidifikasi, yang mengakibatkan masalah dehumidifikasi udara terus-menerus, terutama di akhir musim semi dan musim panas ketika kelembapan tinggi. Kegagalan dalam menghilangkan kelembapan dapat berdampak signifikan pada pengeringan bahan. Rekomendasi: Tambahkan perangkat dehumidifikasi.
Banyak perangkat yang tidak memiliki sistem terkoordinasi antara kipas angin induksi dan peredam, sehingga berpotensi menyebabkan aliran balik udara antara kipas mati dan penutup peredam. Rekomendasi: Hubungkan start/stop kipas dengan pembukaan dan penutupan peredam. Peredam harus terbuka secara bersamaan saat kipas menyala dan menutup secara bersamaan saat kipas berhenti untuk mencegah aliran balik udara. 2.5 Saran Peningkatan Integrasi Peralatan dan Proses Produksi
Alur proses pengeringan dan desain peralatan yang tidak wajar dapat menyebabkan hilangnya energi secara signifikan. Untuk mengatasi permasalahan tersebut secara menyeluruh, diperlukan kajian sistematis terhadap karakteristik pengeringan produk untuk menentukan parameter proses pengeringan yang optimal, seperti mempelajari sifat-sifat bahan yang dikeringkan. Sifat bahan itu sendiri merupakan faktor terpenting yang mempengaruhi pengeringan; bentuk bahan, ukuran, ketebalan pengepakan, metode pengikatan kelembaban, dan sifat kimia semuanya mempengaruhi laju pengeringan. Kecuali beberapa perusahaan dalam negeri, sebagian besar produsen peralatan kurang memahami teknologi proses formulasi dan kondisi yang diperlukan untuk melakukan eksperimen proses. Pemahaman mereka tentang kondisi penggunaan berbagai bahan juga kurang sehingga mengakibatkan kurangnya penelitian dan pengembangan serta kesulitan dalam mengembangkan produk baru.
2.6 Saran Perbaikan Sistem Pengendalian
Saat ini, parameter pengoperasian peralatan fluidized bed umumnya diatur berdasarkan pengalaman operator. Namun, sangat mungkin untuk mencapai kontrol cerdas dan ketertelusuran parameter proses. Hal ini menempatkan tuntutan yang lebih tinggi pada sistem kontrol kelistrikan peralatan unggun terfluidisasi. Dalam sistem kendali kelistrikan, diperlukan serangkaian perangkat untuk mendeteksi suhu, kelembaban, tekanan, tekanan diferensial, kecepatan angin, waktu pengoperasian, konsentrasi debu, dll, serta memperoleh data dasar. Data ini kemudian dikirim dan disimpan di layar sentuh melalui pemancar. Layar sentuh menyimpan dan menganalisis data, lalu merumuskan rute proses yang sesuai untuk mencapai kontrol cerdas.
2.6.1 Pengendalian Suhu
Metode kontrol pemanasan udara panas yang umum menggunakan mode "hidup" dan "mati" yang sederhana. Ketika suhu mencapai nilai yang ditetapkan, pasokan uap terhenti, namun penukar panas masih memiliki sisa panas sehingga menyebabkan suhu udara terus meningkat, dan sebaliknya. Hal ini mengakibatkan fluktuasi suhu yang berlebihan, sehingga mempengaruhi kualitas pengeringan peralatan. Rekomendasi: Pertahankan suhu udara masuk dengan mengontrol laju aliran uap. Awalnya, laju aliran uap harus lebih tinggi agar suhu udara masuk segera mendekati nilai yang ditetapkan. Kemudian, laju aliran uap harus diatur secara otomatis hingga mendekati nilai yang ditetapkan secara bertahap, dan terakhir, laju aliran uap yang stabil harus dipertahankan untuk menjaga suhu udara masuk tetap stabil. 2.6.2 Kontrol Aliran Udara
Sebagian besar peralatan kontrol aliran udara menggunakan pengaturan kecepatan konversi frekuensi, tetapi tidak memiliki elemen pengukuran aliran udara. Selama produksi, aliran udara hanya dapat diatur secara manual berdasarkan keadaan fluidisasi material, sehingga gagal menjamin aliran udara yang stabil dan relatif konstan. Perubahan komposisi bahan dan ketahanan kantong filter dapat mempengaruhi stabilitas aliran udara, yang selanjutnya mempengaruhi kecepatan pengeringan. Rekomendasi: Pasang elemen pengukuran aliran udara di saluran masuk udara untuk kontrol otomatis, yang secara otomatis menyesuaikan frekuensi berdasarkan volume aliran udara untuk mempertahankan aliran udara yang relatif konstan selama produksi.
2.6.3 Deteksi Kelembaban Online
Tambahkan perangkat pendeteksi kelembapan online. Hal ini memungkinkan pengguna untuk menyesuaikan parameter sesuai dengan kondisi aktual, sehingga meningkatkan efisiensi pengeringan.
2.6.4 Keterulangan dan Penelusuran Proses Pengeringan Fluidized Bed
Dalam produksi sebenarnya, operator harus mengatur ulang dan memodifikasi parameter proses peralatan untuk setiap proses produksi. Hal ini membuat tidak mungkin untuk menjamin bahwa produk yang sama diproduksi menggunakan parameter proses peralatan yang sama, sehingga mengurangi kemampuan penelusuran. Menurut GMP, peralatan diharuskan menyimpan sejumlah parameter proses produksi untuk memastikan pengulangan dan penelusuran produksi. Setiap pengguna mengaturnya berdasarkan jumlah jenis produk. Pengering unggun terfluidisasi umumnya memerlukan kemampuan untuk menyimpan 50 proses produksi, namun sebagian besar peralatan yang diproduksi di dalam negeri saat ini tidak dapat mencapai hal ini. Disarankan untuk meningkatkan dan memperluas sistem kontrol PLC dan aktuator mekanis agar fungsinya lebih lengkap. Misalnya, memori yang cukup harus disediakan untuk menyimpan beberapa proses produksi, menawarkan pencetakan parameter di tempat, penyimpanan data, dan koneksi data ke PC.
3. Kesimpulan
Artikel ini dimulai dengan prinsip kerja pengering fluidized bed, merangkum beberapa masalah dalam proses produksi berdasarkan parameter operasi proses, dan secara singkat mengusulkan saran untuk meningkatkan peralatan jenis ini. Diharapkan produsen peralatan dapat mengembangkan lebih banyak peralatan pengeringan farmasi yang memenuhi persyaratan proses produksi farmasi, memiliki parameter kinerja yang canggih, sangat mudah dioperasikan, ramah lingkungan, hemat energi, dan memiliki indikator ekonomi dan teknis yang maju.