고형제의 생산 과정에서 유동층 건조기가 자주 선택되는 장비입니다. 유동층 건조기는 우수한 열 전달, 높은 생산 능력, 균일한 온도 분포, 다양한 작동 모드, 조정 가능한 재료 체류 시간, 낮은 투자 비용 및 최소한의 유지 관리와 같은 장점을 제공합니다.
중국에서 30년 이상 사용 및 개선된 후 건조 분야에서 독보적인 위치를 입증했으며 제약, 화학 및 식품 산업에서 중요한 역할이 점점 더 분명해지고 있습니다.
1. 유동층 건조기의 작동 원리, 공정 및 특성
1.1 작동 원리 유동층 건조라고도 알려진 유동층 건조기는 필터링된 깨끗한 공기를 사용합니다. 열 교환기의 대류 열 교환을 통해 공기 온도는 주 공기 분배 덕트에 들어가기 전에 특정 값까지 상승합니다. 그런 다음 공기는 밸브를 통해 유동층 건조기로 분배되고, 젖은 물질은 피더에서 유입됩니다. 공기압으로 인해 재료는 건조기 내에서 끓는 상태로 들어가 뜨거운 공기와 재료 사이의 충분한 접촉을 보장하고 열 및 물질 전달 과정을 향상시키며 단시간 내에 재료의 수분 증발 및 분리를 촉진합니다. 건조 후 물질은 배출구에서 배출되고 배기가스는 유동층 상단에서 배출됩니다. 고형분말은 사이클론 집진기와 백필터를 통해 회수된 후 대기로 배출됩니다.
1.2 작업 흐름: 물질은 물질 카트를 통해 유동층으로 운반되고 실린더 리프팅 메커니즘의 작용에 따라 밀봉 링에 의해 유동층에 밀봉됩니다. 그런 다음 유도 통풍 팬에 의해 구동된 공기는 필터를 통해 정화되고 라디에이터에 의해 가열된 다음 기류 분배판(스크린)을 통해 유동층(건조실)으로 분배됩니다. 호퍼 내의 물질은 뜨거운 공기와 교반의 작용으로 유동화 상태(즉, 유동층)를 형성합니다. 대면적 기체-고체 2상 접촉에서는 재료 내부의 수분(또는 용매)이 단시간에 증발하고 배출 공기와 함께 운반되어 재료를 건조시킵니다.
1.3 기술적 특징 (1) 우수한 열전달 효과, 베드 내 온도가 비교적 균일하고 열용량 계수(또는 체적 열전달 계수)가 높으며 생산 능력이 크다. (2) 유동층 내의 균일한 온도 분포로 인해 제품의 국부적 과열을 피할 수 있으며 특정 열에 민감한 재료(예: 곤약, 폴리아크릴아미드 등)를 건조하는 데 특히 적합합니다. (3) 동일한 장비 내에서 연속 또는 간헐적인 작동을 수행할 수 있습니다. (4) 건조기 내 재료의 체류 시간은 필요에 따라 조정될 수 있어 안정적인 제품 수분 함량을 얻을 수 있습니다. (5) 모든 건조 매개변수 설정을 통합하여 안전하고 편리한 작동을 보장하는 독립적인 전기 캐비닛 및 PLC 인간-기계 인터페이스 제어; (6) 건조 장치의 기계식 변속기 구성 요소가 적어 장비 투자 비용이 저렴하고 유지 관리 작업량이 최소화됩니다.
2. 유동층 건조기 개선을 위한 제안 유동층 건조기는 장기간의 적용 및 개발을 거쳐 구조와 성능이 크게 개선되었으며 품질도 지속적으로 향상되고 있습니다. 그러나 몇 가지 문제가 여전히 존재합니다. 생산 관행을 바탕으로 다음과 같은 개선 제안이 제안됩니다.
2.1 불충분한 열 활용 개선을 위한 제안 유동층 건조기는 본질적으로 공기 대류 건조 장비입니다. 전도 건조 장비와 비교하여 에너지 소비량이 실제로 더 높습니다. 그러나 특정 조치를 취하면 상당한 에너지 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 제안 사항: (1) 장비의 밀봉 효과를 향상시킵니다. 현재 대부분의 유동층 건조기 호퍼는 평평한 플랜지를 사용하여 장비 본체에 연결되어 있어 밀봉이 불량합니다. 설계 시 돌출면 플랜지를 사용하는 것이 좋습니다. 많은 수입 펌프 건조기는 열 교환을 위해 핀이 감겨진 강철 파이프를 사용합니다. 강관은 재료비를 절약할 수 있지만 열교환 효과는 좋지 않습니다. 대신 구리 파이프를 사용하는 것이 좋습니다. (2) 단열 조치를 강화합니다. 열 손실을 줄이기 위해 열교환기 외부 쉘에 단열층을 추가합니다. 2.2 집진장치 개선을 위한 제언
성공적인 유동층 운영을 위한 기본 조건은 물질의 유동화 상태가 양호해야 하며, 이는 고효율 필터 집진기에 의해 유지됩니다. 필터 집진기의 먼지 제거 효율은 유동화 효과를 크게 결정합니다. 현재 주요 먼지 제거 방법은 Bag Shaking 집진 방식과 Pulse Jet 집진 방식이 있습니다.
제안: 필터 백에는 클램프 연결을 사용하고, 서스펜션 로드에는 쉽게 변형되지 않는 견고한 재료를 선택하고, 필터 백을 정기적으로 검사하고 교체하십시오.
2.3 기류분배판(스크린) 개선을 위한 제안
유동층 건조기의 기류 분배판에는 재료 층을 지지하고 균일한 가스 분배를 보장하는 두 가지 기능이 있습니다. 분배판 개구부의 크기, 모양, 분배 패턴 및 오리피스 비율은 모두 유체 분배에 중요한 영향을 미칩니다. 가스 분포가 고르지 않으면 유동층 내에서 "순환"이 발생할 수 있습니다. 극단적인 경우, 이로 인해 일부 영역에서는 "채널링"이 발생하고 다른 영역은 정체 상태로 유지될 수 있습니다. 이 상황에서는 대부분의 가스가 층의 특정 채널을 통해 단락되어 가스-고체 접촉이 크게 악화됩니다. 이는 피해야 하는 상황입니다. 잘 설계된 분배판은 베드 내부의 요철을 억제해야 합니다. 즉, 베드의 특정 부위에서 압력 강하가 감소하고 기류 속도가 증가할 때 분배판에서 발생하는 저항이 기류 증가를 억제하여 유동화 악화를 방지할 수 있어야 한다.
현재 대부분의 유동층 건조기는 단일 유형의 기류 분배판(종종 수직 천공판 또는 직조 메쉬판)을 사용합니다. 이로 인해 물질 유동화 중에 불균일한 유동화 또는 불감대가 쉽게 발생하여 입자 내 약물의 균일성을 보장할 수 없습니다. 또한 단일 천공 디자인은 다양한 약물의 생산 공정 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 한편, 약물 누출을 줄이기 위해 다층 메쉬 구조가 일반적으로 사용됩니다. 기류 분배판과 유동층은 종종 수많은 볼트로 고정되어 있어 분해가 불편하고, 청소가 어렵고, 잔류물이 쌓여 교차 오염이 발생하기 쉽습니다. 권장 사항: 다양한 재료의 생산 공정 요구 사항을 충족하기 위해 컴퓨터 지원 유체 역학 모델과 열 및 물질 전달 모델을 활용하여 구멍 간격, 구멍 직경, 개방 면적 비율과 같은 매개변수에 대한 공기 역학 및 열역학 시뮬레이션 계산 및 검증을 수행합니다. 설치시 빠른 설치와 철저한 청소를 위해 연결방식은 탈부착이 가능해야 합니다.
2.4 흡기 처리 개선을 위한 권장 사항
열기 흡입구는 일반적으로 보조 장비실에 위치하며 난방 장치 및 소음기와 함께 설치됩니다. 보조장비실 및 청정구역에는 직접적인 문이나 창문이 없습니다. 보조 장비실의 공기 청정도 수준은 상대적으로 낮은 경우가 많으며 이는 제약 열기의 품질에 영향을 미칩니다. 이를 위해서는 장비 자체에 우수한 정화 장치가 필요합니다. 그렇지 않으면 정화되지 않은 공기가 의약품을 오염시켜 GMP 요구 사항을 충족하기 어렵게 됩니다.
현재 많은 국내 장비 시스템에서는 공기조화기를 프리필터 - 중효율 필터 - 증기난방(또는 전기난방) - (저)고효율 필터로 구성하고 있습니다. 공조시스템에는 프리필터, 중필터, 고효율필터가 장착되어 있으나, 시간이 지남에 따라 고효율필터가 막히거나 손상될 수 있습니다. 현재 교체 필요성은 시각적으로만 판단할 수 있어 이론적 근거가 부족합니다. 조기 교체는 비용을 증가시키고, 교체가 지연되면 공기 질이 악화되어 제품 품질에 영향을 줄 수 있습니다. 권장 사항: 고효율 필터 전후에 차압 표시를 추가하여 차압이 특정 값에 도달하면 교체를 알리는 경보를 발생시킵니다.
또한 대부분의 장비에는 제습 장치가 부족하여 특히 습도가 높은 늦봄과 여름에는 공기 제습 문제가 지속적으로 발생합니다. 제습에 실패하면 재료 건조에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 권장사항: 제습 장치를 추가하세요.
많은 장치에는 유도 통풍 팬과 댐퍼 사이의 조정 시스템이 부족하여 잠재적으로 팬 종료와 댐퍼 폐쇄 사이에 공기 역류가 발생할 수 있습니다. 권장사항: 팬의 시작/중지를 댐퍼의 열림 및 닫힘에 연결하십시오. 댐퍼는 팬이 작동할 때 동시에 열리고 팬이 멈출 때 동시에 닫혀 공기 역류를 방지해야 합니다. 2.5 장비와 생산공정의 통합 개선을 위한 제안
불합리한 건조 공정 흐름과 장비 설계로 인해 상당한 에너지 손실이 발생할 수 있습니다. 이러한 문제를 철저하게 해결하기 위해서는 건조되는 물질의 특성을 연구하는 등 최적의 건조 공정 매개변수를 결정하기 위한 제품의 건조 특성에 대한 체계적인 연구가 필요합니다. 소재 자체의 특성은 건조에 영향을 미치는 가장 중요한 요소입니다. 재료의 모양, 크기, 포장 두께, 수분 결합 방법 및 화학적 특성 모두 건조 속도에 영향을 미칩니다. 국내 일부 기업을 제외하면 대부분의 장비 제조사들은 제형 공정 기술과 공정 실험 수행에 필요한 조건에 대한 이해가 부족하다. 다양한 소재의 사용조건에 대한 이해도 부족하여 연구개발이 부족하고 신제품 개발에 어려움을 겪고 있습니다.
2.6 관제시스템 개선을 위한 제언
현재 유동층 장비의 작동 매개변수는 일반적으로 운영자의 경험을 바탕으로 설정됩니다. 그러나 프로세스 매개변수의 지능적인 제어와 추적성을 달성하는 것은 전적으로 가능합니다. 이로 인해 유동층 장비의 전기 제어 시스템에 대한 요구가 높아졌습니다. 전기 제어 시스템에서는 온도, 습도, 압력, 차압, 풍속, 작동 시간, 먼지 농도 등을 감지하고 기본 데이터를 얻기 위해 일련의 장치가 필요합니다. 이 데이터는 송신기를 통해 터치스크린에 전송되고 저장됩니다. 터치스크린은 데이터를 저장하고 분석한 다음 지능적인 제어를 달성하기 위해 적절한 프로세스 경로를 공식화합니다.
2.6.1 온도 조절
일반적인 열기 가열 제어 방법은 간단한 "켜기" 및 "끄기" 모드를 사용합니다. 온도가 설정값에 도달하면 증기 공급은 중단되지만 열교환기에는 여전히 잔열이 남아 있어 공기 온도는 계속 상승하며, 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이로 인해 과도한 온도 변동이 발생하여 장비의 건조 품질에 영향을 미칩니다. 권장 사항: 증기 유량을 제어하여 입구 공기 온도를 유지하십시오. 처음에는 입구 공기 온도를 설정 값에 빠르게 가깝게 만들기 위해 증기 유량을 더 높여야 합니다. 그 다음에는 증기유량을 자동으로 조절하여 점차적으로 설정값에 가까워지게 하고, 마지막으로 안정된 증기유량을 유지하여 입구공기온도를 안정적으로 유지해야 한다. 2.6.2 공기 흐름 제어
대부분의 기류 제어 장비는 주파수 변환 속도 조절을 사용하지만 기류 측정 요소가 부족합니다. 생산 중에 공기 흐름은 재료의 유동화 상태에 따라 수동으로만 조정할 수 있으므로 안정적이고 상대적으로 일정한 공기 흐름을 보장하지 못합니다. 재료 구성과 필터 백 저항의 변화는 공기 흐름 안정성에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 결국 건조 속도에도 영향을 미칩니다. 권장 사항: 자동 제어를 위해 공기 유입 덕트에 공기 흐름 측정 요소를 설치하고, 공기 흐름량에 따라 주파수를 자동으로 조정하여 생산 중에 상대적으로 일정한 공기 흐름을 유지합니다.
2.6.3 온라인 습도 감지
온라인 습도 감지 장치를 추가하십시오. 이를 통해 사용자는 실제 조건에 따라 매개변수를 조정할 수 있어 건조 효율성이 향상됩니다.
2.6.4 유동층 건조공정의 반복성과 추적성
실제 생산에서 운영자는 각 생산 실행에 대해 장비 프로세스 매개변수를 재설정하고 수정해야 합니다. 이로 인해 동일한 장비 프로세스 매개변수를 사용하여 동일한 제품이 생산된다는 것을 보장할 수 없으므로 추적성이 손상됩니다. GMP에 따르면 장비는 생산 반복성과 추적성을 보장하기 위해 일정량의 생산 공정 매개변수를 저장해야 합니다. 각 사용자는 제품 품종 수에 따라 이를 설정합니다. 유동층 건조기는 일반적으로 50개의 생산 공정을 저장할 수 있는 능력이 필요하지만 현재 대부분의 국내 생산 장비는 이를 달성할 수 없습니다. 기능을 더욱 완벽하게 만들기 위해 PLC 제어 시스템과 기계식 액추에이터를 개선하고 확장하는 것이 좋습니다. 예를 들어, 여러 생산 프로세스를 저장하고 현장 매개변수 인쇄, 데이터 저장 및 PC에 대한 데이터 연결을 제공하려면 충분한 메모리가 제공되어야 합니다.
3. 결론
이 기사는 유동층 건조기의 작동 원리로 시작하여 공정 작동 매개변수를 기반으로 생산 공정의 일부 문제점을 요약하고 이러한 유형의 장비 개선을 위한 제안을 간략하게 제안합니다. 장비 제조업체는 의약품 생산 공정 요구 사항을 충족하고, 고급 성능 매개변수를 갖추고, 작동성이 뛰어나고, 환경 친화적이며, 에너지를 절약하고, 고급 경제 및 기술 지표를 갖춘 의약품 건조 장비를 더 많이 개발할 수 있기를 바랍니다.