干燥設(shè)備在甘露醇生產(chǎn)中的應(yīng)用

        摘要：主要闡述微波干燥器與沸騰流化床干燥器兩種設(shè)備的原理和特點(diǎn)．分別就它們?cè)诟事洞忌a(chǎn)中的干燥效果、滅菌效果和動(dòng)力消耗等方面進(jìn)行了比較。
        關(guān)鍵詞：甘露醇；微波干燥；沸騰流化干燥；滅菌

        1 引言
        甘露醇(D mannito1)，又名甘露糖醇，學(xué)名已六醇。分子式C H 0，分子量l82．17，純品為一種白色針狀或斜方狀晶體或結(jié)晶性粉末，熔點(diǎn)166-168 C，無臭、昧甜，甜度為蔗糖的57 ～72，吸濕性極小，可溶于水，水溶液穩(wěn)定，略溶于甲醇、乙醇，幾乎不溶于醚類等大多數(shù)常用有機(jī)溶劑。甘露醇具有多元醇的化學(xué)性質(zhì)，可進(jìn)行酯化、醚化、氧化、脫水等化學(xué)反應(yīng)，作為一種具有開發(fā)前景的精細(xì)化學(xué)品，在醫(yī)藥、食品、化工、紡織等方面已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用在甘露醇的生產(chǎn)過程中必須要經(jīng)結(jié)晶工藝獲得，其成品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水分小于0．5 。結(jié)晶得到的產(chǎn)品必須經(jīng)干燥器干燥才能得到成品甘露醇。近年來，微波技術(shù)越來越廣泛地被應(yīng)用于各行業(yè)各種物料的干燥，其可使物料較傳統(tǒng)干燥方法取得更好的效果。國外發(fā)達(dá)國家微波技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用已有2O年的時(shí)間，但我國在這方面還處于起步階段，微波干燥用于甘露醇的生產(chǎn)也只有短短幾年的時(shí)間。

        2 微波干燥原理及特點(diǎn)

        2．1 微波原理
                
        微波是一種高頻電磁波，頻率為300兆赫～3O萬兆赫，其波長為1毫米～1米。微波具備電場(chǎng)所特有的振蕩周期短、穿透能力強(qiáng)、與物質(zhì)相互作用可產(chǎn)生特定效應(yīng)等特點(diǎn)。微波干燥是一種內(nèi)部加熱的方法。濕物料處于振蕩周期極短的微波高頻電場(chǎng)內(nèi)，其內(nèi)部的水分子會(huì)發(fā)生極化并沿著微波電場(chǎng)的方向整齊排列，而后迅速隨高頻交變電場(chǎng)方向的交互變化而轉(zhuǎn)動(dòng)，并產(chǎn)生劇烈的碰撞和摩擦(每秒鐘可達(dá)上億次)，結(jié)果一部分微波能轉(zhuǎn)化為極性分子運(yùn)動(dòng)能，并以熱量的形式表現(xiàn)出來，使水的溫度升高而離開物料，從而使物料干燥。也就是說，微波進(jìn)入物料并被吸收后，其能量在物料電介質(zhì)內(nèi)部轉(zhuǎn)換成熱能。因此，微波干燥是利用電磁波作為加熱源、被干燥物料本身為發(fā)熱體的一種干燥方式。微波干燥設(shè)備的核心是微波加熱器，目前微波干燥的頻率為915兆赫和2450兆赫兩種，多用于片劑、膠囊劑、顆粒劑等制備工藝中濕顆粒的干燥，也可用于藥材粉末、中藥飲片、丸劑的干燥。除了用于連續(xù)化生產(chǎn)的微波干燥設(shè)備以外，還有間歇式箱式干燥設(shè)備，其主要用于原料藥的干燥，對(duì)于糊狀、黏度較大的中藥浸膏的干燥也很適宜[1]。

        2．2 微波干燥的特點(diǎn)

        2．2．1 加熱速度快 
        微波加熱是使被加熱物本身成為發(fā)熱體，稱之為內(nèi)部加熱方式，不需要熱傳導(dǎo)的過程，內(nèi)外同時(shí)加熱，因此能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到加熱效果。

        2．2．2 均勻加熱 微波加熱時(shí)，物體各部位通常都能均勻滲透電磁波，產(chǎn)生熱量，因此均勻性大大改善。

        2．2．3 
        節(jié)能高效在微波加熱中，微波能只能被加熱物體吸收而生熱，加熱室內(nèi)的空氣與相應(yīng)的容器都不會(huì)發(fā)熱，所以熱效率極高，生產(chǎn)環(huán)境也明顯改善。

        2．2．4 易于控制 微波加熱的熱慣性極小。若配用微機(jī)控制，則特別適宜于加熱過程加熱工藝的自動(dòng)化控制。

        2．2．5 
        低溫殺菌、無污染微波能自身不會(huì)對(duì)食品污染，微波的熱效應(yīng)雙重殺菌作用又能在較低的溫度下殺死細(xì)菌，這就提供了一種能夠較多保持食品營養(yǎng)成份的加熱殺菌方法。

        2．2．6 
        安全無害在微波加熱、干燥中。無廢水、廢氣、廢物產(chǎn)生，也無輻射遺留物存在，其微波泄漏也確保大大低于國家制定的安全標(biāo)準(zhǔn)，是一種十分安全無害的高新技術(shù)[2-5 ]。

        3 流化床干燥原理及特點(diǎn)

        3．1 流化床的干燥原理[6]
                
        流化床干燥(又稱流態(tài)化干燥)器是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種干燥技術(shù)，是利用固體流態(tài)化原理而進(jìn)行的一種干燥過程。如圖1所示，熱風(fēng)經(jīng)篩板[又叫熱風(fēng)分布器或(氣體)分布板]均布后，將流態(tài)化干燥器中的濕物料流化起來，進(jìn)行氣一固相間的傳熱傳質(zhì)，使物料中的水分蒸發(fā)，干燥好的物料由出料口排出，含有細(xì)粉的廢氣由頂部出去，進(jìn)入氣一固分離裝置。目前在化工、輕工、醫(yī)藥、食品以及建材工業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。
        3．2 沸騰流化床干燥器的特點(diǎn)[6]
        3．2．1 處理量大。在流態(tài)化干燥器內(nèi)，由于熱氣流與固體顆粒的充分混合，表面更新機(jī)會(huì)多，因此強(qiáng)化了傳熱傳質(zhì)過程。
        3．3．2 
        物料在流態(tài)化干燥器內(nèi)的停留時(shí)間可以自由調(diào)節(jié)，通常在幾分鐘至幾小時(shí)之間。因此，對(duì)于需要進(jìn)行長時(shí)間干燥的物料或干燥產(chǎn)品濕含量要求很低的情況下很適用。
        3．2．3 床層內(nèi)溫度分布均勻，并可隨意調(diào)節(jié)。因此，流態(tài)化干燥可得到水分均勻的干燥產(chǎn)品。
                           
        3．2．4 流態(tài)化干燥可以進(jìn)行連續(xù)操作，亦可以進(jìn)行間歇操作。
        3．2．5 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，維修方便。
        4 兩種設(shè)備的技術(shù)參數(shù)
           我公司在甘露醇的生產(chǎn)線上原使用的是臥式多室流化床干燥器(如圖2所示)，主要技術(shù)參數(shù)見表I
                             
                          
           在技改之后，使用的是隧道式連續(xù)微波干燥設(shè) 備(如圖3所示)，主要技術(shù)參數(shù)如下：

                微波功率：52kW ；
                微波頻率：2450~50MHz
                脫水能力：35~50Kg／h；
                占地面積：～23m
        5 兩種設(shè)備的使用情況
        5．1 干燥水分及產(chǎn)品外觀                
        從上表中我們不難看出，雖然兩種設(shè)備生產(chǎn)出來的甘露醇水分均可以達(dá)到中國藥典的標(biāo)準(zhǔn)，但從流化床干燥器中生產(chǎn)出來的甘露醇成品在含濕量，均勻性及外觀上來看都要比從微波干燥器生產(chǎn)出來的甘露醇要好。從流化床干燥器出來的成品經(jīng)冷卻后可以直接包裝，而從微波干燥器出來的成品有結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，根據(jù)一些客戶的要求，還需要經(jīng)過粉碎或過篩才能包裝。
        5．2 殺菌能力
                
        因?yàn)槲夜旧a(chǎn)的甘露醇屬于非無菌原料藥，所以在衛(wèi)生指標(biāo)上有一定的要求，干燥設(shè)備也成了保證產(chǎn)品質(zhì)量的最后一道屏障。我們從干燥溫度與干燥時(shí)間兩個(gè)方面來對(duì)比兩種設(shè)備的殺菌能力。
        微波殺菌主要是在微波熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的作用下，使微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)和生理活性物質(zhì)發(fā)生變異和破壞，從而導(dǎo)致細(xì)胞的死亡。因此用微波干燥設(shè)備殺菌不但時(shí)間短，而且殺菌的溫度低，效果明顯好于流化床干燥器。
        5.3 運(yùn)行條件
         如上表所示，流化床干燥器的運(yùn)行需要一系列的配套設(shè)施：
        5．3．1 引風(fēng)機(jī)為物料的流化提供動(dòng)力；
        5．3．2 旋風(fēng)分離器用于收集產(chǎn)品的細(xì)粉；
        5．3．3 空氣加熱系統(tǒng)除了需要加熱器之外，更需要的是蒸汽鍋爐提供的蒸汽；
        5．3．4 
        因?yàn)槭怯糜谒幤返母稍铮瑢?duì)所加熱的空氣有潔凈度的要求。如果在非潔凈區(qū)取氣，則需要增加空氣過濾設(shè)施；如果在潔凈區(qū)內(nèi)取氣，則會(huì)增大整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷，因?yàn)樗黾拥目諝馓幚砹渴呛艽蟮摹?BR>        5．3．5 微波干燥器在潔凈區(qū)內(nèi)則可以單獨(dú)運(yùn)行。
        5．4 運(yùn)行費(fèi)用
        以運(yùn)行總功率約為52kw 的微波干燥器為例，工業(yè)用電的價(jià)格按0．6元／度計(jì)，則設(shè)備每小時(shí)的運(yùn)行費(fèi)用約為31元；
                
        如用同樣生產(chǎn)能力的流化床干燥器：風(fēng)機(jī)功率約為22kw，每小時(shí)用電費(fèi)用約為10元；蒸汽耗量約為250Kg／h，蒸汽按100元／噸計(jì)，費(fèi)用為25元；兩項(xiàng)合計(jì)約為35元。而且要考慮到一些附屬設(shè)施的運(yùn)行費(fèi)用，則流化床干燥器的運(yùn)行費(fèi)用比微波干燥器要高出許多。
        5．5 設(shè)備結(jié)構(gòu)
        因?yàn)槭侵扑幧a(chǎn)，所用的設(shè)備必須要符合GMP的相關(guān)要求。            
        微波干燥器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，衛(wèi)生死角很少，在清場(chǎng)和清潔時(shí)操作容易，而且可以輕易達(dá)成在線的CIP清潔，設(shè)備本身的微波就可以完成設(shè)備清潔后的干燥和消毒程序，這些工作通過PI C的控制面板便可以操作了。相對(duì)而言，流化床干燥器的結(jié)構(gòu)就復(fù)雜得多，干燥器本體的各室篩板就造成了很多的死角，而旋風(fēng)分離器，袋式分離器。及它們之間的聯(lián)接管道都是難以清場(chǎng)、清潔的衛(wèi)生死角，要想做成在線的CIP清潔就更難了。
        5．6 運(yùn)行環(huán)境
                
        流化床干燥器因?yàn)樾枰褂门涮椎囊L(fēng)機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)，因此在生產(chǎn)操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲；操作過程中易出現(xiàn)溝流和層析現(xiàn)象，造成能量損失和結(jié)疤；另外設(shè)備的熱輻射比較大，對(duì)操作環(huán)境的溫度有一定的影響。如果不增大空調(diào)的能力，則在生產(chǎn)操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生悶熱感，但增大空調(diào)的能力，則要增加相應(yīng)的生產(chǎn)成本。
                
        微波設(shè)備在生產(chǎn)時(shí)無噪音污染；設(shè)備本身熱輻射小，對(duì)生產(chǎn)車間內(nèi)溫度的影響不大，操作人員無悶熱感，可大大改善工作環(huán)境；操作過程中能防止流化床干燥器可能出現(xiàn)的溝流和層析現(xiàn)象。但有一點(diǎn)是要注意的，基于微波輻射的生物效應(yīng)，對(duì)微波設(shè)備的作業(yè)人員必須采取有效的安全防護(hù)措施和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)手段，減弱或消除微波輻射對(duì)人體健康的影響。我國對(duì)于高功率微波設(shè)備規(guī)定，出廠時(shí)距設(shè)備外殼5cnl處微波泄漏不能超過lnlW／cm2[7] 。
        6 結(jié)束語
                
        在甘露醇的生產(chǎn)實(shí)踐中，兩種設(shè)備的運(yùn)用各有各的優(yōu)點(diǎn)。流化床干燥器的優(yōu)勢(shì)是得出的甘露醇成品水分低，較均勻，外觀好。微波干燥器則因干燥時(shí)間短，殺菌溫度低，效果好而具有較突出的優(yōu)勢(shì)；其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作自動(dòng)化程度高，易于清潔和消毒；而且，微波設(shè)備幾乎無環(huán)境和噪音污染，生產(chǎn)車間內(nèi)無悶熱感和蒸汽彌漫，可大大改善工作環(huán)境，更適合在制藥生產(chǎn)上使用。經(jīng)過兩年多的運(yùn)行，我們對(duì)原有的微波干燥設(shè)備也不斷地進(jìn)行改進(jìn)，比如更改冷卻方式延長了磁控管和高壓變壓器的使用壽命，大大降低了設(shè)備的運(yùn)行成本；再如經(jīng)過更改排濕管道的方位，使干燥出來的甘露醇成品水分更加均勻等。我們相信，微波干燥設(shè)備在甘露醇生產(chǎn)上的運(yùn)用將會(huì)日趨完善。
               
            參考文獻(xiàn)
            [1] 崔大濤．微波干燥技術(shù)獨(dú)具匠心[N]．中國醫(yī)藥報(bào)，2005,3029(116)．
            [2] 高福成．現(xiàn)代食品工程高新技術(shù)[M]．北京：中國輕工業(yè)出版杜，1997：129～140．
            [3] 王邵林．微波食品工程[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994：27．
            [4] 金國淼．干燥設(shè)備[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：396．
            [5] 朱宏吉等．制藥設(shè)備與工程設(shè)計(jì)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：1 94～1 96．
            [6] 于才淵等．干燥裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：72.
            [7] 金欽漢．微波化學(xué)[M]．北京：科學(xué)出版社，2001：322～ 323．

(源自：中華干燥網(wǎng))