《制冷原理与技术》教学及VCD下载

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干燥是最常用的单元操作，无论是在原料药生产和制剂生产中都有广泛的应用。

从传热方法分，有对流、传导、幅射等。 现有的干燥设备中，最多的是对流传热干燥，如热风干燥，热风和被干燥物接触，进行热交换、蒸发水分。代表性的设备有平行流动干燥器、通风干燥器、回转干燥器、气流干燥器、流化床干燥器、喷雾干燥设备等。实际应用时，有单用、组合用、原型变型等。气流干燥器、流化床干燥器、喷雾干燥器等都是以热风为热源，在干燥的同时，也完成了物料的搬运，特征主要是没有传动部件.
对流干燥过程的节能、闪蒸干燥干燥器的排气粉尘及恶臭处理等问题，在风量大时，末必有利。另外，热风干燥器的排气也损失很多的显热，而排气量一大，就需要添置排气处理设备。直接火焰干燥时，可以使用高温进行干燥，可以大幅度循环，以进行高湿度干燥。热风间接加热方法，可以用睬湿再循环干燥与传导传热并用。高温时，也可以用过热蒸汽，以减少排汽量。传导传热中，热量由夹套、搅拌、传热管等供给干燥物料，用热媒而不用热风 代表性的设备是槽型的圆筒。圆锥搅拌干燥器、夹套和或内置加热管回转干燥器，鼓式干燥器，耙式干燥器，真空带式干燥器、真空冷冻干燥器等 在热风干燥中，恒建干燥时期的温度相当于湿球温度。与空气不接触的传导传热干燥中，加热温度必须在饱和温度以上时，理论上温度相当于饱和温度 例如，加热温度为120℃时，在常压下，干燥温度为100℃ ．有效温度差为20 C减压下，饱和温度在带式干燥机温度以下，与热风的温差较大 但是，在减速干燥期间，干燥温度和热风干燥一样，随着干燥过程的进行，加热温度接近干燥温度。热风干燥中,物料在热风中分散，传热面就在物料表面。而在传导传热干燥中．需要人为地创造加热面，使传热面积小而传热系数增加 这样，结构就比较复杂，设备投资比热风干燥大。在工程放大申，由于混台特性和干燥特性的差异，小试设备和工业化装置之间有
很大差异，所以如何从小型试验装置预测工业化装置的干燥特征十分重要。幅射传热干燥是依靠加热板的热幅射能量干燥物料的过程。这类装置的关键是幅射能强的幅射加热板和选择物料容易吸收的波长。相当一段时期，都是用3 以下的近红外波段，但近年来，改为用有机物吸收能较高的远红外f大于4 m)陶瓷加热板。远红外加热表面吸收较好，所以作为涂膜的干燥效果较好。实验表明，离表面mm之内的物料可 吸收大部分远红外能，再厚就很难做到均匀的传热。微波近年来也得到了越来越多的应用，它是把微波作为电磁渡直接进人导电体内，使物料中的极性分子和极性基团振动和回转，经分子间的内部摩擦，在内部产生热量，达到干媒的目的。这是由电能转变为热能的过程，热效率可达到60～70 。纯粹用微波干燥．运转成本很高，但在减速干燥期间，当水分很难用热风干燥和传导传热除去时，微波干燥可 作为辅助手段提高干燥速度。在冷冻干燥中，残留的冰也可以用微波干燥法除去。下面将对闪蒸干燥机干燥设备的选定及有关设计方面的考虑作一简单的论述。
l 干燥设备的选定
干燥可以分为两大类，一类要求干燥 结束后，仍保持原料的原形，如很多食品类的干燥，建筑材料的干燥等。另一类是把液
体、泥状、块状、粉状物料干燥后，成为粉状或颗粒状的产品，有的干燥过程，特别是药品的干燥，希望不破坏原来的晶形。药品生产中，还常用到液体和粉状物经干燥后，达到一定粒径的颗粒。
2 被干燥物料的特性
干燥装置的选择应根据物料性质和工艺要求 主要是考虑到：
(1)干燥成品的形状要求(包括粒径、松密度、溶解性、流动性等)
(2)工艺要求的水份变化范围、运输方法、成形性、定量性(含量)。
(3)耐热特性，物料的允许温度含水率限制、加热温度(物料热稳定性)和干燥温度的关系，物料在高温区停留时间。
(4)粘着性、凝聚性、静电特征等应在选择设备时预先估计到。
(5)安全性和环保性，溶剂回收等。
(6)其他工艺上的考虑。
3 处理量和运转时间
在决定设备形式和操作方式(间歇或连续操作)时，应考虑处理量的大小。例如，步量多品种的材料干燥处理时，应选择容易进行多种切换的设备，医药干燥设备应易于清洗和清场。现在GMP特别强调CIP现地清洁)。根据小试结果放大时。单位加热面积的物料量对同一机种大多是一致的，但夹套加热时，加热面积和直径是平方关系，容积和直径为三跃方关系，所以，冷库干燥物料增加，干燥所需的时间，随着直径的增大而增加。有的物料加热时间长时，容易造成不稳定性，这种情况在设计时应特别注意。
4 实验与放大
设计前应研究被干燥物料在干燥前后的状态及干燥过程中的状态变化。粒子的凝集性虽然很难预见．但百r以由小型干燥器的实验来预测。以粘附性为例，可以由小型设备中了解到其粘附特性，是否在湿料时容易粘附，还是出料时容易粘附，是在粒子成长过程中的粘附，还是停止成长后发生粘附，设备壁材质与粘附的关系等等。由小型实验机可以了解到能否达到完成工艺要求的目的，物料在干燥过程中的注意事项，能否控制物料干燥后的水份变化，干燥时间的推算。放大过程中需要考虑的因素很多，如搅拌的设备转速变化对干燥过程的影响，是采用平面放大好还是立体相似的。处理量和装置最佳容量的关系等，在设
计时，也应予考虑。

干燥器的进料和出料也有很多技术问题，很多方面还是要凭借丰富的实践经验。
5 组合干燥器
组合式干燥器使用也越来越广泛，如空心桨叶干燥机和振动流化床干燥器的组合，耙式干燥式和振动流化床干燥器相结合，回转搅拌干燥器、传导搅拌干燥器、气流干燥器和流化床干燥器相组合。组合的目的是获得较低的水份，如单用喷雾干燥可以获得1～3 水份含量的产品，如要求水份含量在0．3 以下，排气温度往往需120"C以上，热能的损失很大。同样，如进一步要求，水份含量低于0．1 ，则排气温度要求在130~C以上。为了节省热能，在设计上，一般用9O℃排气温度的喷雾干燥器，使水分达到2 ，热回收后的6O℃热风可以用于搭接的卧式沸腾床的干燥，最终水分含量可以达到0．1 以上，而热能可以节约20 。

现在工艺设计中，往往把喷雾干燥机和其他工艺设备联结在一起，其特点是(1)比较符合GMP要求，可以防止在出料、加料过程中污染和异物。(2)损失热量较少，r3)设计和安装比较紧凑，(4)节省劳动力.但相应的缺点是：(1)结构比较复杂，(2)操作条件比较严格，(3)耗能有时比较多，(4) 洗涤比较困难，与其他工艺设备的组台有混合与干燥、过滤与干燥，干燥与造粒，干燥、造粒和包装，干燥和冷库粉碎等。

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1 概述
在现有工业规模传导加热的药品干燥机中，严格地说没有20—37℃ 能供高效使用这档干燥温度(热源温度以下简称常温)的干燥机。这给强热敏性要求的抗菌素药品和生物工程制品的干燥设备选型带来极大的困难。
常温干燥，可适应大多数强热敏性药品和生物工程制品的干燥。在这样低的常温热源温度加热下，需要较高的真空度以外，干燥饱和水蒸汽尾汽温度更低，已难用一般的冷却水而需要用5～l0℃ 冷却水进行冷却和冷凝。干燥设备的温度差也较常规蒸汽加热干燥低些，喷雾干燥设备的干燥效率也相应降低不少。这些客观条件对于干燥规模较大的工业干燥设备来说十分不利，弥补这些不利的最有效的措施是扩大加热干燥设备的加热面积。但常温干燥对于燥产品质量极严格要求的药品来说，也有它的独特的优点，它在真空无其它气体介质介人下干燥，自然比需要大量热空气对流传导加热干燥少了空气介入带来的许多不利影响，特别是热效率很低一般只有双锥真空干燥机热效率的1／3～1／2。现有作抗菌素干燥用的真空干燥箱都采用热水加热。热水加热存在进出口温度差，大幅度减小了干燥箱的干燥推动力，影响了干燥箱的喷雾干燥设备效率。由于温度差的存在，致使搁在热水加热盘管或加热平板上的料盘受热很不均匀，处于热水进口端料盘上的物料比热水出口端提前很多达到干燥，为了提高干燥箱整体干燥效率，不得不在干燥中途打开箱门，将进口端和出口端上面的料盘对调而大搬家，然后再继续进行真空干燥。受热水进出口温度差的影响而作如此手工劳动大动作，肯定会增加对药品质量的污染。盛抗菌素原料药和卸干燥抗菌素的料盘离不开手工操作，操作污染性难免，特别是卸干燥产品时粉尘飞扬既有害操作环境又影响操作人员的健康。无论从提高药品质量或保护操作人员健康，料盘式的药品真空干燥箱的缺点客观存在，应想方设法予以淘汰。
双锥真空干燥机虽然在冷库操作上可实现机械化进出料，动态旋转干燥操作可避免热水加热温差产生一的干燥不均匀，但进出口温度差还是降低了干燥机的干燥效率。由于 Im3双锥真空干燥机的F(m ) ／V (m )值随容积扩大而大幅度减小，致使大型双锥真空干燥机的干燥效率很低，干燥需要很长的时间。强热敏性产品既怕高的温度，又怕长的干燥停留时间。由于现有 Im3双锥真空干燥机的F／V值很小，又采用热水加热，所以采用双锥真空干燥机干燥抗菌素等热敏性药品的效果很差。为了提高抗菌
素干燥质量，当希望进一步降低热水的加热温度时(如采用20％ ～37℃ )，则双锥真空干燥机的干燥效率更不如人意。真空干燥箱和双锥真空干燥机存在上述问题，给药品抗菌素低温冷库干燥带来殊多不利，特别是干燥温度较高方面，故抗菌素干燥不得不去寻求其它干燥温度更低的干燥技术和设备。在多年前曾听到有的药厂抗菌素原料药采用冻干干燥的方法。对于冻干的干燥温度肯定低于真空干燥箱和双锥真空干燥机，自然有利于提高抗菌素的质量，但想到冻千干燥原料药又会重蹈料盘式干燥的覆辙。料盘盛料和卸干燥产品离不开手工操作，繁重的手工操作劳动会增添污染药品的机会。于是想到像抗菌素干燥采用冻干干燥是否是最佳化的问题，此问题长期在我的脑海中盘旋。
2 抗菌素干燥采用冻干干燥的利弊得失
冻干干燥温度低于常温的优点应予肯定，但冻干机干燥抗菌素原料药时离不开料盘，与常规真空干燥箱一样存在繁重手工操作劳动带来的操作性污染机会，对抗菌素药品质量十分有害，可能相当程度上抵消了降低干燥温度所带来的益处。冻干干燥也是依靠传导传热方法进行干燥，虽然冻干机的加热板十分平整，但料盘的底面平整度远远比加热板差，导热效果不会很理想。在升华原料药中冻结的冰晶时，加热的温度差也不会大于干燥箱或双锥干燥机内的干燥温度差，所以冻干燥机的干燥速度与真空干燥箱不相上下，可能还远远比不上双锥真空干燥机。但冻干带式干燥机的设备投资和动力消耗可能十倍于真空干燥箱和双锥真空干燥机。于是在开发新型双锥 后就产生如下的问题：是否能采用常温饱和水蒸汽为热源和具有大加热面积的新型双锥真空干燥机来替代冻干干燥机?如20％ ～37~C干燥热源温度能予以认可，则新型双锥真空干燥机无论在质量、产量和干燥速度和干燥停留时间各方面都能满足强热敏性的抗菌素的干燥要求。至少在以下数方面还会远远优于冻干干燥。

(1)改料盘手工操作进出料为一次性的机械加料和密闭卸料，杜绝药品受污染的机会；
(2)干燥速度和干燥停留时间大大缩短；
(3)设备的投资可能只是冻干机的十分之一左右；
(4)干燥的能耗只有冻干干燥的l／4～1／3左右。
3 改变进料方法使不能干燥变可能
强热敏性工业干燥对像除抗菌素外，许多酶制剂的热敏性也非常高，往往蒸发和干燥温度不当而严重影响其活性。由于无经济合适的干燥技术和冷藏设备，有些酶制剂不得不以桶装液态形式销售。有的热敏性物料在干燥过程中会结成团块，如核黄素在常规双锥真空干燥机中会结成球团。干燥机必须具强有力的搅拌破碎功能，这不仅大幅度增加能耗和运转费用，而且给干燥设备结构和维持高真空度带来难度。
双锥真空干燥机只适用于不粘的松散性物料。但事在人为，观察和分析双锥真空干燥机的运转情况，振动流化床干燥的粉粒体在双锥体中不断地在进行机械式旋转流化和真空间接加热。利用双锥真空干燥机的上述操作运转条件，就可以参考常压沸腾造粒干燥的方法，将许多原本不适合双锥干燥的物料，如带粘性含水量很高的物料，甚至中药浸膏都可以雾化或挤压成细粒分散到机械流化的干燥粉粒状的本体物料中去[2】，并在高真空低温加热下进行干燥。
虽然上述干燥操作也可以在传统的双锥真空干燥机中进行，但传统双锥的加热面积很小，很难应付大量高含水率的工业化干燥要求。而新型双锥真空干燥机无论规格大小都具有很大的F／V值，≥Im3的新型双锥中的加热面积比传统双锥大2～3．5倍，
并改用冷凝给热传热效率更高，且无进出口温度差的低温饱和水蒸汽代替热水加热，赋予新型双锥真空干燥机强大高效率的干燥功能。由于新型双锥真空干燥机的造价和运转费用远远低于冻干干燥，这可为许多低附加值的工业产品降低回转窑干燥运转成本创 造条件。

4 结束语
新型双锥真空干燥机的开发为工业干燥填补了20％ ～37c《二干燥温度和高效率大型化药品干燥机的空白，避免再去求助于设备投资昂贵运转费用巨大的冻干干燥。也为大量生物工程制品如各种酶制剂提供经济高效率的干燥条件。事实上有些强热敏性产品因低温传导加热真空干燥不能满足建冷库干燥规模的需要，不得不转向利用热空气的对流加热干燥，从而增加了大量空气介质的介入导致热效率大幅度降低，因产品粉尘的回收等原因降低了产品的收得率。在有了新型双锥真空干燥机的今天，有必要从
节能、产品收率和产品的质量各方面对两种干燥技术和设备进行评估，淘汰高耗能不经济的干燥技术和设备。新型双锥真空干燥机的外形和操作仍和传统双锥真空干燥机一样，不存在操作习惯上的任何障碍，容易实施改造和推广。因此我们希望新型双锥真空干燥机为药品抗菌素和酶制剂等强热敏性工业产品干燥，提供投资低廉、产品质量好和运转能耗省的干燥技术和设备，特别是许多老厂可将既有lm3传统双锥真空干燥机进行技术改造，花很少的技术改造电动平移门费用,就能脱胎换骨改造成干燥效率很高的常温双锥真空干燥机，改造费用(包括热水改低温饱和水蒸汽)很低，可取得事半功倍的实效。我们愿意为老厂技术改造旧的 lm 传统双锥真空干燥机贡献力量。

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