流化床类设备的改进与研发

流化床类设备的改进与研发

2010-04-23 16:44:51 阅读14 评论0 字号:

1、我国正在建设节能型社会,过去的流化床类设备均属高耗能设备,请谈谈在设备研发或使用中如何实现节能?

2、从目前流化床类设备的应用而言,其总是与一个或几个技术的组合应用,请从制药生产角度谈谈流化床类设备的发展趋势或思路?

3、现流化床类设备的操作参数大多靠人为经验设定,其能否实现智能控制?同时如何在控制中做到工艺参数的可追溯性?

4、目前流化床类设备很难实现真正意义上的CIP,对此有何看法或改进建议?

5、基于生产环境动态检测的要求,在流化床类设备的进出料方式的设计上应提出哪些要求?

1、我国正在建设节能型社会,过去的流化床类设备均属高耗能设备,请谈谈在设备研发或使用中如何实现节能?

查文龙 常州一步干燥设备有限公司总经理助理

  流化床类设备从形式上来说是一种空气对流干燥,与传导型干燥设备相比,能耗确实要大一些。但如果我们采取一定的措施,对每一种流化床设备的能耗进行控制,xx可以节省能耗30%以上;若流化床设备采用内加热的方式,则可以节省能耗50%以上。通常采取以下一些措施:

  (1)如果流化床类设备采用的是蒸汽加热,首先对蒸汽进行节能降耗,传统意义上的加热方式蒸汽为全开全闭,冷凝水直接排入下水沟,而如果采用比例可调阀,蒸汽的流量可以恒定的进入,同时排出的冷凝水回流至锅炉进行循环利用,这样可节省能耗30%以上。

  (2)如果在流化床类设备内部加换热器,50%的热量与物料直接传热,不会通过热风排出,这样的话可节省能耗50%以上。

  (3)如再加之对风机采用变频技术,根据物料的不同,有些物料只需50%的风机电能耗就可实现。因此,可以使电能耗降低20%以上。一般来说,物料越湿电能耗就大一点,物料较干时电能耗就明显减少。

赵志宏 国药集团国瑞药业有限公司高级工程师

  流化床类设备是制药行业用于干燥的常规设备,属于对流式干燥类型。对流式干燥器工作机理是由热空气将热量以对流方式直接传递给湿物料,并在水分汽化的同时将水汽带走,其装置除干燥器本体外,还有风机、加热器、分离器等附属设备。流化床类设备采用流态化干燥,适合于粒径在100目以上的结晶类颗粒等物质。

  流化床类设备以下优点:(1)流体与固体颗粒充分混合,两相间传热传质系数比固定床高,可缩短时间,提高设备的生产能力;(2)设备生产强度大,可连续操作,也可间歇操作;(3)固体颗粒流态化之后具有流体的特性,故操作方便,易控制,可减轻一定的劳动强度;(4)设备简单,易于维修和制造;(5)操作安全性好。

  流化床类设备也有其不足之处:(1)一般不适应于易粘壁和结块的物料;(2)流化床不适用于密度相差较大的几种物料的流化操作;(3)不适用于对产品外形要求严格的物料;(4)流化床操作时对物料粒度有一定要求,一般颗粒直径在30 μm~6 mm。粒度太小易被气流带走,太大不易流化;(5)由于还需风机、加热器、分离器或捕尘器等附属设备,设备较笨重,占地面积较大;(6)还不具备像微波干燥那样将热量直接作用于湿物料的内部,其具有热损失小、热效率高(一般可达80%左右)的优点。流化床类设备热效率一般在40%~60%,从节能的角度来讲,还需提高热效率。

  流化床设备由于具有结构简单、易于维修、安全性好等优点,在制药、化工、食品等行业得到广泛的应用。目前,制药行业常用的流化床类干燥设备类型主要有高效沸腾干燥机、卧式沸腾干燥机、振动流化床干燥机等。我国干燥设备的制造和应用已有20余年的历史,但多年来,技术上还没有大的突破,缺乏创新能力。就流化床设备来说,其缺陷首先是能源利用率低,属于高能耗的设备。在国家大力倡导建立节约型社会的大趋势下,我国应该把生产设备能源的消耗作为一项重要的参数,并制定相关的标准。流化床类设备能源的消耗主要是风机消耗的电及加热器换热消耗的蒸汽,蒸汽的消耗在能源消耗中占有很大比例。对流化床类设备的设计和生产厂家来讲,应在技术措施上对提高流化床类设备能源利用率进行相关改进。在总结使用实践的基础上,我认为有以下3种途径可提高节能效果:

  (1)加强设备的密封效果。以往有些高效沸腾干燥器沸腾锅与设备本体结合不好,存在严重漏风现象,这样外面的冷风进入锅内,大大降低热风的温度,影响干燥效果,降低热效率;

  (2)提高加热器的换热效果。加热器做工粗糙,换热效率低,会加大蒸汽的消耗量。目前流化床类干燥设备配套的干燥器不少都采用钢管缠绕翅片进行换热,钢管虽可节约材料成本,但不如采用铜管换热效果好;

  (3)对排风进行再利用。从沸腾床中抽出的尾风,高于自然空气一定的温度,可利用一部分尾风进入加热器,减少蒸汽的损耗。

  另外,各类型的干燥设备都有自己的优点,各类型的干燥设备的组合也是节能的途径之一。如为节约用电量,在干燥初期采用流态化干燥,在干燥后期,采用微波干燥,即缩短干燥时间,又节约蒸汽用量。

王广明 牡丹江天裕医药有限公司高级工程师

  流化床类设备的能量消耗应从两方面考虑:一是电能消耗;二是热能消耗。

  {dy}电能方面,电能消耗主要来自风机,目前大功率的风机节能的方法主要采用变频器控制风机,达到节能的目的。

  第二热能方面,加强管理,缩短干燥时间,提高热效率。一般可从以下几方面考虑:(1)对现有蒸汽类设备加强管理,防止介质泄露;(2)防止产品过分干燥,严格地把产品控制在要求的含水率范围内,避免造成产品的过度干燥,而增加能量消耗;(3)减少被干燥物料的初水分含量。如被干燥物料是溶液或悬浮液,可先浓缩或过滤除去大部分水分后,再进行干燥;(4)采取保温措施改善设备性能。对热交换器的外壳和输送蒸汽的管线采取保温措施,减少热能损失,减少空气消耗量,提高换热效率。

杨勇 桂龙医药有限公司生产技术部经理

  流化床设备的能耗确实是个亟待解决的问题,我国正在建设资源节约型社会,如果能在这方面有所突破和进展,对社会也是一大贡献。在实际应用中我有如下想法:流化床所用加热方式大多为蒸汽和电加热两种,一般设备都是新鲜空气由引风机从下部导入,通过滤器进入加热器,交换成热空气,热风经气流分布板进入干燥室,经负压作用形成流态化,水分快速蒸发后随排气带走,物料快速干燥,尾气经引风机直排到空气中,排风的温度一般控制在60 ℃左右。

  为此,考虑将此直排风进行回收利用,从而减少热能消耗,方法是将此排风口接入至加热器前,进行循环利用,这样做的好处在于:(1)可减少能源消耗;(2)循环风的含水量低有利于物料干燥;(3)循环风减少了利用外界新风所带来的过滤问题。

孙镇 宝利化(南京)制药有限公司工程部经理

  流化床类设备消耗的主要能源为电、蒸汽、压缩空气等,就节能而言可以从以下两方面进行考虑:

  (1)设计:满足生产工艺的条件下尽可能选配一些具有节能作用的装置,比如说电机的变频控制、用于调节蒸汽流量的比例调节阀等;进风单元应考虑保温装置,减少热量的损失;

  (2)使用:正确操作设备,尽心维护保养设备,减少故障的发生,这也是节能的一个方面。

于光荣 哈药集团生物疫苗有限公司助理工程师

  流化床类设备均属高耗能设备,在研发过程中应注意以下2点:(1)加热用蒸汽的利用率,可采用盘管方式加热,{zd0}效率使用蒸汽的热量。(2)流化干燥过程中,流化空气速度与干燥速率比是设计节能型干燥器的关键,良好的气速比不但可以降低加热能耗,还可以降低风机的运行能耗。

2、从目前流化床类设备的应用而言,其总是与一个或几个技术的组合应用,请从制药生产角度谈谈流化床类设备的发展趋势或思路?

查文龙 常州一步干燥设备有限公司总经理助理

  流化床类设备的发展情况根据所应用行业的不同而不同。对于制药行业来说,主要集中在流化床类设备如何实现在线清洗(CIP)、如何减少流化床的粉尘飞扬这两个问题上。目前在国际上非常流行的抗10×105 Pa(即10 bar)流化床设备的制造,还有一些针对有机溶剂开发的氮气循环流化床的干燥,这些技术都是制造厂家需关注的,且要不断创新,尽早地将这些新技术应用到流化床类设备中去。

赵志宏 国药集团国瑞药业有限公司高级工程师

  目前,在我国使用较为普遍的传统的流化床类设备总体上来讲设计和制造不够精细,多年来还是老面目,在技术上还没有较大的发展和突破。随着药品质量标准与国际接轨,对设备和生产环境的要求会越来越高,因此,作为流化床类干燥设备在一些技术上要有所创新,实现产品的升级换代。

  {dy},提高控制精度,实现智能化操作。

  传统的流化床设备只有简单的温度自动调节控制,一般采用温度控制器,通过调节蒸汽电磁阀调节蒸汽供给量,达到调节流化床内热风的温度。整个过程xx依靠操作工的经验进行操作,因而会产生一定的误差。从提高自动控制水平和精度上来讲,我们可以通过配置触摸屏和PLC,采用人机界面和编程控制技术,对不同的物料干燥进行摸索,可像冻干机按照冻干曲线自动冻干物料一样,设置不同的干燥曲线,对温度和干燥时间等状态参数进行控制,实现从开机到工作结束的全过程自动控制。随着对药品生产过程可追溯性要求的不断提高,还应设置温度、时间的记录打印装置。

  第二,减轻劳动强度,提高工作效率,改善生产环境。

  以往用流化床类设备进行干燥操作时,物料的传输一般是用料斗靠人工传输,劳动强度大,又有粉尘的飞扬,对动态环境的指标造成一定的影响。我们应该采用封闭的物料传送系统实现物料的传输,如采用已比较成熟的真空传送系统,可实现物料的封闭传输。

  第三,改善清场条件。

  在药厂固体制剂颗粒干燥结束后,要进行严格的清场工作。对流化床类设备清洗来说,现在基本还是人工清洗,是一项比较繁琐的工作。为提高设备的档次,还应在设备本身设置在位清洗装置。

  以上从设备的使用实践和技术角度探讨了对流化床类设备的改进意见和设想,这些都是以增加设备的投入为前提的。对一些附加值不高的品种来讲,可能还受设备成本的局限,仍要采用传统的流化床类干燥设备。但随着药品生产质量技术标准逐步与国际接轨,对药品生产的环境和设备的要求越来越高,满足药品生产的流化床类设备的生产厂家,要站在未来的高度,以创新性的思维,在设备的设计和制造上,采用综合性的技术,对设备进行更新换代,以满足不断提高的技术标准要求。

王广明 牡丹江天裕医药有限公司高级工程师

  流化床类干燥设备对不同产品有着不同的应用,归纳起来有3方面:

  (1)对散粒状物料而言,在制药工业流化床设备有单层圆筒形、多层圆筒形、振动流化床、卧式多室流化床、搅动流化床等形式,其是流态化干燥散状物料较为理想的设备。从使用情况来看,卧式多室流化床干燥机由于具有结构简单、操作方便而稳定、物料适应性广等特点,其既能获得含水均匀产品,动力消耗又少,值得推广与发展。

  (2)对细粒物料而言,喷动床干燥是一种选择,其是由床顶出料,产品在旋风分离器内收集或间歇操作床底出料。该设备结构简单、体积小、产量大、干燥强度高、床层等温性强、不发生局部过热,近年来应用于细粒物料干燥。

  (3)对溶液状或浆状物料而言,近年来在制药工业成功采用锥形流化床进行喷雾流化造粒,流化床结合喷雾技术与干燥技术,设计和操作等方面都比较成熟。近年来,喷雾流化床干燥有以下几方面进展:(1)干燥室除向大型化发展外,提高喷头雾化器性能;(2)除适合热敏性溶液喷雾干燥外,适用浆液喷雾干燥;(3)结合低温喷雾干燥技术,使干燥过程中产品温度不超过35 ℃,更好适用于热敏性溶液物料的干燥。

  流化床设备的发展方向可从以下几方面考虑:(1)流化床干燥设备向专业化、系列化和自动化方向发展;(2)改善设备内物料的流动状况,以强化和改善干燥过程;(3)增添附属装置,改善干燥的操作,扩大干燥设备的使用范围;(4)降低干燥过程中能量的消耗,提高干燥过程热效率。

于光荣 哈药集团生物疫苗有限公司助理工程师

   流化床技术涉及到传热和传质理论,其在许多生产领域中已得到广泛应用,如干燥、冷却、造粒、反应、附聚等。流化技术同时也是很好的干燥技术、筛选技术、混合技术。其工作方式是配合气流、物料的不规则运动或第二种物料的添入混合,现在在制药设备中的应用主要有流化床制粒、包衣、混合等。

  以间隙式流化床为例。随着流化床技术的发展,带搅拌的流化床干燥机得到广泛的运用。其特点:(1)床内设置搅拌,避免了死角及“沟流”现象;(2)设备结构简单,成本低,得以快速推广。缺点:间隙式操作,批处理能力低。同时,对粉尘含量高的干燥操作,过滤器阻力损失大,不能连续操作。

  以连续式流化床干燥为例。GMP改造促进了间隙式搅拌流化床的运用,但也在相当程度上将连续式流化床带入了误区,将其定位在清洗死角和交叉污染上,而几乎被遗忘。连续式流化床具有间隙式流化床无法比拟的优点:(1)连续进出料,适合大规模生产操作,同使用多台间隙式流化床相比,其无需移动料车,布局面积小;(2)动态下进料,避免了加料引起的压实、结块死角;(3)易于与制粒机、振荡筛、整粒机构成连续生产线,实现封闭操作的物流系统。

  随着GMP的深入,连续式设备会得以发展,但需要制药厂、药机工程设计人员向如下方向去深入研究:

  (1)湿粒加料,现行的压板加料伴有密封不严的现象,而星形加料未解决对粒的挤压、变形甚至粘连的问题。由此看来,开发密闭性良好的分散加料装置势在必行;

  (2)清洗死角的问题,传统的过滤角以圆弧过度,舌形多孔板代替直孔板,不积料视窗应得以贯彻;

  (3)CIP方面,在设备可扩展分离室,流化床进风系统设置CIP清洗,避免交叉污染。

3、现流化床类设备的操作参数大多靠人为经验设定,其能否实现智能控制?同时如何在控制中做到工艺参数的可追溯性?

查文龙 常州一步干燥设备有限公司总经理助理

  目前,流化床类设备的操作参数一般凭操作人员的经验设定为主,但是也xx可以实现智能化,对工艺参数也可以实现追溯性,这就对流化床类设备的电气控制提出较高要求。在电气控制系统中,需要有检测温度、湿度、压力、压差、风速、操作时间、粉尘浓度等一系列装置得到基础数据,然后通过变送器输送并存储到触摸屏中,由触摸屏对数据进行储存分析,然后制定一个合适的工艺路线,即可实现智能化控制。

王广明 牡丹江天裕医药有限公司高级工程师

  目前流化床设备的操作参数大多靠人为经验设定,要想改变这一状况,必须将计算机技术、自动控制理论和实时动态检测技术结合起来,才能实现智能控制。

  就沸腾干燥设备来说,不妨借鉴净化空调系统利用直接数字控制器控制洁净室温湿度的控制方法。控制器应该有强大的软件支持,操作者只需提供基本参数,如干燥物料的类型、目标含水率(物料的湿分)等,控制器通过实时采集物料的湿度,经过计算处理后发出控制信号,自动地调节风机的转速及蒸汽电动阀的开度,达到目标含水率的控制。

  此控制关键环节是检测物料的湿度(近似等于物料的含水率)是否在控制范围内,这决定着干燥质量的好坏。

杨勇 桂龙医药有限公司生产技术部经理

  流化床设备在中药颗粒制粒应用上较多,因为中药的制粒受到很多因素的影响,如中药粘合剂每批之间的数量、比重、粘性等不尽相同,使用的类别不同,还有工艺温度的影响等等。

  在干燥制粒过程中要根据颗粒的成型情况对喷雾速度及压力进行调整,这些变量对智能控制易产生操作的不确定性,但是实现智能控制也是中药现代化、标准化、规范化的发展趋势。在流化干燥前工艺很稳定的情况下,实现智能控制就比较容易,如片剂在压片前的喷雾干燥制粒就可以实现智能控制,前提是严格的物料控制与可行的工艺参数,在进行粘合剂与颗粒成型与外界的环境因素等多方面达到基本匹配。

孙镇 宝利化(南京)制药有限公司工程部经理

  目前实现智能控制还存在相当大的难度,因为智能控制要求各项操作参数相对固定并具有一一对应的规律性关系,这种规律需要积累大量的数据来进行分析总结,以寻求对应关系,这些数据的采集需要设备制造单位和使用单位协调完成,企业之间这种协作没有利益的支撑,很难完成。

  另外,工艺参数的可追溯性,可以考虑联机打印,将生产参数记录并可打印出来。

4、目前流化床类设备很难实现真正意义上的CIP,对此有何看法或改进建议?

查文龙 常州一步干燥设备有限公司总经理助理

  个人认为流化床类设备真正意义上的CIP是很难实现的,这是由于设备本身的结构所决定的。因为流化床类设备大多是间歇式的,操作本身是批生产,很难实现CIP在线清洗,而WIP在位清洗是xx可以实现的。

5、基于生产环境动态检测的要求,在流化床类设备的进出料方式的设计上应提出哪些要求?

查文龙 常州一步干燥设备有限公司总经理助理

  流化床类设备的进出料方式应根据使用方不同的工艺要求,采取不同的方式,而最终的目的是要做到进出料无粉尘飞扬。

  目前的流化床类设备的进出料方式有:(1)进料采用真空进料,出料也是采用真空出料;(2)进料采用由上向下垂直进料,即物料从流化床中部慢慢加入,出料采用流化床翻转装置将物料从流化床底部卸出;(3)连续进料和连续出料方式。当然,也可以将这几种进出料方式进行组合。

  总而言之,流化床类设备进出料采取什么样的方式,不单单是制造厂家的设计问题,还需要结合使用方的工艺要求进行选择。

杨勇 桂龙医药有限公司生产技术部经理

  在进料方面可通过本机的引风机形成的负压进料较好,出料由于物料流化床的干燥室壁上有粘料现象,自动出料清理不彻底,每批干燥完需人工xx,所以人工出料比较好。

孙镇 宝利化(南京)制药有限公司工程部经理

  流化床类设备的进料方式,可考虑采用真空上料的方式以实现无粉尘上料。为避免出料时粉尘扩散,可以考虑在物料容器底部采用蝶阀,阀芯采用相应的筛网板作为阀芯板,工作时,蝶阀关闭,结束出料时打开蝶阀直接放入转料桶,可以避免粉尘。

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