Bij het productieproces van vaste doseringsvormen worden wervelbeddrogers vaak gekozen als apparatuur. Wervelbeddrogers bieden voordelen zoals uitstekende warmteoverdracht, hoge productiecapaciteit, uniforme temperatuurverdeling, diverse bedrijfsmodi, instelbare materiaalverblijftijd, lage investeringskosten en minimaal onderhoud.
Na meer dan 30 jaar gebruik en verbetering in China hebben ze een unieke positie op het gebied van drogen bewezen, en hun belangrijke rol wordt steeds duidelijker in de farmaceutische, chemische en voedingsmiddelenindustrie.
1. Werkingsprincipe, proces en kenmerken van wervelbeddrogers
1.1 Werkingsprincipe Wervelbeddrogers, ook wel wervelbeddroging genoemd, maken gebruik van gefilterde schone lucht. Door convectieve warmte-uitwisseling in een warmtewisselaar stijgt de luchttemperatuur tot een bepaalde waarde voordat deze het hoofdluchtverdeelkanaal binnengaat. De lucht wordt vervolgens door kleppen in de wervelbeddroger verdeeld, terwijl het natte materiaal uit de feeder binnenkomt. Door de luchtdruk komt het materiaal in de droger in kooktoestand, waardoor voldoende contact tussen de hete lucht en het materiaal wordt gegarandeerd, het warmte- en massaoverdrachtsproces wordt verbeterd en de verdamping en scheiding van vocht in het materiaal binnen korte tijd wordt bevorderd. Na het drogen wordt het materiaal uit de afvoerpoort afgevoerd en wordt het uitlaatgas via de bovenkant van het gefluïdiseerde bed afgevoerd. Vast poeder wordt teruggewonnen door een cycloonstofafscheider en een zakkenfilter voordat het in de atmosfeer wordt geloosd.
1.2 Werkstroom: Het materiaal wordt via een materiaalwagen naar het wervelbed getransporteerd en door een afdichtingsring onder invloed van een cilinderhefmechanisme aan het bed afgedicht. Vervolgens wordt de lucht, aangedreven door een ventilator met geïnduceerde trek, gezuiverd door een filter, verwarmd door een radiator en vervolgens via een luchtstroomverdeelplaat (scherm) in het wervelbed (droogkamer) verdeeld. Het materiaal in de trechter vormt een gefluïdiseerde toestand (dwz een gefluïdiseerd bed) onder invloed van hete lucht en roeren. Bij het gas-vaste tweefasencontact met groot oppervlak verdampt het vocht (of oplosmiddel) in het materiaal in korte tijd en wordt het met de afgevoerde lucht afgevoerd, waardoor het materiaal droogt.
1.3 Technische kenmerken (1) Uitstekend warmteoverdrachtseffect, relatief uniforme temperatuur in het bed, hoge warmtecapaciteitscoëfficiënt (of volumetrische warmteoverdrachtscoëfficiënt) en grote productiecapaciteit; (2) Door de uniforme temperatuurverdeling binnen het gefluïdiseerde bed kan elke lokale oververhitting van het product worden vermeden, waardoor het bijzonder geschikt is voor het drogen van bepaalde warmtegevoelige materialen (zoals konjac, polyacrylamide, enz.); (3) Continue of intermitterende werking kan binnen dezelfde apparatuur worden uitgevoerd; (4) De verblijftijd van het materiaal in de droger kan indien nodig worden aangepast, wat resulteert in een stabiel productvochtgehalte; (5) Onafhankelijke elektrische kast en PLC mens-machine-interfacebesturing, waarbij alle droogparameterinstellingen zijn geïntegreerd, waardoor een veilige en gemakkelijke bediening wordt gegarandeerd; (6) Minder mechanische transmissiecomponenten in het droogapparaat, wat resulteert in lage investeringskosten voor apparatuur en minimale onderhoudswerklast.
2. Suggesties voor het verbeteren van wervelbeddrogers Na langdurige toepassing en ontwikkeling hebben wervelbeddrogers aanzienlijke verbeteringen in structuur en prestaties gezien, en hun kwaliteit verbetert voortdurend. Er bestaan echter nog steeds enkele problemen. Op basis van de productiepraktijk worden de volgende suggesties voor verbetering voorgesteld:
2.1 Suggesties voor het verbeteren van onvoldoende warmtegebruik Wervelbeddrogers zijn in wezen droogapparatuur met luchtconvectie. Vergeleken met geleidingsdroogapparatuur is hun energieverbruik inderdaad hoger. Met bepaalde maatregelen kunnen echter aanzienlijke energiebesparingen worden bereikt. Suggesties: (1) Verbeter het afdichtende effect van de apparatuur. Momenteel zijn de meeste droogtrechters met wervelbed verbonden met de behuizing van de apparatuur met behulp van platte flenzen, wat resulteert in een slechte afdichting. Het wordt aanbevolen om in het ontwerp verhoogde vlakflenzen te gebruiken. Veel geïmporteerde pompdrogers gebruiken stalen buizen die met vinnen zijn omwikkeld voor warmte-uitwisseling. Hoewel stalen buizen materiaalkosten kunnen besparen, is hun warmtewisselingseffect slecht. Het wordt aanbevolen om in plaats daarvan koperen leidingen te gebruiken. (2) Verhoog de isolatiemaatregelen. Voeg een isolatielaag toe aan de buitenmantel van de warmtewisselaar om warmteverlies te verminderen. 2.2 Suggesties voor het verbeteren van het stofopvangapparaat
De basisvoorwaarde voor een succesvol wervelbedbedrijf is dat het materiaal een goede fluïdisatietoestand heeft, die in stand wordt gehouden door een hoogefficiënte filterstofafscheider. De stofverwijderingsefficiëntie van de filterstofafscheider bepaalt grotendeels het fluïdisatie-effect. Momenteel zijn de belangrijkste methoden voor stofverwijdering het verzamelen van stof met zakken en het verzamelen van stof met pulsstralen.
Suggestie: Gebruik klemverbindingen voor de filterzakken, kies voor de ophangstangen stevige materialen die niet gemakkelijk vervormen en inspecteer en vervang de filterzakken regelmatig.
2.3 Suggesties voor het verbeteren van de luchtstroomverdeelplaat (scherm)
De luchtstroomverdeelplaat in de wervelbeddroger heeft twee functies: het ondersteunen van de materiaallaag en het zorgen voor een uniforme gasverdeling. De grootte, vorm, distributiepatroon en openingsverhouding van de distributieplaatopeningen hebben allemaal een cruciale invloed op de vloeistofverdeling. Een ongelijkmatige gasverdeling kan "circulatie" binnen het gefluïdiseerde bed veroorzaken. In extreme gevallen kan dit in sommige gebieden leiden tot ‘channeling’, terwijl andere gebieden stagneren. In deze situatie ontstaat er kortsluiting in het grootste deel van het gas via bepaalde kanalen in het bed, waardoor het contact tussen gas en vaste stof aanzienlijk wordt verslechterd – een situatie die moet worden vermeden. Een goed ontworpen verdeelplaat moet oneffenheden binnen het bed onderdrukken. Dat wil zeggen dat wanneer de drukval afneemt en de luchtstroomsnelheid in bepaalde delen van het bed toeneemt, de door de verdeelplaat gegenereerde weerstand de toename in de luchtstroom moet kunnen onderdrukken, waardoor de verslechtering van de fluïdisatie wordt voorkomen.
Momenteel gebruiken de meeste wervelbeddrogers één type luchtstroomverdeelplaat, vaak een verticale geperforeerde plaat of een plaat van geweven gaas. Dit leidt gemakkelijk tot ongelijkmatige fluïdisatie of dode zones tijdens materiaalfluïdisatie, waardoor de uniformiteit van het medicijn binnen de deeltjes niet kan worden gegarandeerd. Bovendien kan het ontwerp met enkele perforatie niet voldoen aan de vereisten van het productieproces van verschillende medicijnen. Aan de andere kant worden, om het lekken van medicijnen te verminderen, gewoonlijk meerlaagse gaasstructuren gebruikt. De luchtstroomverdeelplaat en het wervelbed zijn vaak met talloze bouten bevestigd, waardoor demontage lastig is, het schoonmaken moeilijk en de kans groot is dat er zich resten ophopen, wat tot kruisbesmetting kan leiden. Aanbeveling: Gebruik computerondersteunde vloeistofdynamicamodellen en warmte- en massaoverdrachtsmodellen om aërodynamische en thermodynamische simulatieberekeningen en verificaties uit te voeren op parameters zoals gatafstand, gatdiameter en open gebiedsverhouding tijdens het ontwerp van de luchtstroomverdeelplaat, om te voldoen aan de vereisten van het productieproces van verschillende materialen. Wat de installatie betreft, moet de verbindingsmethode afneembaar zijn om een snelle installatie en grondige reiniging te garanderen.
2.4 Aanbevelingen voor het verbeteren van de inlaatluchtbehandeling
De warmeluchtinlaten bevinden zich doorgaans in de ruimte voor hulpapparatuur en worden samen met verwarmingsapparaten en geluiddempers geïnstalleerd. De ruimte voor hulpapparatuur en de schone ruimte hebben geen directe deuren of ramen. Het luchtzuiverheidsniveau in de ruimte voor hulpapparatuur is vaak relatief laag, wat de kwaliteit van de farmaceutische hete lucht zal beïnvloeden. Dit vereist dat de apparatuur zelf over een goed zuiveringsapparaat beschikt; anders zal ongezuiverde lucht de medicijnen verontreinigen, waardoor het moeilijk wordt om aan de GMP-vereisten te voldoen.
Momenteel configureren veel huishoudelijke apparatuursystemen hun luchtbehandelingsunits als volgt: voorfilter – filter met gemiddeld rendement – stoomverwarming (of elektrische verwarming) – (sub)hoogrendementfilter. Hoewel het luchtbehandelingssysteem is uitgerust met voorfilters, mediumfilters en hoogrendementfilters, kunnen de hoogrendementfilters na verloop van tijd verstopt raken of beschadigd raken. Momenteel kan de noodzaak voor vervanging alleen visueel worden vastgesteld, waarbij een theoretische basis ontbreekt. Voortijdige vervanging verhoogt de kosten, terwijl uitgestelde vervanging het risico met zich meebrengt dat de luchtkwaliteit verslechtert, waardoor de productkwaliteit wordt aangetast. Aanbeveling: Voeg verschildrukdisplays toe voor en na de hoogefficiënte filters, waardoor een alarm wordt geactiveerd om vervanging aan te moedigen wanneer het drukverschil een bepaalde waarde bereikt.
Bovendien beschikt de meeste apparatuur niet over ontvochtigingsapparatuur, wat resulteert in aanhoudende problemen met de luchtontvochtiging, vooral in het late voorjaar en de zomer, wanneer de luchtvochtigheid hoog is. Het niet ontvochtigen kan de droging van het materiaal aanzienlijk beïnvloeden. Aanbeveling: Voeg ontvochtigingsapparaten toe.
Bij veel apparaten ontbreekt een gecoördineerd systeem tussen de ventilator met geïnduceerde trek en de klep, waardoor er mogelijk luchtterugstroom ontstaat tussen het uitschakelen van de ventilator en het sluiten van de klep. Aanbeveling: Koppel het starten/stoppen van de ventilator aan het openen en sluiten van de klep. De klep moet gelijktijdig openen wanneer de ventilator start en synchroon sluiten wanneer de ventilator stopt om terugstroming van lucht te voorkomen. 2.5 Suggesties voor het verbeteren van de integratie van apparatuur en productieproces
Een onredelijke droogprocesstroom en een onredelijk ontwerp van de apparatuur kunnen tot aanzienlijke energieverliezen leiden. Om deze problemen grondig op te lossen, is een systematische studie van de droogeigenschappen van het product noodzakelijk om de optimale droogprocesparameters te bepalen, zoals het bestuderen van de eigenschappen van het materiaal dat wordt gedroogd. De eigenschappen van het materiaal zelf zijn de belangrijkste factor die het drogen beïnvloedt; De vorm, grootte, pakkingdikte, vochtbindende methode en chemische eigenschappen van het materiaal hebben allemaal invloed op de droogsnelheid. Met uitzondering van enkele binnenlandse bedrijven, hebben de meeste fabrikanten van apparatuur geen inzicht in de formuleringsprocestechnologie en de noodzakelijke voorwaarden voor het uitvoeren van procesexperimenten. Hun begrip van de gebruiksomstandigheden van verschillende materialen is ook onvoldoende, wat resulteert in onvoldoende onderzoek en ontwikkeling en problemen bij het ontwikkelen van nieuwe producten.
2.6 Suggesties voor het verbeteren van het besturingssysteem
Momenteel worden de bedrijfsparameters van wervelbedapparatuur doorgaans ingesteld op basis van de ervaring van de operator. Het is echter heel goed mogelijk om intelligente controle en traceerbaarheid van procesparameters te realiseren. Dit stelt hogere eisen aan het elektrische regelsysteem van wervelbedapparatuur. In elektrische regelsystemen is een reeks apparaten nodig om temperatuur, vochtigheid, druk, drukverschil, windsnelheid, bedrijfstijd, stofconcentratie, enz. te detecteren en basisgegevens te verkrijgen. Deze gegevens worden vervolgens via zenders verzonden en opgeslagen op een touchscreen. Het touchscreen slaat de gegevens op, analyseert deze en formuleert vervolgens een passend procestraject om tot intelligente besturing te komen.
2.6.1 Temperatuurregeling
Gangbare regelmethoden voor heteluchtverwarming maken gebruik van een eenvoudige "aan" en "uit" modus. Wanneer de temperatuur de ingestelde waarde bereikt, stopt de stoomtoevoer, maar heeft de warmtewisselaar nog steeds restwarmte, waardoor de luchttemperatuur verder stijgt, en omgekeerd. Dit resulteert in buitensporige temperatuurschommelingen, waardoor de droogkwaliteit van de apparatuur wordt aangetast. Aanbeveling: Handhaaf de inlaatluchttemperatuur door het stoomdebiet te regelen. In eerste instantie moet het stoomdebiet hoger zijn om de inlaatluchttemperatuur snel dicht bij de ingestelde waarde te brengen. Vervolgens moet het stoomdebiet automatisch worden aangepast om geleidelijk de ingestelde waarde te benaderen, en ten slotte moet een stabiel stoomdebiet worden gehandhaafd om de temperatuur van de inlaatlucht stabiel te houden. 2.6.2 Luchtstroomregeling
De meeste luchtstroomregelapparatuur maakt gebruik van frequentieomzettingssnelheidsregeling, maar mist luchtstroommeetelementen. Tijdens de productie kan de luchtstroom alleen handmatig worden aangepast op basis van de fluïdisatietoestand van het materiaal, waardoor een stabiele en relatief constante luchtstroom niet kan worden gegarandeerd. Veranderingen in de materiaalsamenstelling en de weerstand van de filterzak kunnen de stabiliteit van de luchtstroom beïnvloeden, wat op zijn beurt de droogsnelheid beïnvloedt. Aanbeveling: Installeer luchtstroommeetelementen in het luchtinlaatkanaal voor automatische controle, waarbij de frequentie automatisch wordt aangepast op basis van het luchtstroomvolume om een relatief constante luchtstroom tijdens de productie te behouden.
2.6.3 Online vochtigheidsdetectie
Voeg een online vochtdetectieapparaat toe. Hierdoor kunnen gebruikers de parameters aanpassen aan de werkelijke omstandigheden, waardoor de droogefficiëntie wordt verbeterd.
2.6.4 Herhaalbaarheid en traceerbaarheid van het wervelbeddroogproces
Bij de daadwerkelijke productie moeten operators voor elke productierun de procesparameters van de apparatuur opnieuw instellen en wijzigen. Dit maakt het onmogelijk om te garanderen dat hetzelfde product wordt geproduceerd met dezelfde procesparameters van de apparatuur, waardoor de traceerbaarheid in gevaar komt. Volgens GMP is apparatuur vereist om een bepaalde hoeveelheid parameters van het productieproces op te slaan om de herhaalbaarheid en traceerbaarheid van de productie te garanderen. Elke gebruiker stelt dit in op basis van het aantal productvarianten. Wervelbeddrogers vereisen over het algemeen de mogelijkheid om 50 productieprocessen op te slaan, maar de meeste in eigen land geproduceerde apparatuur kan dit momenteel niet bereiken. Het wordt aanbevolen om het PLC-besturingssysteem en de mechanische actuatoren te verbeteren en uit te breiden om de functies completer te maken. Er moet bijvoorbeeld voldoende geheugen beschikbaar zijn om meerdere productieprocessen op te slaan, waarbij het ter plekke afdrukken van parameters, het opslaan van gegevens en het aansluiten van gegevens op een pc mogelijk zijn.
3. Conclusie
Dit artikel begint met het werkingsprincipe van wervelbeddrogers, vat enkele problemen in het productieproces samen op basis van procesparameters, en doet kort suggesties voor het verbeteren van dit soort apparatuur. Gehoopt wordt dat fabrikanten van apparatuur meer farmaceutische droogapparatuur kunnen ontwikkelen die voldoet aan de procesvereisten van de farmaceutische productie, geavanceerde prestatieparameters heeft, zeer goed bedienbaar is, milieuvriendelijk, energiebesparend en geavanceerde economische en technische indicatoren heeft.