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    雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)技術(shù)更新的思考性探討

    雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的制造廠商很多，但相對設(shè)計(jì)和制造水平相對較低，對這一點(diǎn)，國內(nèi)僅有少數(shù)廠商進(jìn)行了升級性的努力，其真實(shí)的原因沒能結(jié)合理論去研究雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的性能與應(yīng)用，或?qū)ζ渥魃�級性的研發(fā)。我們應(yīng)該對國內(nèi)雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的升級作必要的思考性探討，并提出一些建議性的設(shè)想，目的是為了國內(nèi)雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的制造和應(yīng)用水平日趨提高。

　　雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)是前幾年在原料藥生產(chǎn)應(yīng)用較為廣泛的設(shè)備，這是由于在真空干燥的過程中，筒體內(nèi)的壓力始終低于大氣壓力，氣體分子數(shù)少，密度低，含氧量低，因而能干燥容易氧化性變化的藥品生產(chǎn)，能減少物料染菌的機(jī)會。也由于水在汽化過程中，其溫度與蒸汽壓力成正比，故真空干燥時(shí)物料中的水分在低溫下就能汽化，達(dá)到低溫干燥，特別適用天藥品中有熱敏性物料的生產(chǎn)。同時(shí)，真空干燥可消除常壓熱風(fēng)干燥易產(chǎn)生表面硬化現(xiàn)象，這是真空干燥物料內(nèi)和表面之間壓差大，在壓力梯度作用下，水分很快移向表面，不會出現(xiàn)表面硬化。此外真空干燥時(shí)，物料內(nèi)部和外部之間溫度梯度小，由逆滲透作用使得溶媒能夠獨(dú)自移動并收集，有效克服熱風(fēng)干燥所產(chǎn)生的溶媒失散現(xiàn)象。

　　從功能上看，雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)是集混合、真實(shí)干燥于一體的干燥設(shè)備，它以簡潔、方便和雙效特點(diǎn)被人們作為經(jīng)典設(shè)備來應(yīng)用，其有著實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的一面，是其它設(shè)備難以替代的。但近幾年來卻又被人們所淡化了，其根本原因是由于制造商缺乏對其的研究和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)所致，其主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上難以CIP/SIP和干燥性能優(yōu)化上，故有必要對其升級換代作思考性討論。

　　雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的干燥速度討論及建議2.1真空干燥速度的概念有關(guān)文獻(xiàn)（1）認(rèn)為：物料的干燥過程，首先是物料表面的水分受熱汽化并被真空設(shè)備排除，物料表面的水分因汽化而逐漸減少，并在物料內(nèi)部與表面之間形成溫度差。內(nèi)部的水分在溫度作用下，不斷向表面擴(kuò)散，并在到達(dá)表面后汽化。另外，在真空干燥過程中，同時(shí)存在著壓力差，使得被汽化的水分子加速向真空空間移動。

　　在真空干燥過程中，人們總是希望加快干燥速度，縮短干燥時(shí)間，但是影響干燥速度因素有以下幾點(diǎn)：

　　被干燥物料的狀況（如物料形狀、大小尺寸、堆置方法），物料本身的含濕量、密度、粘度等性能。一般，物料顆粒細(xì)而均勻、堆放松散、厚度薄，則內(nèi)部水分容易擴(kuò)散。若提高物料的初溫、經(jīng)真空過濾前處理、降低物料含濕量先進(jìn)，均能提高真空干燥速度。

　 真空度越高，越利于水分在較低溫度下汽化，但真空度過高不利于熱傳導(dǎo)，會影響對物料的加熱效果。為提高物料干燥速度，應(yīng)根據(jù)物料的特性綜合考慮真空度。通常，真空度不低于1×104Pa。

　  影響雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的真空干燥速度因素的討論及建議文獻(xiàn)（1）把雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)過程作試驗(yàn)，分別以真空度、干燥溫度、蒸汽壓力與干燥時(shí)間為參數(shù)，試驗(yàn)所作的曲線表明：雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)干燥過程可分為一升溫、一恒溫、第二升溫、第二恒溫和降溫五個(gè)階段。其中：

　　一升溫是加熱物料，使其升溫的預(yù)熱階段。該階段中，物料中水分汽化量很少；一恒溫是恒速干燥階段，在該階段中，物料的自由水、表面水和毛細(xì)管水等大量汽化。因此，溫度和真空呈恒定狀態(tài)，且真空度與該干燥設(shè)備溫度下水的飽和蒸汽壓力近似相等；第二升溫是加熱物料遷移內(nèi)部水分至物料表面的過程，由于汽化的水分很少，導(dǎo)致物料溫度升高和真正度也隨之提高；第二恒溫是汽化物包裹水和部分結(jié)晶水階段，由于水分遷移率與汽化率相定，故溫度和真空呈平穩(wěn)狀態(tài)；降溫階段開始時(shí)，關(guān)閉加熱蒸汽，通以冷卻水至筒體夾套，冷卻筒體使其內(nèi)部物料溫度下降，以便卸出干燥制品。

　　雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度對真空干燥速度的影響及建議雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)筒體的旋轉(zhuǎn)速度越快，干燥速度越高。但在干燥后期，隨著物料濕含量的下降，干燥速度也降低，此時(shí)提高轉(zhuǎn)速對干燥速度的提高均無益。另外，在干燥初期，較快的旋轉(zhuǎn)速度，會導(dǎo)致濕分汽化過快而產(chǎn)生物料粘結(jié)成團(tuán)的現(xiàn)象。因此，應(yīng)在干燥初期采用較低的轉(zhuǎn)速，待物料表面較干以及不結(jié)團(tuán)時(shí)再提高轉(zhuǎn)速，以便加快干燥速度、縮短干燥時(shí)間。

　　雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的加熱與冷卻對真空干燥速度的影響及建議雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)夾套內(nèi)對流換熱需分別提供熱量和冷量，故夾套內(nèi)將經(jīng)歷以熱蒸汽方法的升溫及以冷卻水方法的降溫。文獻(xiàn)（1）認(rèn)為，提高熱介質(zhì)溫度可加快升溫速度，縮短干燥時(shí)間。對粘性大的物料，熱介質(zhì)溫度高容易產(chǎn)生結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。降低冷卻水溫度可加快降溫速度，也可縮短工作周期。隨著物料的性質(zhì)不同，可選擇適當(dāng)?shù)臏囟�，常以變溫干燥法為佳，即在干燥初期溫度低，逐漸提高溫度以增大干燥速度。

　　對此點(diǎn)，建議可選用溫度傳感元件，使雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)夾套內(nèi)熱量或冷量控制能在運(yùn)行時(shí)變動，并有菜單可設(shè)定不同時(shí)間段所選用的溫度，即要有時(shí)間-溫度關(guān)系的設(shè)定。

　　雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的真空度對真空干燥速度的影響及建議通常雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)選用1×103～1×104Pa真空度，真空度高，物料中濕分汽化溫度低，干燥速度快。但真空度過高，會導(dǎo)致抽氣系統(tǒng)成本增加，干燥后物料價(jià)格增高，經(jīng)濟(jì)上不合算。但從上表可知，在降溫階段的真空值很小，故應(yīng)分段來控制真空度的壓力。

　　對此點(diǎn)，建議可選用壓力傳感元件，使雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)筒體內(nèi)真空度控制能在運(yùn)行時(shí)變動，并有菜單可設(shè)定不同時(shí)間段所選用的真空度，即要有時(shí)間-真空度關(guān)系的設(shè)定。

　　雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的錐體角度及充填量對真空干燥速度的影響雙錐回轉(zhuǎn)真空機(jī)筒體堆放顆粒狀或粉末狀物料時(shí)，當(dāng)物料堆斜面與底面間夾角增大到某個(gè)角度時(shí)，將發(fā)生側(cè)面物料下滑落的現(xiàn)象。此時(shí)發(fā)生物料滑落的斜面與底部的夾角稱該物料的滑移角（滑移角與物料組成、濕含量、粒度和粘度有關(guān)）。故雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的設(shè)計(jì)和選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)物料的滑移角而選擇錐體的角度。

　　從上可知，雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)筒體錐體的角度太大或太小都會影響翻動混合效果，而其形成的物料干燥表面較終影響了干燥速度。同樣，實(shí)際裝料容積充填率過高也會影響翻動混合效果，影響了干燥速度。

　　雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)討論雖然雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)有著許多實(shí)用性優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)上的不完善之處阻礙了其應(yīng)用發(fā)展，國內(nèi)也只有一家制造商作了研發(fā)，且在無菌原料藥干燥上應(yīng)用。特別對應(yīng)用于無菌原料藥生產(chǎn)來說，尚未改進(jìn)設(shè)備所存在的不完善之處表現(xiàn)為，一是抽真空管空套回轉(zhuǎn)軸的動靜密封件泄漏與清洗問題；二是筒體結(jié)構(gòu)的清洗或滅菌問題；三是進(jìn)料/出料結(jié)構(gòu)的易出料與清洗問題。

　　抽真空管空套回轉(zhuǎn)軸的動靜密封件泄漏與清洗問題討論在部分雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的抽真空管空套回轉(zhuǎn)軸裝置中，其采用雙骨架軸密封結(jié)構(gòu)，由于此結(jié)構(gòu)密封的不可靠，在筒體抽真空的作用下極易造成泄漏，有時(shí)會出現(xiàn)所謂的“漏油”現(xiàn)象。同時(shí)，也由于密封的不可靠會在干燥時(shí)結(jié)存粉，此處的結(jié)存粉用普通的旋轉(zhuǎn)動態(tài)水洗方法是難以洗凈的，這樣會引起換批時(shí)的交叉污染。

　　近期國內(nèi)有制造商對此作了一定的改進(jìn)，有的采用特殊密封（如特殊的機(jī)械密封、磁流體密封等）。也有的制造商在抽真空結(jié)構(gòu)上作了改進(jìn)，使抽真空部分不伸進(jìn)筒體內(nèi)部，僅在旋轉(zhuǎn)筒體外面與其接觸，采用金屬燒結(jié)網(wǎng)做過濾器，容易清洗，容易消毒滅菌，并配有用高純氮?dú)夥创档南到y(tǒng)，防止粉塵物料堵塞過濾網(wǎng)孔，確保真空暢通。由此看來，只要正視所存在的薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)法作一定改進(jìn)能使經(jīng)典設(shè)備賦予新的生命。

　　筒體結(jié)構(gòu)的清洗和滅菌問題討論在部分雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)筒體的清洗中，有的靠切換真空管路，放入清洗水旋轉(zhuǎn)筒體再放凈，這樣動態(tài)清洗法是無法徹底洗凈的，至少在動靜接觸面和結(jié)料處是不能洗凈。

　　其次是部分制造商沒有把筒體當(dāng)作壓力容器來設(shè)計(jì)及制造，很難做到切換真空管路通入蒸汽來滅菌，故談不上蒸汽的在位滅菌。這里當(dāng)然涉及到進(jìn)料/出料結(jié)構(gòu)與密封結(jié)構(gòu)，其形式和承壓性能也與蒸汽滅菌有關(guān)。而在無菌環(huán)境使用設(shè)備的至關(guān)重要要求就是清洗后的滅菌，通常滅菌的方法中較有效和直接的方法是濕熱和干熱滅菌，基于該設(shè)備筒體結(jié)構(gòu)是不可拆的，不能采用干熱滅菌，只能采用濕熱（蒸汽）滅菌。

　　對此，說白了就是設(shè)法方便清洗和滅菌，也只要能圍繞此專題所展開即可。近期國內(nèi)有制造商對結(jié)構(gòu)做了一定的改進(jìn)，在清洗方面，采用靠切換真空管路，放入加壓的清水旋轉(zhuǎn)筒體，再放凈的方法，雖然有所提高，但實(shí)效也不是十分理想。在滅菌方面，有的制造商在制造筒體和料閥方面考慮到承壓性，其可采用切換真空管路而通入蒸汽也完成SIP。

　　進(jìn)料/出料結(jié)構(gòu)的易出料與清洗性問題討論此問題雖說是上承3.2所延伸的，但進(jìn)料/出料的特殊要求是易放凈、易操作、易清洗/消毒。國內(nèi)部分制造商采用蝶閥或可拆卸結(jié)構(gòu)，也取得了一定成效，但對照GMP和相應(yīng)工藝要求，這里可展開的研發(fā)是大有文章可做。

　　雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)升級的思考性設(shè)想上述僅是筆者愚見，至于雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)要升級換代的話，可以研發(fā)的思路很多，筆者感到還可以嘗試以下幾個(gè)思路，這里僅為思考性及建議性的設(shè)想。

　　拓寬雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的功能，以適應(yīng)更廣的應(yīng)用4.1.1增加攪拌和造粒功能可在雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的抽真空管中穿入一個(gè)帶噴嘴的管（能噴粘合劑），同時(shí)真空管進(jìn)入筒體內(nèi)部處增設(shè)一個(gè)固定攪拌葉片。當(dāng)筒體轉(zhuǎn)動過程中，固定在抽真空管上攪拌葉片迫使物料從其兩側(cè)面流過，這樣在物料沿筒壁滑動的同時(shí)，又增加了徑向運(yùn)動。因此，能有效地提高了混合攪拌物料的效果，加快了濕分汽化，提高了干燥速度。爾后在粉體物料工藝結(jié)束時(shí)，可由穿入帶噴嘴（能噴粘合劑的管）噴出相應(yīng)粘合劑，將粉末狀干物料制成顆粒狀制品。

　　增加攪拌和粉碎功能國內(nèi)有的制造商采用破碎裝置，該裝置的刀具為四把組合整體結(jié)構(gòu)，采用十字交叉排列，由短到長，依次焊接，刀具采用不同的長度，不同的角度。確保旋轉(zhuǎn)時(shí)能與物料充分接觸，保證破碎效果。這樣物料在雙錐回轉(zhuǎn)真空筒體內(nèi)不停地翻動，并與筒壁進(jìn)行熱交換（筒壁外面半剖盤面用熱水進(jìn)行循環(huán)加熱）。在雙錐筒體旋轉(zhuǎn)時(shí)破碎刀同時(shí)轉(zhuǎn)動，每當(dāng)筒體旋轉(zhuǎn)一圈，物料與破碎刀接觸一次。由于破碎刀的轉(zhuǎn)速較快（較高為250r/min），而筒體的轉(zhuǎn)速較慢（一般為3r/min），故每當(dāng)物料與刀具接觸時(shí)，破碎效果十分明顯，筒體內(nèi)系統(tǒng)在真空下運(yùn)行。

　　構(gòu)筑雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念，以適應(yīng)生產(chǎn)率的提高雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)能在生產(chǎn)中有效應(yīng)用的話，必然是一個(gè)系統(tǒng)的概念，其中有機(jī)溶劑收回系統(tǒng)是一個(gè)關(guān)鍵的過程。制造商在供應(yīng)雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)設(shè)備時(shí)，不能只提供單機(jī)，而是應(yīng)提供系統(tǒng)，應(yīng)考慮有機(jī)溶劑的回收，由于溶劑的沸點(diǎn)較低，故采用冷凍水進(jìn)行冷凝冷卻，確保溶劑能回收利用，避免被真空泵抽走后污染大氣。

　　 小結(jié)本文從理論上對雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的真空干燥速度作了討論，同時(shí)分析了國內(nèi)有的雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)結(jié)構(gòu)的不完善之處，提出了以真空干燥理論為依據(jù)，對其進(jìn)行升級換代的研發(fā)，總體上提高雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的研發(fā)和應(yīng)用水平，使這一經(jīng)典實(shí)用產(chǎn)品煥發(fā)出新的生命力。

    此外，國內(nèi)有的制造商在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上作了很大努力，除上有機(jī)溶劑收系統(tǒng)外，還設(shè)有高純氮?dú)夥创迪到y(tǒng)、放空過濾系統(tǒng)、半剖盤管加熱系統(tǒng)、熱水溫控系統(tǒng)等等。然而，本文僅為其升級提出一些思考性建議的設(shè)想，以饋有志之士參考，使雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的制造和應(yīng)用日趨臻美，創(chuàng)造出更加完美的雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)服務(wù)于人們。