干燥设计说明书.doc

干燥器的设计说明书目 录一、背景1二、工业上常用干燥器21. 厢式干燥器 22. 洞道式干燥器 33. 转筒式干燥器 34. 气流式干燥器 45. 流化床干燥器 56. 喷雾干燥器6三、制药行业干燥器的选用原则61. 干燥器要求及其特点71.1. GMP要求 71.2. 沸腾干燥的特点 71.3. 沸腾干燥在制药工业中的应用范围 72. 沸腾干燥的型式区别及与其他设备的比较82.1. 沸腾干燥的型式区别 82.2. 与其他设备的比较 92.3. XF系列箱式沸腾干燥机 92.4. XF系列箱式沸腾干燥机工作原理 9四、物料衡算及选型121. 物料衡算132. 选型13五、参考文献13六、编后语14一、背景远古以来，人类就习惯于用天然热源和自然通风来干燥物料，完全受自然条件制约，生产能力低下。随生产的发展，它们逐渐为人工可控制的热源和机械通风除湿手段所代替。近代干燥器开始使用的是间歇操作的固定床式干燥器。19世纪中叶，洞道式干燥器的使用，标志着干燥器由间歇操作向连续操作方向的发展。回转圆筒干燥器则较好地实现了颗粒物料的搅动，干燥能力和强度得以提高。一些行业则分别发展了适应本行业要求的连续操作干燥器，如纺织、造纸行业的滚筒干燥器。干燥器可按操作过程、操作压力、加热方式湿物料运动方式或结构等不同特征分类。按操作过程，干燥器分为间歇式(分批操作)和连续式两类；按操作压力，干燥器分为常压干燥器和真空干燥器两类，在真空下操作可降低空间的湿分蒸汽分压而加速干燥过程，且可降低湿分沸点和物料干燥温度，蒸汽不易外泄，所以，真空干燥器适用于干燥热敏性、易氧化、易爆和有毒物料以及湿分蒸汽需要回收的场合；按加热方式，干燥器分为对流式、传导式、辐射式、介电式等类型。对流式干燥器又称直接干燥器，是利用热的干燥介质与湿物料直接接触，以对流方式传递热量，并将生成的蒸汽带走；传导式干燥器又称间接式干燥器，它利用传导方式由热源通过金属间壁向湿物料传递热量，生成的湿分蒸汽可用减压抽吸、通入少量吹扫气或在单独设置的低温冷凝器表面冷凝等方法移去。这类干燥器不使用干燥介质，热效率较高，产品不受污染，但干燥能力受金属壁传热面积的限制，结构也较复杂，常在真空下操作；辐射式干燥器是利用各种辐射器发射出一定波长范围的电磁波，被湿物料表面有选择地吸收后转变为热量进行干燥；介电式干燥器是利用高频电场作用，使湿物料内部发生热效应进行干燥。按湿物料的运动方式，干燥器可分为固定床式、搅动式、喷雾式和组合式；按结构，干燥器可分为厢式干燥器、输送机式干燥器、滚筒式干燥器、立式干燥器、机械搅拌式干燥器、回转式干燥器、流化床式干燥器、气流式干燥器、振动式干燥器、喷雾式干燥器，以及组合式干燥器等多种。干燥器的未来发展将在深入研究干燥机理和物料干燥特性，掌握对不同物料的最优操作条件下，开发和改进干燥器；另外，大型化、高强度、高经济性，以及改进对原料的适应性和产品质量，是干燥器发展的基本趋势；同时进一步研究和开发新型高效和适应特殊要求的干燥器，如组合式干燥器、微波干燥器和远红外干燥器等。干燥器的发展还要重视节能和能量综合利用，如采用各种联合加热方式，移植热泵和热管技术，开发太阳能干燥器等；还要发展干燥器的自动控制技术、以保证最优操作条件的实现；另外，随着人类对环保的重视，改进干燥器的环境保护措施以减少粉尘和废气的外泄等，也将是需要深入研究的方向。二、工业上常用干燥器1厢式干燥器（盘架式干燥器） 原理：主要是以热风通过湿物料的表面，达到干燥的目的。 分类： 水平气流厢式干燥器（热风沿物料的表面通过）穿流气流厢式干燥器（热风垂直穿过物料）真空厢式干燥器。 结构：图9.6.1所示为水平气流厢式干燥器的示意图，其结构为多层长方形浅盘叠置在框架上，湿物料在浅盘中的厚度由实验确定，通常为10-100mm，视物料的干燥条件而定。一般浅盘的面积约为0.3-1，新鲜空气由风机抽入，经加热后沿档板均匀地进入各层之间，平行流过湿物料表面。空气的流速应使物料不被气流带走，常用的流速范围为1-10m/s， 厢式干燥器的加热方式有两种。 在操作上也常采用废气循环法。 优点：构造简单，设备投资少，适应性强，物料损失小，盘易清洗。因此对于需要经常更换产品、小批量物料，厢式干燥器的优点十分显著。尽管新型干燥设备不断出现，厢式干燥器在干燥工业生产中仍占有一席之地。 主要缺点：物料得不到分散，干燥时间长；若物料量大，所需的设备容积也大；工人劳动强度大，如需要定时将物料装卸或翻动时，粉尘飞扬，环境污染严重；热利用率低。此外，产品质量不均匀。 应用：厢式干燥器多应用在小规模、多品种、干燥条件变动大，干燥时间长的场合。2洞道式干燥器 结构如图9.6.2所示，干燥器为一较长的通道，被干燥物料放置在小车内、运输带上、架子上或自由地堆置在运输设备上，沿通道向前移动，并一次通过通道。被干燥物料的加料和卸料在干燥室两端进行。空气连续地在洞道内被加热并强制地流过物料，流程可安排成并流、逆流或空气从两端进中间出。 特点：洞道式干燥器可进行连续或半连续操作。其制造和操作都比较简单，能量的消耗也不大，适用于具有一定形状的比较大的物料，如皮革、木材、陶瓷等的干燥。 3转筒式干燥器（回转式干燥器） 结构:如图9.6.3所示, 湿物料从转筒较高的一端加入，热空气由较低端进入,在干燥器内与物料进行逆流接触。优点：生产能力大，操作稳定可靠，对不同物料的适应性强，操作弹性大，机械化程度较高。缺点：设备笨重，一次性投资大；结构复杂，传动部分需经常维修；安装、拆卸困难；物料在干燥器内停留时间长，且物料颗粒之间的停留时间差异较大，故不适合于对温度有严格要求的物料。应用：主要用于处理散粒状物料，但如返混适当数量的干料亦可处理含水量很高的物料或膏糊状物料，也可以在用干料做底料的情况下干燥液态物料，即将液料喷洒在抛洒起来的干料上面。4气流式干燥器结构：气流干燥装置主要由空气加热器、加料器、干燥管、旋风分离器和风机等设备组成。其主要设备是直立圆筒形的干燥管，其长度一般为10-20m，热空气（或烟道气）进入干燥管底部，将加料器连续送入的湿物料吹散，并悬浮在其中。介质速度应大于湿物料最大颗粒的沉降速度，于是在干燥器内形成了一个气、固间进行传热传质的气力输送床。一般物料在干燥管中的停留时间约为0.5-3秒，干燥后的物料随气流进入旋风分离器，产品由下部收集，湿空气经袋式过滤器（或湿法、电除尘等）收回粉尘后排出。 优点：气、固间传递表面积很大，体积传质系数很高，干燥速率大。一般体积蒸发强度可达0.003-0.06kg/s；接触时间短，热效率高，气、固并流操作，可以采用高温介质，对热敏性物料的干燥尤为适宜；由于干燥伴随着气力输送，减少了产品的输送装置；气流干燥器的结构相对简单，占地面积小，运动部件少，易于维修，成本费用低。 缺点：必须有高效能的粉尘收集装置，否则尾气携带的粉尘将造成很大的浪费，也会对形成对环境的污染；对有毒物质，不易采用这种干燥方法。但如果必须使用时，可利用过热蒸汽作为干燥介质；对结块、不易分散的物料，需要性能好的加料装置，有时还需附加粉碎过程。气流干燥系统的流动阻力降较大，一般为3000-4000Pa，必须选用高压或中压通风机，动力消耗较大。 应用：气流干燥器适宜于处理含非结合水及结块不严重又不怕磨损的粒状物料，尤其适宜于干燥热敏性物料或临界含水量低的细粒或粉末物料。对粘性和膏状物料，采用干料返混方法和适宜的加料装置，如螺旋加料器等，也可正常操作。5流化床干燥器（沸腾床干燥器）原理：流化床干燥器是流态化原理在干燥中的应用，流态化原理已在上册中叙述。在流化床干燥器中，颗粒在热气流中上下翻动，彼此碰撞和混合，气、固间进行传热、传质，以达到干燥目的结构：如图9.6.5所示，湿物料由床层的一侧加入，由另一侧导出。热气流由下方通过多孔分布板均匀地吹入床层，与固体颗粒充分接触后，由顶部导出，经旋风器回收其中夹带的粉尘后排出。流化干燥过程可间歇 操作，但大多数是连续操作的。 优点：与其它干燥器相比，传热、传质速率高，因为单位体积内的传递表面积大，颗粒间充分的搅混几乎消除了表面上静止的气膜，使两相间密切接触，传递系数大大增加； 由于传递速率高，气体离开床层时几乎等于或略高于床层温度，因而热效率高；由于气体可迅速降温，所以与其他干燥器比，可采用更高的气体入口温度；设备简单，无运动部件，成本费用低；操作控制容易。 有时也可采用多层流化床或流化床的改进型式。6喷雾干燥器 原理：在喷雾干燥器中，将液态物料通过喷雾器分散成细小的液滴，在热气流中自由沉降并迅速蒸发，最后被干燥为固体颗粒与气流分离。流程：热空气与喷雾液滴都由干燥器顶部加入，气流作螺旋形流动旋转下降，液滴在接触干燥室内壁前已完成干燥过程，大颗粒收集到干燥器底部后排出，细粉随气体进入旋风器分出。废气在排空前经湿法洗涤塔（或其他除尘器）以提高回收率，并防止污染。 优点：干燥过程极快，适宜于处理热敏性物料；处理物料种类广泛，如溶液、悬浮液、浆状物料等皆可；喷雾干燥可直接获得干燥产品，因而可省去蒸发、结晶、过滤、粉碎等工序；能得到速溶的粉末或空心细颗粒；过程易于连续化、自动化。 缺点：热效率低；设备占地面积大、设备成本费高；粉尘回收麻烦，回收设备投资大。 三、制药行业干燥器的选用原则对干燥设备的选型应考察以下指标：（1）生产能力、型式（间歇、半连续、连续）（2）初始、终端含湿量（3）颗粒规格，尺寸分布（固体颗粒）（4）干燥能动性、减吸作用（5）最佳期工作温度（6）易爆性（蒸汽/空气、尘/气）（7）毒性（有关部位）（8）干燥介质（指对流干燥时用空气、蒸汽、惰性介质等）（9）腐蚀状况（10）物理、化学数据（11）物理处理特性（12）环境和安全规定（13）占地面积要求（14）干燥能源消耗（15）是否需要后加工(在一个连续单元中，冷却、凝结、包衣、包装等)（16）以往经验（一般来说，对新型干燥机是不适用的）（17）热回收要求（能耗）（18）预处理要求（成丸、离心、真空渗透）（19）物料研磨特性（20）介质种类（惰性介质、贫氧介质、蒸汽或空气）1干燥器要求及其特点1.1 GMP要求我国原料药和药用中间体(以下统称原料药)以其低廉的价格在国际市场占有重要地位，我国加入WTO既给制药行业带来了机遇，同时也给制药行业带来了新的挑战。出于各种不同的目的，近两年来各原料药进口国对我国制药企业的生产过程和社会责任提出了更高的要求，因此各种认证迅速在制药行业展开，同时我国的药品生产质量管理规范(GMP)认证工作也在加快进程。这些认证的重点对原料药来说都集中在精、干、包岗位，干燥器的合理选择显得尤为重要。干燥装置必须符合GMP要求，保证药品生产过程的合理、产品均一、无积料、可以满足在线清洗(CleaninginPlace，CIP)要求等，用于无菌原料药上的干燥装置还要满足在线灭菌(SterilizinginPlace，SIP)的要求。目前，我国原料药干燥器类型比较多，由于沸腾干燥对各种物料的适应性比较好，与其它干燥机相比占地面积小、生产能力大、热效率高，操作易于控制，颗粒破损少，目前用的比较广泛，尤其是在制药工业中。 沸腾干燥的定义：沸腾干燥又俗称流化干燥，指干燥介质使固体颗粒在流化状态下进行干燥的过程。1.2沸腾干燥的特点1.2.1由于物料和干燥介质接触面积大，同时物料在床内不断地进行激烈搅动，所以传热效果良好，热容量系数大；1.2.2由于流化床内温度分布均匀，从而避免了产品地任何局部的过热，所以特别适用于某些热敏物料干燥；1.2.3在同一设备内可以进行连续操作，也可进行间歇操作；1.2.4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；1.2.5 干燥装置本身不包括机械运动部件，从而设备的投资费用低廉，维修工作量较小。1.3沸腾干燥在制药工业中的应用范围沸腾干燥可广泛应用于原料药的生产，可应用品种有：对乙酰氨基酚、阿莫西林、安比西林、阿可匹林、双氢链霉素、卡那霉素、氨苄青霉素、青霉素类、四环素、链霉雾、琥氯霉素、磺胺噻唑、维生素A、维生素E、维生素B12、氢氧氯化铝、硫酸铝庶糖脂、淀粉酶、硫酸钡、乳酸钙、泛酸钙、荷尔蒙、左旋赖氨酸、烟酸、蛋白酶、芦丁衍生物、肝精等。2.沸腾干燥的型式区别及与其他设备的比较2.1沸腾干燥的型式区别 随着应用技术的不断发展，沸腾干燥器的型式及应用也越来越多，设备的分类方法也有所不同。按被干燥物料可分为三类：第一类是粒状物料；第二类是膏状物料；第三类是悬浮液和溶液等具有流动性的物料。按操作条件，基本上可分为两类：连续式和间歇式。按结构状态来分一般有流化型、搅拌流化型、振动。现就干燥设备生产厂家所生产的沸腾干燥设备从以上三方面作一简要介绍。从操作条件来说：GFG系列高效沸腾干燥机、FG系列沸腾干燥机属间歇式，被干燥物料颗粒度有一定的要求，一般要求不小于30微米，不大于4mm为合适。当几种物料混在一起干燥时，各种物料比重应当接近。而XF系列箱式沸腾干燥机、ZLG系列振动流化床干燥机则属于连续式，可满足连续型生产的要求。常用 的沸腾床干燥器有多层圆筒式和卧式多室 干燥器等 。因多层 圆筒沸腾干燥器的气流压降较大 因此 目前在国内广泛采用卧式多室沸腾床干燥器。2.2与其他设备的比较 由于沸腾干燥对各种物料的适应性比较好，它比起热风循环烘箱来，占地面积小、生产能力大、热效率高，而且干燥后的产品湿度均匀。比起气流干燥来，可通过调节物料在流化床内停留时间的长短，使产品达到预期含水率。 2.3 XF系列箱式沸腾干燥机XF 系列箱式沸腾干燥机是由空气过滤器，沸腾床，主机旋风分离器，布袋除尘器，高压离心通风机、操作台组成的不锈钢材设备。由于干燥物料的性质不同，配套除尘设备时，可按需要而进行，可同时选择旋风分离器，布待除尘器。也可选择其中的一种。一般来说，比重较大的物料只需选择旋风分离器。比重较轻的物料需配置套布袋除尘器，并备用气力送料装置选择。 2.4 XF系列箱式沸腾干燥机工作原理：空气在高压离心通风机的吸引下，经过亚高效空 气过滤器进入空气热交换器，洁净的热风经阀板分配进入床体内,加热至设定温度，然后通 过气体分布板形成无数高速气流束冲击物料，气束间 形成的负压卷吸物料，使从加料器进入的湿物料被热风形成沸腾状态。此类干燥在干燥物料 时，物料从加料斗 由加 料机加入第一室后被猛烈的热气流冲击和冲刷，物料的速度不断在脉动，促使气流边界湍流化，强化了传热与传质的速率，而且气流与颗粒间的接触表面很大 ，因此具有较高 的体积传热系数，并且颗粒在沸 腾床中能达到完全混合，只要气流速度保持在颗粒的临界沸腾速度与颗粒流降速度之间，颗粒即能在沸腾床中形成流化，在热气流中上下跳动互相混合与碰撞 ，完成与热气流的传质与传热而达到干燥的目的。因此卧式多室沸腾床干燥器的应用较为普遍 ，所 以在工厂中常常采用卧式多室沸腾床干燥器 。在此状态下,由于热风与物料广泛接触，增加了传热传质的过程，增强了传热效果。因此，在较 短的时间内促使物料中的水分蒸发分离，从床体的一头进入，经过几十秒至几分钟沸腾干燥，自动从床体另一头流出。而湿气流透过捕集袋由风机排出，截留下来的物料即为干燥颗粒。 从以上工作原理看，操作的关键问题是应使物料 成为沸腾状，具有流动性，避免集结成一团，并清除死 角，使物料与热空气充分接触，才能发挥干燥的效果。本设备一般进行负压操作。清洗周期为一批一次。沸腾干燥机清洗方法采用手工擦洗 、压力喷淋相结合的方法。特点是：可实行自动化生产，是连续式干燥设备，干燥速度快，湿度低，能保证产品质量，符合药品生产GMP要求 技术参数 型号/项目干燥能力(kg/h)风机功率 (kw)风压(pa)风量(m3/h)进风温度()最大能耗(J)外形尺寸(LWH)(M)进料形式A型 B型C型XF1010-157.55.5103150060-2002.010843.53.23.53.5353.53.51.星形加料工2.气力自行输送XF2020-25115.8103200060-2002.61084.544.2443.2646.5XF3030-4018.57.1103385060-2005.2108544.5444.2645XF5050-80308.5103700060-2001.0410854.84.844.84.564.85注：干燥能力以干燥酸梅晶初含水份50%，终含水份20%，进风温度计130时测定，其它物料的干燥能力按具体干燥情况为准，选型时注意。A型：配旋风分离器；B型：内装式；C型：既带旋风，又配布袋除尘器。干燥器选择步骤：进行干燥器的选择时，首先是根据湿物料的形态、干燥特性、产品的要求、处理量和以及所采用的热源为出发点，进行干燥实验，确定干燥动力学和传递特性，确定干燥设备的工艺尺寸，结合环境要求，选择出适宜的干燥器型式，若几种干燥器同时适用时，要进行成本核算及方案比较，选择其中最佳者。能源价格、安全操作和环境因素 逐渐上升的能源价格、防止污染、改善工作条件和安全性方面日益严格的立法，对设计和选择工业干燥器具有直接的作用。为节约能源，在满足干燥的基本条件下，应尽可能地选择热效率高的干燥器。若排出的废气中含有污染环境的粉尘或有毒物质，应选择合适的干燥器来减少排出的废气量，或对排出的废气能加以处理。此外，在选择干燥器时，还必须考虑噪音问题。干燥器的最终选择通常将在设备价格、操作费用、产品质量、安全及便于安装等方面提出一个折衷方案。在不肯定的情况下，应作一些初步的试验以查明设计和操作数据及对特殊操作的适应性。评价干燥设备的经济性主要依据设备使用所产生的经济效益和综合成本。第一，一套干燥设备的使用寿命常常是几年或更长的时间，设备的价格仅是固定费用，而影响设备在使用周期内经济效益的主要因素是可变费用。干燥设备在运行周期内，其利润为使用期内的收入减去设备的固定费用和变动费用。固定费用是指设备的折旧和贷款利息等，变动费用是指原料费用、操作费用和维修费用等。由于折旧和利息是不变的，所以真正影响设备收益的是变动费用，而不同干燥设备的变动费用有很大的差距，所以设备的原料费用、操作费用和维修费用是评价干燥设备的依据。第二，要结合设备干燥的物料种类和批量考核物料的干燥成本，同时兼顾设备的节能途径、余热回收和环境保护等因素对干燥成本的影响。因此，干燥设备使用的综合成本也是评价干燥设备的依据。对某些干燥器，作大型实验是建立可靠设计和操作数据的唯一方法。四、物料衡算及选型在我组的制药工厂设计中，为使符合连续生产，调节停留时间、进料的速度等的需要，选用XF型干燥器。1、其物料衡算如下： 每小时投入的绝干物料量为：因干燥前物料的含水量为15.5，故每小时投入的总湿物料量为：故干燥前含水量为：111.6316 x 15.5=17.30 kg/h干燥后的物料含水量为4，故干燥后含水量为：94.3287 x 4/96 =3.93 kg/h故所需干燥能力为：17.30 3.93 =13.37 kg/h2、根据设计的干燥能力为13.37 KG/h，因而选用XF10型，又使更好地除尘生产，选用C型。五、参考文献 1金国森 干燥设备设计化学工业出版社 ， 1986 2王家募 轻工 业机 械设计 轻工业出版社 ， 1992 3 豫 国材 食 品工厂设备 轻工业出版杜 ，199l4袁 松范,周 斌.药品GMP认证R国家经贸委药工业信息中心站 ，1999 5石青，制药装备实施 GMP指南RI国家经贸委医药司，中国制药装备行业协会，2000 6制药机械，2000.(6) 7石青.制药装备实施 GMP新技术新产品信息文集