干燥装置操作流程优化

喷雾干燥获得的产品达数百种,因此,喷雾干燥的流程也是多种多样的。这里介绍的是基本类型。在实际生产中,可能多加几件或减少几件设备,构成生产流程,但离不开这种基本类型。

6.2.1.1　开放式喷雾干燥系统

该系统的特征是喷雾的料液全部是水溶液,干燥介质是来自大气的空气,空气通过干燥器及除尘系统后,再排放到大气中,不再循环使用,这是一种标准的流程。在工业生产中最为常见的是这种流程,如图6-2所示。

图6-2　开放式喷雾干燥系统

1—空气过滤器;2—空气加热器;3—精过滤器;4—物料过滤器;5—气流式雾化器;6—旋风除尘器;7—干燥塔

开放式喷雾干燥系统流程比较简单,各种型式的雾化装置都能使用,该系统的缺点是载热体消耗量较大。

6.2.1.2　闭路循环喷雾干燥系统

闭路循环喷雾干燥系统,是基于干燥介质为惰性气体(例如氮气)的再循环和再利用。当然,特殊情况下也可以用空气(如空气-四氯化碳系统)。干燥系统部件间连接处要保证气密性密封,干燥室在低压0.196 MPa(200 mm H2O)下操作。其流程如图6-3所示。

图6-3　闭路循环喷雾干燥系统

1—贮料槽;2—干燥塔;3—加热器;4—鼓风机;5—洗涤-冷凝器;6—冷却器;7—引风机;8—旋风分离器

通常在下述情况下需选择闭路循环流程:

①原料液由固体和有机溶剂组成;

②要求有机溶剂全部回收;

③干燥有毒的固体粉粒状产品;

④不允许气味、溶剂蒸气和颗粒状物质的逸出,防止对环境大气造成污染;

⑤粉尘在空气中可能形成爆炸混合物;

⑥必须防止有机溶剂的爆炸和燃烧的危险;

⑦在干燥过程中,由于氧化作用,粉尘不允许和氧接触。

在流程中,设置的洗涤冷凝器,其目的之一是冷凝从物料中出来的进入惰性气体中的有机蒸气,洗涤液就是固体中的有机溶剂;目的之二是洗涤气体中的粉尘,防止堵塞加热器。

6.2.1.3　半闭路循环喷雾干燥系统

这种流程如图6-4所示。此系统用空气作为干燥介质。这个系统的部件间的连接是非气密性的,由系统排放到大气中的空气量相当于漏入干燥系统的空气量。干燥器在微真空下操作,压力约为-30～-10 mm H2O。

排放的少量气体,能够较容易地处理,一般用作燃烧的空气。

该系统用于有气味和有毒的水溶液物料。但是,粉尘没有爆炸和燃烧的危险。需要间接加热,以防止粉体(产品)同燃烧产物接触。含有毒性颗粒或气味的少量排放气体,通过燃烧室的火焰区域,将其惰性化(即氧化)或脱味,然后排放到大气中。

图6-4　半闭路循环喷雾干燥系统(www.xing528.com)

1—干燥塔;2—燃烧炉间接换热器;3—鼓风机;4—洗涤冷凝器;5—冷却器;6—循环泵;7—引风机;8—旋风分离器

6.2.1.4　自惰化(Self-inertizing)喷雾干燥系统

自惰化喷雾干燥系统也是一个半闭路循环系统,此流程如图6-5所示。自惰是指在系统中有一个自制惰性气体的装置。加热器采用直接燃烧,允许采用高的干燥空气入口温度,可以提高干燥器热效率。排放的气体量等于在燃烧室燃烧产生的气体体积量(大约为总气体量的10%～15%)。如果排出的气体有臭味,还可以将此部分气体通入燃烧室进行燃烧,并回收这部分热量,如图6-6所示。

图6-5　自惰化喷雾干燥系统

1—干燥器;2—直接燃烧加热器;3—鼓风机;4—洗涤-冷凝器;5—冷却器;6—循环泵;7—引风机;8—旋风分离器

图6-6　带有预热和燃烧的自惰化喷雾干燥系统

1—干燥塔;2—直接燃烧加热器;3—废气回收热交换器;4—鼓风机;5—冷却器;6—循环泵;7—洗涤-冷凝器;8—引风机;9—旋风分离器

直接燃烧加热这样的流程,如果燃烧炉设计适宜,它通过获得完全燃烧的条件,采用非常少的过量燃烧空气操作,可以建立起自惰化系统。

该流程用于水溶液物料,干燥产品不能和空气及氧气接触,或有爆炸的危险,或通过氧化作用,破坏产品质量。

该系统的特征就是采用直接燃烧加热器,用燃烧气体更可取,容易控制燃烧。在燃烧室中,采用精确调节过剩燃烧用空气量,以得到低氧含量的循环干燥空气流。

一个自惰化系统,不需要氮气及其他惰性气体。系统不需要气密性密封。

干燥室在微真空下操作,在干燥器附近没有粉尘。

6.2.1.5　无菌的喷雾干燥系统

药品的喷雾干燥,要求生产得到的产品没有污染和外来的特殊物质,要求非常净化的条件,采用无菌的喷雾干燥流程能满足这些条件。

在无菌的流程中,设置高温高效颗粒空气过滤器和无菌液体过滤器,并结合无污染的雾化及粉体卸料系统。无菌系统主要用于制药工业。无菌的喷雾干燥流程如图6-7所示。

6.2.1.6　二级干燥系统

上述的全部喷雾干燥流程,在一般情况下都能满足产品质量(如颗粒尺寸分布、残余湿含量、体积密度等)要求。上述的一级流程,代表着绝大多数的喷雾干燥系统。但是,为了进一步改善产品质量和提高干燥器的热效率(这是永恒的要求),就需要增设喷雾干燥的流化床干燥的二级干燥系统。

对于干燥非常复杂的产品,技术要求又非常严格,在一级流程中很难完成时,就须采用二级流程(或其他组合方式)。喷雾干燥作为第一级,流化床作为第二级干燥器或冷却器,或两者兼而有之,此流程如图6-8所示。

图6-7　无菌的喷雾干燥系统

1—压缩空气预过滤器(只用于二流体喷嘴);2—间接空气加热器;3—高效颗粒空气过滤器;4—料液消毒过滤器;5—二流体喷嘴(或压力式喷嘴);6—喷雾干燥塔;7—高效颗粒空气过滤器;8—间接空气加热器;9—鼓风机;10—干燥空气预过滤器;11—旋风分离器;12—净化室隔层

图6-8　二级干燥流程

1—过滤器;2—加热器;3—干燥器;4—旋风分离器;5—引风机;6—振动流化床;7—加热器;8—冷却器;9—过滤器