I tillverkningsprocessen av fasta doseringsformer väljs ofta torktumlare med fluidiserad bädd som utrustning. Torkar med fluidiserad bädd erbjuder fördelar som utmärkt värmeöverföring, hög produktionskapacitet, jämn temperaturfördelning, olika driftlägen, justerbar materialuppehållstid, låga investeringskostnader och minimalt underhåll.
Efter mer än 30 års användning och förbättring i Kina har de visat en unik position inom torkområdet, och deras viktiga roll blir allt tydligare inom läkemedels-, kemikalie- och livsmedelsindustrin.
1. Arbetsprincip, process och egenskaper hos torktumlare med fluidiserad bädd
1.1 Arbetsprincip Torkar med fluidiserad bädd, även känd som torkning i fluidiserad bädd, använder filtrerad ren luft. Genom konvektiv värmeväxling i en värmeväxlare stiger lufttemperaturen till ett visst värde innan den går in i huvudluftfördelningskanalen. Luften fördelas sedan med ventiler in i torken med fluidiserad bädd, medan det våta materialet kommer in från mataren. På grund av lufttrycket går materialet in i ett kokande tillstånd i torktumlaren, vilket säkerställer tillräcklig kontakt mellan den varma luften och materialet, vilket förbättrar värme- och massöverföringsprocessen och främjar avdunstning och avskiljning av fukt i materialet inom kort tid. Efter torkning släpps materialet ut från utloppsporten och avgaserna släpps ut från toppen av den fluidiserade bädden. Fast pulver återvinns av en cyklondammuppsamlare och ett påsfilter innan det släpps ut i atmosfären.
1.2 Arbetsflöde: Materialet transporteras till den fluidiserade bädden via en materialvagn och tätas till bädden med en tätningsring under inverkan av en cylinderlyftmekanism. Därefter renas luft, som drivs av en inducerad dragfläkt, av ett filter, värms upp av en radiator och distribueras sedan in i den fluidiserade bädden (torkkammaren) via en luftflödesfördelningsplatta (skärm). Materialet i tratten bildar ett fluidiserat tillstånd (dvs. fluidiserad bädd) under inverkan av varm luft och omrörning. I den stora gas-fasta tvåfaskontakten avdunstar fukten (eller lösningsmedlet) inuti materialet på kort tid och förs bort med frånluften och torkar därmed materialet.
1.3 Tekniska egenskaper (1) Utmärkt värmeöverföringseffekt, relativt jämn temperatur i bädden, hög värmekapacitetskoefficient (eller volumetrisk värmeöverföringskoefficient) och stor produktionskapacitet; (2) På grund av den enhetliga temperaturfördelningen inom den fluidiserade bädden kan all lokal överhettning av produkten undvikas, vilket gör den särskilt lämplig för torkning av vissa värmekänsliga material (såsom konjak, polyakrylamid, etc.); (3) Kontinuerlig eller intermittent drift kan utföras inom samma utrustning; (4) Uppehållstiden för materialet i torktumlaren kan justeras efter behov, vilket resulterar i en stabil produktfukthalt; (5) Oberoende elskåp och PLC människa-maskin-gränssnittskontroll, integrerar alla torkningsparameterinställningar, vilket säkerställer säker och bekväm drift; (6) Färre mekaniska transmissionskomponenter i torkanordningen, vilket resulterar i låga investeringskostnader för utrustning och minimal underhållsbelastning.
2. Förslag för förbättring av torktumlare med fluidiserad bädd Efter långvarig applicering och utveckling har torkar med fluidiserad bädd sett betydande förbättringar i struktur och prestanda, och deras kvalitet förbättras ständigt. Vissa problem finns dock fortfarande. Baserat på produktionspraxis föreslås följande förbättringsförslag:
2.1 Förslag för att förbättra otillräckligt värmeutnyttjande Torkar med fluidiserad bädd är i huvudsak luftkonvektionstorkutrustning. Jämfört med ledningstorkutrustning är deras energiförbrukning verkligen högre. Med vissa åtgärder kan dock betydande energibesparingar uppnås. Förslag: (1) Förbättra utrustningens tätningseffekt. För närvarande är de flesta torkmagasin med fluidiserad bädd anslutna till utrustningens kropp med hjälp av plana flänsar, vilket resulterar i dålig tätning. Det rekommenderas att använda upphöjda flänsar i designen. Många importerade pumptorkar använder stålrör lindade med fenor för värmeväxling. Medan stålrör kan spara materialkostnader, är deras värmeväxlingseffekt dålig. Det rekommenderas att istället använda kopparrör. (2) Öka isoleringsåtgärderna. Lägg till ett isoleringsskikt på värmeväxlarens yttre skal för att minska värmeförlusten. 2.2 Förslag för förbättring av dammuppsamlingsanordningen
Grundförutsättningen för framgångsrik virvelbäddsdrift är att materialet har ett bra fluidiseringstillstånd, vilket upprätthålls av en högeffektiv filterdammuppsamlare. Filterdammuppsamlarens dammavlägsnande effektivitet bestämmer till stor del fluidiseringseffekten. För närvarande är de huvudsakliga dammborttagningsmetoderna påsskakningsdammuppsamling och pulsjetdammuppsamling.
Förslag: Använd klämanslutningar för filterpåsarna, välj styva material som inte lätt deformeras för upphängningsstängerna och inspektera och byt ut filterpåsarna regelbundet.
2.3 Förslag för förbättring av luftflödesfördelningsplattan (skärm)
Luftflödesfördelningsplattan i virvelbäddstorken har två funktioner: att stödja materialskiktet och säkerställa en jämn gasfördelning. Storleken, formen, fördelningsmönstret och öppningsförhållandet för fördelningsplattans öppningar har alla en avgörande inverkan på vätskefördelningen. Ojämn gasfördelning kan orsaka "cirkulation" i den fluidiserade bädden. I extrema fall kan detta leda till "kanalisering" i vissa områden medan andra områden förblir stillastående. I denna situation kortsluts det mesta av gasen genom vissa kanaler i bädden, vilket avsevärt försämrar kontakten mellan gas och fast material – en situation som bör undvikas. En väl utformad fördelningsplatta ska dämpa ojämnheter i bädden. Det vill säga när tryckfallet minskar och luftflödeshastigheten ökar i vissa områden av bädden, bör motståndet som genereras av fördelningsplattan kunna undertrycka ökningen av luftflödet och därigenom förhindra försämring av fluidisering.
För närvarande använder de flesta torkarna med fluidiserad bädd en enda typ av luftflödesfördelningsplatta, ofta en vertikal perforerad platta eller en vävd nätplatta. Detta leder lätt till ojämn fluidisering eller döda zoner under materialfluidisering, vilket misslyckas med att säkerställa likformigheten hos läkemedlet i partiklarna. Dessutom kan den enda perforeringsdesignen inte uppfylla produktionsprocesskraven för olika läkemedel. Å andra sidan, för att minska läkemedelsläckage, används ofta flerskiktiga nätstrukturer. Luftflödesfördelningsplattan och den fluidiserade bädden är ofta fixerade med ett flertal bultar, vilket gör demonteringen obekväm, rengöring svår och benägen att bygga upp rester som leder till korskontaminering. Rekommendation: Använd datorstödda vätskedynamikmodeller och värme- och massöverföringsmodeller för att utföra aerodynamiska och termodynamiska simuleringsberäkningar och verifieringar av parametrar som hålavstånd, håldiameter och öppet ytförhållande under designen av luftflödesfördelningsplattan, för att möta produktionsprocesskraven för olika material. När det gäller installation bör anslutningsmetoden vara löstagbar för att säkerställa snabb installation och noggrann rengöring.
2.4 Rekommendationer för att förbättra insugningsluftbehandlingen
Varmluftsintag är vanligtvis placerade i extrautrustningsrummet, installerade tillsammans med värmeanordningar och ljuddämpare. Extrautrustningsrummet och det rena området har inga direkta dörrar eller fönster. Luftrenhetsnivån i extrautrustningsrummet är ofta relativt låg, vilket kommer att påverka kvaliteten på farmaceutisk varmluft. Detta kräver att själva utrustningen har en bra reningsanordning; annars kommer orenad luft att kontaminera läkemedlen, vilket gör det svårt att uppfylla GMP-kraven.
För närvarande konfigurerar många hushållsutrustningssystem sina luftbehandlingsaggregat enligt följande: förfilter—medeleffektivt filter—ångvärme (eller elvärme)—(sub)högeffektivt filter. Även om luftbehandlingssystemet är utrustat med förfilter, medelfilter och högeffektiva filter, kan högeffektiva filter bli igensatta eller skadade med tiden. För närvarande kan behovet av ersättning endast bestämmas visuellt, utan teoretisk grund. För tidigt byte ökar kostnaderna, medan försenat utbyte riskerar att försämra luftkvaliteten och därmed påverka produktkvaliteten. Rekommendation: Lägg till differenstrycksdisplayer före och efter de högeffektiva filtren, vilket utlöser ett larm som uppmanar till byte när differenstrycket når ett visst värde.
Dessutom saknar de flesta utrustningar avfuktningsanordningar, vilket resulterar i ihållande luftavfuktningsproblem, särskilt under senvåren och sommaren när luftfuktigheten är hög. Underlåtenhet att avfukta kan avsevärt påverka materialtorkningen. Rekommendation: Lägg till avfuktningsanordningar.
Många enheter saknar ett koordinerat system mellan den inducerade dragfläkten och spjället, vilket potentiellt kan orsaka luftåterflöde mellan fläktavstängning och spjällstängning. Rekommendation: Koppla fläktens start/stopp till spjällets öppning och stängning. Spjället ska öppnas samtidigt när fläkten startar och stängas synkront när fläkten stannar för att förhindra luftåterströmning. 2.5 Förslag för att förbättra integrationen av utrustning och produktionsprocess
Ett orimligt torkprocessflöde och utrustningsdesign kan leda till betydande energiförluster. För att grundligt lösa dessa problem är en systematisk studie av produktens torkegenskaper nödvändig för att fastställa de optimala torkprocessparametrarna, såsom att studera egenskaperna hos materialet som torkas. Egenskaperna hos själva materialet är den viktigaste faktorn som påverkar torkning; materialets form, storlek, packningstjocklek, fuktbindningsmetod och kemiska egenskaper påverkar alla torkningshastigheten. Förutom ett fåtal inhemska företag saknar de flesta utrustningstillverkare förståelse för formuleringsprocessteknik och de nödvändiga förutsättningarna för att genomföra processexperiment. Deras förståelse för användningsförhållandena för olika material är också otillräcklig, vilket resulterar i otillräcklig forskning och utveckling och svårigheter att utveckla nya produkter.
2.6 Förslag för förbättring av kontrollsystemet
För närvarande är driftsparametrarna för utrustning med fluidiserad bädd i allmänhet inställda baserat på operatörens erfarenhet. Det är dock fullt möjligt att uppnå intelligent styrning och spårbarhet av processparametrar. Detta ställer högre krav på det elektriska styrsystemet för fluidiserad bäddutrustning. I elektriska styrsystem behövs en rad enheter för att detektera temperatur, luftfuktighet, tryck, differenstryck, vindhastighet, drifttid, dammkoncentration etc. och få grundläggande data. Dessa data överförs sedan och lagras på en pekskärm via sändare. Pekskärmen lagrar och analyserar data och formulerar sedan en lämplig processväg för att uppnå intelligent kontroll.
2.6.1 Temperaturkontroll
Vanliga reglermetoder för varmluftsuppvärmning använder ett enkelt "på" och "av" läge. När temperaturen når det inställda värdet stannar ångtillförseln, men värmeväxlaren har fortfarande restvärme, vilket gör att lufttemperaturen fortsätter att stiga och vice versa. Detta resulterar i alltför stora temperaturfluktuationer, vilket påverkar utrustningens torkkvalitet. Rekommendation: Bibehåll inloppsluftens temperatur genom att kontrollera ångflödet. Inledningsvis bör ångflödet vara högre för att snabbt få inloppsluftens temperatur nära det inställda värdet. Därefter bör ångflödeshastigheten justeras automatiskt för att gradvis närma sig det inställda värdet, och slutligen bör en stabil ångflödeshastighet upprätthållas för att hålla inloppsluftens temperatur stabil. 2.6.2 Luftflödeskontroll
De flesta luftflödeskontrollutrustningar använder frekvensomvandlingshastighetsreglering, men saknar luftflödesmätningselement. Under produktionen kan luftflödet endast justeras manuellt baserat på materialets fluidiseringstillstånd, vilket inte garanterar stabilt och relativt konstant luftflöde. Förändringar i materialsammansättning och filterpåsens motstånd kan påverka luftflödesstabiliteten, vilket i sin tur påverkar torkhastigheten. Rekommendation: Installera luftflödesmätelement i luftintagskanalen för automatisk styrning, automatisk justering av frekvensen baserat på luftflödesvolymen för att upprätthålla ett relativt konstant luftflöde under produktionen.
2.6.3 Online luftfuktighetsdetektering
Lägg till en online-fuktdetekteringsenhet. Detta tillåter användare att justera parametrar efter faktiska förhållanden, vilket förbättrar torkningseffektiviteten.
2.6.4 Repeterbarhet och spårbarhet av torkprocess för fluidiserad bädd
I faktisk produktion måste operatörerna återställa och ändra utrustningens processparametrar för varje produktionskörning. Detta gör det omöjligt att garantera att samma produkt produceras med samma utrustningsprocessparametrar, vilket äventyrar spårbarheten. Enligt GMP krävs utrustning för att lagra en viss mängd produktionsprocessparametrar för att säkerställa produktionens repeterbarhet och spårbarhet. Varje användare ställer in detta efter antalet produktvarianter. Torkar med fluidiserad bädd kräver i allmänhet förmågan att lagra 50 produktionsprocesser, men de flesta inhemskt producerade utrustningar kan för närvarande inte uppnå detta. Det rekommenderas att förbättra och utöka PLC-styrsystemet och mekaniska ställdon för att göra funktionerna mer kompletta. Till exempel bör tillräckligt med minne tillhandahållas för att lagra flera produktionsprocesser, vilket erbjuder parameterutskrift på plats, datalagring och dataanslutning till en PC.
3. Slutsats
Den här artikeln börjar med arbetsprincipen för torkar med fluidiserad bädd, sammanfattar några problem i produktionsprocessen baserat på processdriftsparametrar och ger kortfattat förslag för att förbättra denna typ av utrustning. Förhoppningen är att utrustningstillverkare kan utveckla mer farmaceutisk torkutrustning som uppfyller processkraven för läkemedelsproduktion, har avancerade prestandaparametrar, är mycket funktionsduglig, miljövänlig, energibesparande och har avancerade ekonomiska och tekniska indikatorer.