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技术文章

食品颗粒高效沸腾干燥机的应用介绍

阅读:428          发布时间:2020/5/18
  在如固体制剂等食品颗粒的生产中,干燥机是必不可少的设备。沸腾干燥具有传热效果良好、生产能力大、温度分布均匀、操作形式多样、物料停留时间可调、投资费用低廉和维修工作量较小等优点。在国内经过30多年的使用与改进,已显示出其在干燥领域的独特地位,目前在制药、化工、食品等方面越来越体现出它的重要作用。
 
  1.沸腾干燥机工作原理
 
  沸腾干燥又称流化床干燥,它利用热空气流使湿颗粒悬浮,流态化的沸腾使物料进行热交换,通过热空气把蒸发的水分或有机溶媒带走,其采用热风流动对物料进行气—固二相悬浮接触的质热传递方式,达到湿颗粒干燥的目的[1]。流化床干燥技术涉及传热和传质两个相互过程。在对流干燥过程中,热空气通过与湿物料接触将热能传至物料表面,再由表面传至物料内部,这是一个传热过程;而湿物料受热后,表面水分首先气化,而内部水分以液态或气态扩散到物料表面,并不断气化到空气中,使物料的水分逐渐降低,完成干燥,这是一个传质过程。
 
  2.沸腾干燥机工作流程
 
  物料通过料车运送到沸腾床,在气缸顶升作用下通过密封圈与沸腾床密封。然后,空气在引风机动力作用下,经过滤装置净化、散热器加热后,再经气流分布板(筛网)分配进入沸腾床(干燥室)。料斗内的物料在热风和搅拌作用下形成沸腾状态(即流态化),在大面积气、固两相接触中,物料内部的水分(或溶剂)在较短的时间内蒸发并随排出空气带走,物料被干燥。
 
  3.沸腾干燥机技术特点
 
  (1)传热效果良好,床层内温度比较均匀,具有很高的热容量系数(或体积传热系数),生产能力大;
 
  (2)由于流化床内温度分布均匀,可避免产品的任何局部过热,所以特别适用于某些热敏物料的干燥(如磨芋、聚丙烯酰胺等);
 
  (3)在同一设备内可以进行连续操作,也可进行间歇操作;
 
  (4)物料在干燥器内的停留时间可以按需要进行调整,所以产品含水率稳定;
 
  (5)独立电气柜和PLC人机交互操作控制,集成了所有干燥参数设置,操作安全方便;
 
  (6)干燥装置机械传动部件少,设备的投资费用低廉,维修工作量较小。
 
  对沸腾干燥机的改进建议
 
  经过长期的应用和发展,沸腾干燥机在结构、性能方面都有了明显的改善,质量也在不断提高,但还存在着一些问题,下面结合生产实践提出改进建议:
 
  1.对热能利用不充分的改进建议
 
  沸腾干燥机中的气流分布板有两个作用,一是支承物料层,二是使气体分布均匀。分布板开孔的大小、形状、分布态势、开孔率等都对流体的分布起着至关重要的影响。气体分布不均匀,会使床层中出现“环流”,其趋于极端易使床层中某些部位出现“沟流”,而其余部位则是死床,这时大部分气体顺着床层中的某些通道以“沟流”的形式短路通过床层离去,使气固接触大为恶化,这是应该着力避免的。良好的分布板设计,应能抑制床层中出现不均匀性,即当床层中某些部位由于压降降低、气流速度增高时,分布板所产生的阻力应能抑制气流的增加,从而抑制流化的恶化。
 
  目前大部分沸腾干燥机使用的气流分布板形式单一,多采用垂直的打孔板或席形网板,物料在流化过程中很容易出现流化不均或产生死角等问题,不能确保颗粒中药品的均匀度,同时单一的开孔形式也不能满足不同药品的生产工艺要求。另一方面,为了减少药品的漏料损失,目前普遍采用多层网结构,气流分布板和沸腾床体多采用大量螺栓固定,拆卸不方便,不易清洗干净而产生残留引起交叉污染等问题。建议:利用计算机流体动力学模型、传热与传质模型,在气流分布板设计时对孔距、孔径、开孔率等参数进行空气动力学、热力学仿真计算并验证,以满足不同物料的生产工艺要求。在安装方式上,连接方式制成可拆卸式,以确保实现快装和彻底、完全的清洗。
 
  2.对完善进风空气处理的建议
 
  热空气的采风口一般设置在辅机房,和加热装置安装在一起,辅机房与洁净区不设置直通的门窗,辅机房的空气洁净级别往往比较低,会影响药用热空气的质量,这就要求设备本身有良好的净化装置,否则未净化的空气会污染药品,难以达到GMP要求。
 
  目前国内许多设备对空气处理单元的配置为:初效过滤器—中效过滤器—蒸汽加热(或电加热)—(亚)高效过滤器。空气处理系统虽然配置了初、中、高效过滤器,但随着运行时间的不断增加,高效过滤器会出现堵塞或者破损,目前只能从外观上来鉴别判断是否需要更换,缺乏理论依据。提早更换会增加成本,推迟更换又会带来空气质量下降的风险,从而影响产品的质量。建议:在高效过滤器前后增加压差显示装置,当压差到达一定的数值后报警提示更换。
 
  此外,大多设备没有除湿装置,空气除湿问题始终存在,特别是在春末和夏季,空气湿度很大,如果不进行除湿会对物料的干燥产生很大影响。建议:增加除湿装置。许多设备的引风机与风阀不联动,这可能会导致在风机停机和蝶阀关闭之间引起空气倒流的现象。建议:风机的启停与风阀的开关联动起来,当风机启动时风阀同时打开,而当风机停止运行时,风阀同步关闭,以保证不会发生空气倒流。

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