第15章 干燥设备

第十五章干燥设备干燥是制药工业中的不可缺少的单元操作，广泛应用于中药饮片、药剂辅料、原料药、中间体以及成品的干燥等。表15-1干燥器按操作和供热方式分类15.1干燥器的选型适用性：干燥速率高：耗能低：节省投资：运行成本低：优先选择结构简单、备品备件供应充足、可靠性高、寿命长的干燥装置。符合环保要求，工作条件好，安全性高。15.1干燥器的选型表15-2不同药品生产适用的干燥器表TianjinUniversity515.2厢式干燥器厢式干燥器是一种比较古老的干燥器，主要是以热风通过湿物料表面达到干燥的目的，适用于易碎物料，胶黏性、可塑性物料，粒状、膏状物料，棉纱纤维及坯状制品等。15.2.1水平气流厢式干燥器干燥器内热风沿着物料表面平行通过，其结构见图15-1。图15-1厢式干燥器1─加热器；2─循环风机；3─干燥板层；4─支架；5─干燥箱主体；6─吸气口；7─排气口15.2.2穿流气流厢式干燥器穿流气流厢式干燥器(见图15-2)克服了水平气流厢式干燥器的气流只在物料表面流过，传热系数较低的缺点。使气流穿过物料层，可以提高传热效率。图15-2穿流气流厢式干燥器(a)固定盘架型；(b)小车型1─料盘；2─过滤器；3─盖网；4─风机15.2.3真空厢式干燥器将被干燥物料置于真空条件下进行加热干燥。真空干燥适用于不耐高温、易于氧化的物料，或是贵重的生物制品。其优点是干燥速度快、干燥时间短、产品质量高，尤其对所含湿分为有毒、有价值的物料时，可以冷凝回收。同时，此种干燥器无扬尘现象，干燥小批量价值昂贵的物料更为经济。真空厢式干燥器的结构如图15-3所示。15.2.3真空厢式干燥器图15-3真空干燥室A─进汽多支管；B─凝液多支管；C─连接多支管与空心隔板的短管；D─空心隔板15.3带式干燥器带式干燥机由若干个独立的单元段所组成。每个单元段包括循环风机、加热装置、单独或公用的新鲜空气抽入系统和层气排出系统。因此，对干燥介质数量、温度、湿度和尾气循环量等操作参数，可进行独立控制，从而保证带干机工作的可靠性和操作条件的优化。带干机操作灵活，湿物料进料，干燥过程在完全密封的箱体内进行，劳动条件较好，避免了粉尘的外泄。15.3.1单级带式干燥机图15-4为典型的单级带干机结构透视简图。图15-5为其操作原理图。图15-4单级带式干燥机结构远视图15.3.1单级带式干燥机图15-5单级带式干燥机操作原理15.3.2多层带式干燥机多层带干机的结构和操作原理见图15-6。图15-6多层带式干燥机15.4流化床干燥器图15-7流化床干燥流程1─引风机；2─料仓；3─星形下料器；4─集灰斗；5─旋风分离器；6─皮带输送机；7─抛料机；8─卸料管；9─流化床；10─加热器；11─鼓风机；12─空气过滤器流化床干燥的基本流程如图15-7所示。15.4.1卧式多室流化床干燥器图15-8所示为用于干燥多种药物的卧式多室流化床干燥器。图15-8卧式多室流化床干燥器1─引风机；2─卸料管；3─干燥器；4─旋风分离器；5─袋式分离器；6─摇摆颗料机；7─空气过滤器；8─加热器15.4.2振动流化床干燥机振动流化床，就是将机械振动施加于流化床上。调整振动参数，使返混较严重的普通流化床，在连续操作时能得到较理想的活塞流。同时由于振动的导入，普通流化床的问题会得到相当大改善。工业应用中已出现了许多不同结构形式的振动流化床，图15-9为最有代表性的几种。15.4.2振动流化床干燥机图15-9常见的振动流化床干燥机示意图15.4.2振动流化床干燥机图15-10对流振动流化床干燥机及流程图(a)振动流化床干燥机(b)流程图1─振动给料机；2，8─过滤器；3─给风机；4─换热器；5─旋风除尘器；6─排风机；7─给风机15.5.1喷雾干燥原理和流程喷雾干燥是采用雾化器将原料液分散为雾滴，并用热气体(空气、氮气或过热水蒸气)干燥雾滴而获得产品的一种干燥方法。原料液可以是溶液、乳浊液、悬浮液，也可以是熔融液或膏糊液。干燥产品根据需要可制成粉状、颗粒状、空心球或团粒状。喷雾干燥的典型流程如图15-11所示，包括空气加热系统、原料液供给系统、干燥系统、气固分离系统以及控制系统。由图可见，原料液由泵输送至雾化器，雾化后的雾滴与热空气在塔中接触，最后由旋风分离器底部得到干燥产品。喷雾干燥操作是将湿物料由液体一次变成固体产品的干燥方法。15.5.1喷雾干燥原理和流程图15-11喷雾干燥流程1─供料系统；2─空气过滤器；3─鼓风机；4─加热器；5─空气分布器；6─雾化器；7─干燥塔；8─旋风分离器；9─引风机；10，11─卸料阀15.5.2雾化器原料液雾化所用的雾化器是喷雾干燥的关键部件，目前常用的有3种雾化器。三种雾化器的适用物料及优缺点比较见表15-2。15.5.2雾化器表15-2三种雾化器优缺点的比较型式优点缺点气流式适于小型或实验设备；可得20微米以下的雾滴；能处理黏性较高的物料动力消耗较大压力式大型干燥塔可用几个雾化器；适于逆流操作；雾化器的价格便宜，产品的颗枝粗大料液的物性及处理量改变时操作弹性很小；喷嘴易磨损，磨损后引起雾化性能降低；要有高压泵，对腐蚀性物料需采用特殊材料；制造微细颗粒时，设计上有下限旋转式操作简单，对不同物料适应性强，处理量的弹性较大；可以同时雾化两种以上的料液；操作压力低，不易堵塞，腐蚀性小；产品的粒度较均匀不适于逆流操作；雾化器及动力机械的造价高；不适于卧式干燥器；制备粗大颗粒时，设计上有上限15.6真空干燥器干燥作业通常是在大气压下操作。当物料具有热敏性、易氧化性、或湿分是有机溶剂其蒸汽与空气混合具有爆炸危险时，一般可采用真空干燥。真空干燥器的特点如下：①能用较低的温度得到较高的干燥速率，因此，从热量利用上是经济的。但是，与常压干燥器比较，增加了真空系统，即增加了设备投资及操作费用。②能以低温干燥热敏性物料。③可干燥易受空气氧化或有燃烧危险的物料。④适于干燥含有溶剂或有毒气体的物料，溶剂回收容易。⑤能将物料干燥到很低水分，故可用于低含水率物料的二次干燥。⑥由于密封方面及经济方面的原因，大型化和连续化较为困难。15.6.1真空耙式干燥器1、干燥流程和特点真空耙式干燥装置的流程如图15-12所示，其主要组成部分有干燥器、抽真空系统、加热和捕集设备。15.6.1真空耙式干燥器图15-12真空耙式干燥流程1─电机；2─减速机；3─轴承座；4─干燥器；5─支座；6─干式除尘器；7─湿式除尘器；8─冷凝器；9─冷凝受水器；10─真空泵；11─气水分离器15.6.1真空耙式干燥器2、结构真空耙式干燥器结构见图15-13。图15-13真空耙式干操器结构l─壳体；2，3─耙齿(左向)；4─传动轴；5─压紧圈；6─封头；7─填料；8─压盖；9─轴承；10─无缝钢管；11─耙齿(右向)15.6.1真空耙式干燥器图15-14耙齿形状15.6.2双锥回转真空干燥器双锥回转真空干燥装置的工艺流程与真空耙式干燥流程相似(见图15-15)。装置中除双锥回转真空干燥器之外，附属设备有真空泵、冷凝器、粉尘捕集器、热载体加热器等。15.6.2双锥回转真空干燥器图15-15双锥回转真空干燥器1，6─温度计；2─密封装置；3─安全罩；4─保温层；5─旋转接头；7─电机减速机15.7真空冷冻干燥器真空冷冻干燥是将物料或溶液在较低的温度(如-10~-50℃)下冻结成固态，然后在真空下将其中水分不经液态直接升华成汽态而脱水的干燥过程。真空冷冻干燥在医药、食品、材料等方面的应用十分广泛。15.7.1真空冷冻干燥原理如图15-16所示，以水的相图来说明冷冻干燥的原理。图15-16水的相图15.7.1真空冷冻干燥原理冷冻干燥可以分为预冻、升华、解析干燥三个阶段，如图15-17所示。图15-17冷冻干燥过程示意图15.7.2冷冻干燥设备冷冻干燥机(简称冻干机)按系统分，由制冷系统、真空系统、加热系统和控制系统四部分组成；按结构分，由冻干箱(或称干燥箱、物料箱)、冷凝器(或称水汽凝集器、冷阱)、真空泵组、制冷机组、加热装置、控制装置等组成，如图15-18所示。15.7.2冷冻干燥设备图15-18真空冷冻干燥装置15.7.2冷冻干燥设备图15-19所示为医药品用的冻干箱，其内部以80~120mm的间距设置搁板，搁板上安放支承物料的托架。搁板的内部通入载冷体或载热体。工业生产上用的冻干箱，其搁板面积大多在1~20m2，采用不锈钢制作。搁板安放在支柱上，各块搁板可在真空状态下自由升降。干燥结束后，搁板沿轴向向上移动，使橡皮塞在真空条件下塞紧瓶口。15.8.1微波加热的原理物质的分子以有无极性可分为非极性分子和极性分子。非极性分子正负电荷中心重合，极性分子正负电荷中心不重合。在外加电场的作用下，非极性分子正负电荷中心的距离将发生相对位移，形成偶极子。这种现象称为极化。极性分子在外加电场作用下，介质的偶极子重新排列。外加电场越强，偶极子排列越整齐，分子极化程度越高。如果外加电场为交变电场，则无论是极性分子还是非极性分子均反复被极化，随着外加电场频率的提高，偶极子反复极化的运动越激烈。水分子是一种极性分子。在交变电场的作用下，反复极化，反复地变动与转动，产生剧烈的碰撞与摩擦，这样就把电磁场中所吸收的能量变成了热能，物料本身被加热而干燥。对一定的介质，所吸收的功率与电源频率和电场强度成正比。水能强烈地吸收微波，凡是含水物质均可用微波进行干燥。15.8.2微波真空干燥设备微波真空干燥设备主要有直流电源、微波发生器、微波干燥器、冷却系统、真空系统和微波传输线或波导等组成，如图15-20所示。图15-20微波真空干燥设备组成示意图15.8.2微波真空干燥设备微波发生器将高压直流电源所供给的电能转换为微波能，加热干燥用的微波管一般使用磁控管；波导是用来传送微波的，它是由中空的光亮金属短形管组成；冷却系统对微波管腔体及阴极部分进行冷却。根据物料和微波作用的形式可将微波干燥器分为三类，各类的特点见表15-3。15.8.2微波真空干燥设备类型加热特点谐振腔干燥器物料在腔内受到来自各个方向的反射而被加热，物料受热均匀辐射型干燥器微波能量直接辐射到被干燥物料上慢波形干燥器微波的传输速度低于光速(如螺旋线干燥器中微波沿螺旋线前进)，能在短时间内产生较大的功率，加热速度快。适于不易被加热或表面积较大的物料表15-3微波干燥器的类型思考题01、厢式干燥器与带式干燥器各有何有优缺点？02、何谓流化床？流化床干燥器有什么特征？03、常用的流化床干燥器有哪几种？各有什么有优缺点？04、对膏糊状物料干燥宜采用什么流化床干燥器？05、喷雾干燥的关键部件是什么？它分为几种类型？06、为什么要采用真空耙式干燥器？07、双锥回转真空干燥器有何优缺点？08、冷冻干燥法的概念是什么?该法有什么特点?09、真空冷冻干燥的机理是什么？冷冻干燥机组主要由哪几部分组成。10、什么叫微波？微波干燥的特点是什么？11、简述真空微波干燥的原理。