小型药用内加热旋扭筒真空干燥机

沈善明 朱丰金

（上海三明蒸发干燥研究所，上海 200232）

1 前言

在开发旋转动态真空干燥机的工作中，所遇到的最大困难莫过于扩大加热面积和F（m2）/V（m3）值（以下简称F/V 值），特别是供药品干燥用的小型干燥机，因干燥机中的空间十分狭小，给施焊和打磨抛光操作带来极大的困难，从而影响药品干燥对焊接质量的严格要求。

对药品干燥来说，很多的药品都有热敏性，就要求干燥机不仅要满足低的干燥加热温度并需要在低温度条件下快速地予以干燥。唯一能有效解决此问题的办法是扩大干燥机的F/V 值，结构合理的F/V 值能体现出一台干燥机的干燥能力和干燥效率。这里所指的合理是指容积（V）和加热面积（F）之间的合理配合，还能适应干燥物料颗粒大小与加热板间距之间的关系。一味强调扩大F（m2）值而没有足够干燥空间V（m3）或拒干燥物料于加热面积之外的F/V 值也是事与愿违而不足取的。可是在小型的干燥机内，狭小的空间与增加内加热构件正好是一对很难调和的矛盾，矛盾的焦点还包括干燥机筒体的结构形状和内加热构件的结构形状的匹配，以及内加热构件和筒体之间如何焊接和打磨抛光。

2 研发小型干燥机需要的筒体和内加热构件

在长期研发新型双锥真空干燥机及其改造升级工作中，对>2 m3的干燥机加热面积大型化取得了一些成绩，但对<2 m3的干燥机，特别是≤1 m3条件时的F/V 值很不理想，不仅焊接困难并且影响焊接表面的观感，需要突破现有的结构和形式才能找到出路。

在研究中发现以前用于聚酯切片干燥的转鼓真空干燥机[1]，它结构简单的筒体和旋转方式到很适用于小型药品真空干燥。它是一种加热夹套的两端为椭圆形封头的直筒体结构，筒体的长度和直径之比较大。它的旋转方式很特别，旋转轴固定在筒体封头的两对角线上，只要筒体的长径比合适，在旋转时不仅径向在旋转，而且轴向还有一定的上下翻动功能，较大长径比的直筒体有利于设置大面积的结构简单的内加热构件，选用合适的长径比还可以使轴向位置在停车时处于接近45°的角度，有利于方便出料和设备清洗。

利用直筒体简单形状并结合我们过去开发的楔形内加热板结构，两者很自然默契地构成小型内加热干燥机。如表1所示为由0.020 m3～2.0 m3几种小型药用内加热旋扭筒真空干燥机的参数。

从结构条件考虑，本干燥机的规格完全可以向比0.1 m3更小的规格发展。因感到一些中试生产的药品，只能用真空烘箱干燥，很难摆脱烘箱料盘的手工操作所带来的操作性污染。提供小微容积规格动态真空机能使中试生产也能实现中试产品干燥的现代化，使中试产品的质量更有保证。

3 小型药用内加热旋扭筒真空干燥机结构介绍

本干燥机是为了填补现有小型真空干燥机干燥效率低而开发的高效率小型真空干燥机，暂定规格有八种，按公称容积规格为：0.020 m3～2.0 m3各种规格的参数见表1。它的结构如图1，图2所示。它由旋转蒸汽活接头（1）、左轴承座（2）、驱动链轮（3）、驱动机（4）、左旋转轴（5）、加热夹套（6）、蒸汽加热盘管（7）、内筒体（8）、内加热构件（9）、人孔兼出料口（10）、尾气过滤器（11）、真空抽气管（12）、右旋转轴（13）、右轴承座（14）、真空密封旋转接头（15）、真空抽气口（16）等构成。它的特点是：内筒体和加热夹套焊接构成一体，左（右）旋转轴焊接在加热夹套左（右）两端的对角线上，左（右）旋转轴支承在左（右）轴承座上，由左（右）旋转轴所形成的旋转中心线上仰一个20°夹角，使旋转中心线上的尾气过滤器始终处于粉体料位以上，驱动机驱动固定在左旋转轴上的驱动链轮，并带动筒体向一个方向旋转，而筒体两端的封头一面旋转还一面呈上下颠倒扭动，故称之为旋扭筒；由薄板折成和焊接的楔形内加热构件焊接在内筒体的内壁上，≥0.1 m3规格的楔形内加热板构件的中心部位均设有≥φ350的空间供清洗操作用，在每一个楔形加热板峰底部的内筒体上开数个蒸汽凝水联通小孔，为固定和加强楔形内加热板与筒体的联系，楔形加热板两峰之间的底部条状薄板与内筒体之间设数个塞焊点，塞焊操作在内筒体的外壁上进行；在夹套的内壁上焊接多圈一次饱和蒸汽加热盘管，夹套中充一定量的纯净水后抽掉夹套中的惰性气体，来自旋转蒸汽活接头的饱和蒸汽进蒸汽加热盘管，加热蒸发纯净水产生二次低温（30℃～100℃）饱和加热蒸汽，一次蒸汽凝水回蒸汽旋转接头上的凝水出口排出；真空加热干燥产生的低温饱和蒸汽尾气经筒体内的尾气过滤器和右旋转轴中的真空抽气管、筒体外的真空密封旋转接头和真空抽气口排出；湿物料和干燥产品经兼作人孔的进出料口输出（入）。

表1 小型药用内加热旋扭筒真空干燥机的结构参数

图1 高效率小型真空干燥机结构A

图2 高效率小型真空干燥机结构B

对于≤0.1 m3规格时，将在加热夹套中设电加热原件替代蒸汽盘管加热。

从上述结构特点说明，内加热旋扭筒真空干燥机的内加热构件由不锈钢薄板折弯和焊接构成，似灯笼状楔形内加热构件整体焊接好后插入内筒体中，再将内加热构件两侧与内筒体焊接构成一体，这些内加热构件的折弯和焊接操作可全在不受内筒体空间大小的影响下完成，包括内加热构件和内筒体之间的焊接，也在内筒体两端还未焊上封头之前进行。最后在≥0.1 m3规格的筒体封头焊接也可利用内加热构件中心≥φ300 通道和封头的人孔进行。因此，小型药用内加热旋扭筒真空干燥机是利用了长径比较大和直筒体形状结构，结合楔形内加热构件高度的紧凑性默契配合，并完全避免了在狭小筒体中的焊接操作。

楔形内加热旋扭筒真空干燥机的结构特点限制了它向大型化的方向发展，幸大于2 m3以上的较大的内加热真空干燥机，可由楔形板内加热单锥真空干燥机和楔形板内加热滚动干燥机接力（将于今后另文介绍）。

4 内加热旋扭筒真空干燥机性能分析

如图1，图2 和表1所示，本干燥机具有比现有各种动态真空干燥机大得多的F/V 值，为干燥提供强大的干燥推动力，达到快速干燥目的。特别是低温度干燥条件如果没有足够的加热面积，就只有用延缓干燥时间来弥补加热面积不足的缺陷，往往几十小时才能完成干燥已司空见惯。成倍提高干燥速度，既有利于提高热敏性产品的质量，也有利于可成倍节省干燥机的驱动能耗。

本干燥机采用饱和水蒸气替代热水加热，不仅节省了一整套热水加热系统，而且消除了热水显热加热所带来的进、出热水的温度差缺陷。这区区几度温度差在高温度干燥时对干燥影响还不大，而对低温度加热干燥时温差本来已经很小就不能小视，损失几度温差对低温度干燥危害很大。

双锥真空干燥机的真空机械旋转密封件[2]与尾气过滤器同处在干燥筒体中。任何机械旋转密封件都会在旋转摩擦中被磨损，一旦密封件因磨损漏气，漏气必定会夹带磨损污染异物直接吸入双锥体内而污染正在干燥中的药品。存在这种结构性污染隐患的旋转真空密封件的干燥机，实际上是不符合药品干燥要求的。由图1 可知，本干燥机也设真空旋转密封件，此密封件也会磨损，但真空密封件与尾气过滤器呈串联状态，当密封件因磨损漏气时，漏气夹带的污染异物被阻隔在尾气过滤器内，污染异物就不能接触到药品。所以，本干燥机能真正符合药品干燥的GMP 要求。

本干燥机的加热总面积和F/V 值是同样容积规格传统双锥真空干燥机的多倍，所以，本干燥机的干燥效率几倍于传统双锥，就可在较低干燥温度条件下快速干燥，自然干燥产品的质量会大幅度提高，并成倍降低干燥机的驱动能耗。

5 推荐干燥机的应用

由于目前没有现成的拥有很大加热面积和F/V值的药品真空干燥机，一些本来能在30℃左右真空加热干燥的药品，如用传统双锥真空干燥机进行30℃热水加热干燥，因干燥机加热面积太少和热水显热加热干燥的温度差等原因，使干燥时间拖得太长而不得不去求助于冷冻干燥，为此不仅浪费了大量冻干干燥机的昂贵投资，而且还为此而浪费了大量的能耗。本干燥机加热面积大、F/V 值高，并用低温饱和水蒸气作热源，就为高度热敏性药品进行高真空和30℃左右条件下的低温快速干燥创造了条件。因本干燥机可采用真空上料和一次性密闭卸料方式，用以替代冻干干燥的手工料盘式加料和布料，避免了手工操作性的污染机会。再由于本干燥机的设备投资和干燥运转费用之低是冻干干燥无法比拟的，故可以大幅度节省设备投资和降低干燥的成本。

在药品干燥中，中药浸膏干燥数量和品种又大又多，并且困难很多，它的难点既有因热敏性而要求干燥温度低，流体状浸膏还有独特的粘性，殊多困难迭加在一起致使在技术上难有照顾全面的干燥机供应用。迄今为止，在技术上要数真空带式干燥机最好，但真空带式干燥机结构较复杂，单位加热带面积的产能低而设备投资很高，就较难推广应用。种种原因，为干燥效率低、干燥温度高、手工加料和卸料带来很多污染药品机会的热风烘箱提供了趁虚而入的条件，致使落后的热风烘箱还能在中药浸膏干燥领域占大半壁江山。

曾介绍过干燥机结合一台结构简单的常压常温喷雾制粒机[3]制粒干燥。属于小型化的本干燥机在性价比上胜过曾推荐过的小型单锥真空干燥机，所以在此推荐由性能更优越的本干燥机替代单锥真空干燥机。这样就由双锥混合机专司喷雾制粒，将湿颗粒在本干燥机中进行低温快速干燥，干燥后部分颗粒粉碎后再供喷雾制粒。运转中固体物料可利用料位差和采用真空上料，就能在操作运转中避免手工操作。再因本干燥机加热面积大干燥温度低，在真空干燥下干燥速度快，自然干燥浸膏的产品质量远远好于料盘式热风烘箱。因本干燥机的单位加热面积的干燥能力远好于真空带式干燥机，而它单位加热面积的造价（包括喷雾制粒机——双锥式混合机）又远远低于真空带式干燥机，特别是它的产品质量不会低于真空带式干燥机，即在综合的性价比上会远远好于真空带式干燥机。所以，组合本干燥机和由我们提供的结构简单造价低廉的双锥喷雾制粒机，将彻底改变中药浸膏干燥的落后面貌，为中药浸膏干燥操作现代化作贡献。

因本干燥机的加热面积以薄壁内加热构件提供的加热面积为主[4]，本干燥机平均每平方米加热面积的不锈钢重量远低于传统双锥。所以，本干燥机的性价比远远好于传统双锥真空干燥机。

本干燥技术已申请专利，专利号：201210105432.X；201220286884.8。

[1]王显楼.涤纶生产基本知识[M].北京：纺织工业出版社，2001,146-152.

[2]沈善明.真空旋转密封件与双锥真空干燥机[J].医药工程设计，2005，26(6):6-8.

[3]沈善明，朱丰金.介绍一种高质量、低投资、节能的浸膏制粒真空干燥[J].医药工程设计 2011，32(6):1-3.

[4]沈善明，解学友.双锥真空干燥机的结构、节能和用材改革讨论[J].医药工程设计，2009，30(1):6-9.