浅议防爆型闭式循环离心喷雾干燥机的新技术理念

从防爆型闭式循环离心喷雾干燥机的概要着手,对其创新点所形成的新技术理念作浅析,使人们对这些新技术理念能有进一步的理解。

1.防爆型闭式循环离心喷雾干燥机的概要

考察一个离心喷雾干燥机不能从单一主机出发,而是要考察其组成的系统,同时对闭式循环概念来说,更是一个系统概念,即无系统就不能形成闭式,因而本文是从系统角度对其分析的。

1.1防爆型闭式循环离心喷雾干燥机系统的组成

一步公司防爆型闭式循环离心喷雾干燥机系统(图1)由离心喷雾干燥机主机、带空气过滤器的加热器、鼓风机、水气分离器、大小冷却塔、喷淋塔、排风机、一级旋风分离器、二级旋风分离器、泵、测氧仪以及管路与控制阀等组成。

2.2防爆型闭式循环离心喷雾干燥机系统工作原理

首先，在干燥塔体内充入被加热的氮气，被干燥的液态物料经输液泵输送至离心喷头处，液态物料被高速旋转的离心雾化器雾化成细小液滴,液滴在干燥塔内与热氮气进行充分的热交换，物料中的液态部分被瞬间蒸发，固态部分形成的粉状物料沉于塔底，最后干燥的粉状物料从塔底排出。其中，被蒸发的有机溶剂气体在风机的作用下，通过旋风分离器、喷淋塔等装置把附着在气体中的粉尘进行除尘处理，再经冷凝器把除尘后饱和有机溶剂气体冷凝成液体排出冷凝器。期间，作为干燥介质的惰性气体被连续加热后作为干燥载体在系统内重新循环使用。

防爆型闭式循环离心喷雾干燥系统是在密闭的环境下工作，干燥介质为氮气之类的惰性气体，干燥塔内为正压操作,若内部压力下降,压力变送器就能自动控制氮气进入量，以保证系统压力平衡。由于,采用氮气作为循环载体,对干燥的物料具有保护作用,氮气之类的循环载体起着载湿、去湿和循环传递的作用，其载体介质可重复使用。然而，常规的普通的离心喷雾干燥是通过不断的送风、排风达到排湿的目的,其塔内控制为负压操作,这也是防爆型闭式离心喷雾干燥系统与普通离心喷雾干燥系统的明显区别。因此，防爆型闭式循环离心喷雾干燥系统特别适用于对有机溶剂的物料干燥、有害气体的物料以及干燥过程中易发生氧化等物料的干燥。

2.防爆型闭式循环离心喷雾干燥机系统创新点所形成新技术理念

2.1把闭式循环系统运用于防爆型离心喷雾干燥机上,且在制药工业应用属国内运用

根据各方对此产品的查新报告可知：(1)国内有生产开式离心喷雾干燥机产品，但其传热和换热介质为热空气，无法实施对有机溶剂等物料的干燥；(2)国内有闭式循环喷雾干燥的研究，并采用惰性气体环境取代通常的空气环境来进行喷雾干燥、回收溶剂，但该研究均为非离心式结构，且其只应用于精细化工产品。

而一步公司防爆型闭式循环离心喷雾干燥机系统所采用氮气之类惰性气体闭式循环的喷雾干燥机，其喷雾的雾化形式为离心式,利用加热滤净的氮气在正压闭路干燥系统中循环，与液体物料起看传热与传质作用,完成物料的干燥与溶媒的脱除,并采用冷凝分离技术进行有机溶媒的回收，并经喷淋处理与气液分离技术对溶剂回收后的气体中微量溶剂进行两次回收，使氮气进入新一轮循环。因此,该系统防爆安全性高，物料回收率也高,产品残余溶剂含量很低，非常适宜在原料药生产中应用。然而，一步公司防爆型闭式循环离心喷雾干燥系统成功地在江苏扬子江药业有限公司等公司生产中使用，跳出了原闭式循环喷雾干燥只能在精细化工中应用的局限，且雾化采用了既经典又创新的变频离心喷雾技术，从这一层面而言，其是对离心喷雾干燥技术应用的开拓,属国内贡献较大，也是本文所述新技术理念。

2.1.1把离心喷雾与变频技术应用在闭式循环喷雾干燥系统中,达到节能、保质和实用的目的

在喷雾干燥中，物料雾化形式有压力式喷雾、气流式喷雾和离心式喷雾三类。对压力式或气流式喷雾而言，其物料雾化器为喷枪或喷嘴，配置1~4个喷枪或喷嘴。其中，压力式雾化所需的压力为10MPa~12MPa，压力将由高压泵来提供，动力消耗较大；气流式喷雾雾化是以压缩空气而产生，压缩空气耗量为4m3/min~8m3/min，要消耗大量的压缩空气而产生能耗。由此可见,这二种雾化形式有着能耗大的一面。

而离心式喷雾的物料雾化是利用高速转盘中受离心力作用从盘边缘甩出而致，当液处注入盘面时，液体受到二种力作用，一是离心力和重力作用下得到加速而分裂雾化；二是液体和周围空气同时接触面处，存在摩擦力促使形成雾滴，前者为离心雾化，后者为速度雾化，实际上这二者是同时存在的，正是离心式雾化器上述的特点，才能有效确保液滴的均匀而达到喷雾的均匀性，这一特点能满足原料药产品有良好的均匀度、流动性和溶解性等要求。同时,其雾化转盘仅靠电力为动力,同上述二种雾化形式相比动力消耗相对低。但是，传统离心式雾化器在启动与停止运转时,会产生压力的波动现象(即启动时压力由小增大,停机时压力由大变小),压力的不稳定性会影响物料雾化效果,压力不足会造成雾化后的液料呈水柱状,由此造成物料浪费或产品不合格。一步公司防爆型闭式循环离心喷雾干燥机正视这一问题,采用变频调速的离心转盘,有效地克服上述压力波动所产生的不足,确保了产品的质量,其离心的旋转速度在10000rpm-25000rpm之间变频可调,也可根据物料所需的颗粒度(120目-400目)对雾化器转速进行调节。

2.2.2闭路循环技术解决了离心喷雾干燥机在含有机溶剂、有毒害气体及易氧化物料生产的应用

由于氮气之类惰性气体具有防爆、阻燃以及抗氧化的性能,把氮气作为传质与传递的载体,并使整个离心喷雾干燥系统处于闭路循环,此技术理念能解决以往制药原料药生产中所常遇见的几个问题:

(1)能解决原料药生产中含有机溶媒物料干燥难的问题,一般有机溶媒会呈易燃易爆的特性,此技术的应用能使物料能在密闭的干燥系统中循环,可避免有机溶媒气体与外界氧空气的接触,确保了安全生产;

(2)能解决原料药生产中易氧化物料干燥难的问题,此技术利用氮气的抗氧化性,物料在闭路循环系统抗氧化性的环境中干燥与输送,起着与氧隔绝的目的,确保了易氧化物料干燥生产的质量;

(3)能解决有些原料药生产中有害气体污染问题,有些物料或溶媒气化时会产生有害气体,用此技术将使这些产生的有害气体密闭在系统之中,并在后道工序收集,可减少环境污染,有利于环境保护。

2.2.3应用了喷淋与溶剂回收技术,达到提高收率、节能与环保效应

与传统开式喷雾干燥系统相比,防爆型闭式循环离心喷雾干燥系统在应用闭式循环技术的同时,又将喷淋与溶剂回收技术有机地应用在其中,其应对的是人们zui关注的提高收率、节能与环保理念,也是其技术应用于制药工业生产所实用性的一面。这二技术是对经固气分离后的湿热载体进行喷淋洗涤,进一步收集附着在湿热载体中的细微物料,以提高物料收率。同时,也为下一道冷凝溶剂回收工序也起着洗涤作用,提高回收溶剂的纯度(溶剂有效成分达99.9%),以利回收溶剂重新利用,达到节约能源的目的。此外,这二技术也能对易挥发溶剂进行回收利用,达到了环保目的。

2.2压差自动变送与在线氧气检测技术的应用,使系统更安全、产品质量更有保证

2.2.1压差自动变送技术的新理念

传统开式喷雾干燥系统为负压操作,一步公司在原研发的防爆型喷雾干燥机带安全泄爆装置的基础上,把防爆型闭式循环离心喷雾干燥系统设计为正压惰性气体循环,并运用了压差自动变送技术,这种技术应用在此系统中国内很少。防爆型闭式循环离心喷雾干燥系统工作压力0.1MPa,有着常压操作的特点,一则容器和管路本身具有较高安全系数;二则正压能更好控制系统的氮气之类惰性气体的运行。压差自动变送技术能保证:当系统干燥所耗氮气压力低于0.1MPa工作压力时,氮气充气阀即会自动打开并充气;当压力达到0.1MPa工作压力时,氮气充气阀会自动闭合,生产更安全。同时,干燥塔本身就置有防爆膜等的泄爆装置,当系统压力升至0.2MPa时,防爆膜即会自动打开泄压,确保设备安全。这二种技术的组合,即使干燥生产中有粉体摩擦积累或气体气化膨胀而产生静电而导致系统内压力升高时,这二种技术也能有效消除超压或爆炸的隐患,进一步确保设备和生产安全。

2.2.2在线氧气检测技术的新理念

系统应用了在线氧气检测技术,这是国内其它喷雾干燥系统所没有的,其目的有二:一是防止喷雾干燥系统发生机体故障而产生泄漏点,能进一步确保安全生产;二是防止漏点渗氧而影响氮气的纯度,以确保产品不被氧化,以保证产品的质量。在防爆型闭式循环离心喷雾干燥系统设置了氧气在线检测,在线氧气检测装置可把系统氧气残留量设定值为10ppm,当系统的氧气量超过设定值时会发出声光报警,并自动切断电源,以示系统内存在泄漏,即可采取有效措施采应用。

2.3智能化自动控制技术的应用,对传统离心喷雾干燥设备进行了升级

在国内众多离心喷雾设备上能实施PLC智能控制的产品很少,以至国内此类产品总体还停留在中低级阶段水平,而智能化自动控制技术是产品升级上的基础手段,也是应用性新技术理念的内含之一。一步公司在研发此产品时,在防爆型闭式循环离心喷雾干燥系统采用PLC 编程操作控制,能动态显示整个工艺流程和工艺参数,能菜单式选定工艺参数或按工艺要求设定参数,各工艺参数也能储存与打印。该产品在具有在线温度测试与自动调节控制的同时,能达到超温、超氧互锁报警。这些智能化控制技术恰当地凸显了现代化设备标志,也体现了cGMP所要求的可说明性与可追溯性的内含。因此,这点是此类设备应用于制药工业生产的特殊之处所在,将有利于提高药品现代化生产管理。

2.4创新的机械密封无泄露技术,有效地解决了此类系统的泄漏问题

在国内喷雾干燥系统中要解决泄漏是个难题,能有效应对此问题的厂商不多。而对防爆型闭式循环离心喷雾干燥系统来说,达到无泄漏是关键所在,为了达到安全生产,干燥系统无泄漏尤为重要。为此,一步公司在法兰、管道连接处采用高精度机械密封技术,所采用的连接法兰除采用磨削加工工艺外,同时采用传统的刮、磨工艺,确保法兰接触面的贴合程度达

95%以上。其中,自创了法兰焊接工艺,使法兰焊接不变形,焊后平行度达到100%,通过高精度加工工艺的总装,有效地确保整个干燥系统无泄漏。

3.结论

本文从防爆型闭式循环离心喷雾干燥机的概要入手,笔者只从理论的角度对一步公司防爆型闭式循环离心喷雾干燥系统的创新点所形成新技术理念进行探讨性叙述,目的是推进新产品新技术在国内制药装备行业的兴起,使国内制药装备能早日立足。另外,笔者对其探讨性叙述还是肤浅的,人们还应进一步的调研与考察。

此设备对原料药、中草药提取液、天然药物浓缩和生物制品含有机溶剂物料的制粒干燥,以及对物料中的有机溶剂的回收等生产过程有着积极意义,其集防爆、安全、环保与节能新理念于一体,使传统离心喷雾干燥机换发出新的生命力。

通过本文的撰写,笔者对防爆型闭式循环离心喷雾干燥机的新技术理论得到以下结论:

把闭式循环系统运用于防爆型离心喷雾干燥机上,且在制药工业应用属国内*;

压差自动变送与在线氧气检测技术的应用,使系统更安全、产品质量更有保证;

智能化自动控制技术的应用,对传统离心喷雾干燥设备进行了升级;

创新了机械密封无泄露技术,有效地解决了此类系统的泄漏问题。