沸腾干燥机顶喷制粒功能及温度控制研究

张大虎 徐普兴 苑兆国 刘方伟 王 英

（1.山东丹红制药有限公司，山东菏泽274000；2.山东步长医药销售有限公司，山东菏泽274000；3.山东步长制药股份有限公司，山东菏泽274000）

0 引言

沸腾干燥机是口服固体制剂干燥领域中发展最快、应用最广泛的一种高效的干燥设备，主要适用于湿软材、湿物料（颗粒）中水分的快速去除，以便制成干粉体、干物料（颗粒）等固体产品。沸腾干燥机在生产过程中，湿物料经送风保持悬浮沸腾状态后，其与空气的表面积增大，在热风干燥气流中不断进行热交换，快速带走湿物料中的水分。干燥完成时间仅需几分钟至几十分钟，生产出来的产品具有良好的流动性、分散性和溶解性。由于沸腾干燥机生产出来的产品质量好，操作快捷，省时省力，因此该设备倍受制药行业的青睐。但是，常用的沸腾干燥机仅具有干燥功能，只适用于湿物料（软材、颗粒）的干燥，并不能满足产品制粒等需求。因此，我们充分考虑目前该设备的使用现状，利用现有资源，在原设备基础上对其进行了改进，使得改进后的沸腾干燥机能够更好地满足产品的生产需求。

1 沸腾干燥机的组成、工作原理与特点

1.1 组成

沸腾干燥机由进风过滤系统（初效、中效、高效空气过滤器）、蒸汽加热器、主机（物料室、扩展室）、引风机、除尘器、电气控制系统、操作台等部件组成。

1.2 工作原理

沸腾干燥机利用末端引风机的引风作用，将前端的空气通过过滤器和加热器引入到送风管道内，再通过物料室底部的气流分布板，将热空气分布均匀地引入物料室和扩展室，由于风压的作用，湿物料在干燥机内形成沸腾状态，并与热空气的接触表面积增大，不断进行广泛接触，水分被快速蒸发，从而在较短时间内完成物料的干燥。最后，废气由风机通过过滤室和除尘器过滤后排出。

1.3 特点

（1）湿颗粒在热风的鼓动下，不断地处于沸腾状态，运动激烈，热交换迅速，流态化干燥，干燥速度快、时间短；

（2）操作过程简单，只要设定好进风温度，物料由湿变干的过程均在负压条件下的闭密容器内操作，密封性好，干燥过程不需要翻动物料，无粉尘飞扬，倾翻缷料，方便迅速；

（3）干燥后的物料水分均匀，可通过控制物料在容器内停留的时间长短，使物料干燥至预期水分；

（4）由于物料处于沸腾状态，容器内温度高低可控，分布均匀，不存在物料局部过热的情况，所以也适用于某些对热敏感物料的干燥；

（5）在制作安慰剂时，如果使用烘箱干燥，物料的色差迁移问题不易解决，而沸腾干燥机可解决物料中所含色素等可能随水分迁移的问题；

（6）对不同物料的适应性比较好，设备体积小，生产能力强，热效率高，操作控制方便，颗粒破损率小。

2 沸腾干燥机增加顶喷制粒功能的研究

2.1 沸腾干燥机的设计缺陷

随着生产品种的不断增加，需要越来越多地使用到顶喷制粒工艺，而目前所用的沸腾干燥设备仅具有干燥功能，已无法满足现有品种的生产需求，不能做到一机多用。

2.2 沸腾干燥机新增功能的改进

2.2.1 增加顶喷制粒的功能性配件

沸腾干燥机增加顶喷制粒功能所需的配件有：喷枪、50 L配液容器（气动马达搅拌）、蠕动泵（带调速）、移动车、控制系统（包括PLC制粒控制、防爆电机、防爆控制柜、变频器等，用于顶喷制粒的控制）。改进后的功能性配件如图1所示。

2.2.2 改进方法

根据流化床及制粒干燥原理：黏合剂与压缩空气形成雾化效果，首先与物料室内不断沸腾的粉末形成液体桥，不断干燥后形成固体桥，然后通过反复喷雾，逐渐变成大颗粒，最后干燥至合格水分即可。

将沸腾干燥机的扩展段拆下，选取操作时扩展段侧面位置上、中、下3处，均匀钻开100 mm的相同圆孔，根据顶喷时所需实际距离在一个圆孔处安装喷枪，其余两个圆孔用盲板密封，将压缩空气管引至喷枪，连接好蠕动泵，改造完毕。开启电源，打开蠕动泵与压缩空气，开始喷液，证实雾化效果较好。

图1 改进后的功能性配件

3 沸腾干燥机的温度控制

3.1 温度控制方面的设计缺陷

沸腾干燥机的加热控制方法：饱和蒸汽通过加热室内的列管加热，在加热室内的出风口处安装一个温度计与控制操作系统相连，控制系统温度，通过控制加热室与蒸汽电磁阀的联动来控制进风的加热温度。温度探头如图2所示。

当实际温度达到设定温度时，蒸汽电磁阀关闭，但加热列管内仍然有余热使温度继续上升。同理，加热列管温度低于设定温度时，也会出现温度浮动较大的情况，引起温度控制范围落差大和物料室内物料干燥温度不可控的问题，影响干燥及制粒效果。究其原因是蒸汽压力大小设置和温度计安装位置不合理。

图2 温度探头

3.2 温度控制的改进方案

3.2.1 改变温度计安装位置

因沸腾干燥机的原控制温度探头位于蒸汽加热室的出风口处，蒸汽加热具有时效性，显示达到设定温度后，实际温度有一个上升或下降的过程，影响实际的显示温度，且影响范围较大，进而影响干燥机的使用效果，频繁控温，易造成温度控制紊乱，起不到可靠的控温效果，因此我们考虑增加缓冲区，增加加热管距离，避开实际缓冲温度的影响，在进风段进风口处（图3）焊接热电偶接头。

图3 进风段进风口

将图2位置的温度探头移至图3处，用前移的温度探头控制沸腾干燥机的设定温度，从而控制蒸汽电磁阀的开闭，在原图2位置处安装一个数显温度计，同时观察加热室温度。

3.2.2 控制蒸汽压力

若蒸汽加热控温初始调节有序，可大大减少精确控温所需的时间。

操作时，先打开沸腾干燥机控制系统，设定好控制温度，先让蒸汽电磁阀工作，再慢慢排尽蒸汽冷凝水。初始进风温度设置不宜过高，蒸汽阀门压力不宜过大，以不超过0.1 MPa为宜。如果温度设置过高、压力过大，进入的蒸汽量就越大，温度容易过高，相应地就会增加调温、控温时间。因此初始控温以40℃为宜，后续以递增方式提高温度。

3.2.3 增加物料室温度计

在沸腾干燥机的物料段处焊接热电偶接头，安装温度探头，可实时显示物料温度，通过调节进风温度来控制物料温度。物料段的温度控制如图4所示。

图4 物料段温度控制

4 改进后的设备试制

4.1 试制所用设备仪器清单

沸腾干燥机（常州某公司）、电子秤（中山某公司）、快速水分测定仪（Sartorlus Weighing Technology Gmbh）、电子天平（赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）、摇摆制粒机、三维混合机（丹东某公司）、高速压片机（北京某公司）。

4.2 试制所用物料准备

包衣粉（绿色）、乳糖（江苏道宁药业有限公司）、交联羧甲基纤维素钠（德国瑞登梅尔父子公司）、吐温-80（南京威尔化工有限公司）、微晶纤维素（湖州展望药业有限公司）。

表1 空白试机预混制粒干燥动态监控记录

4.3 方法与结果

4.3.1 试制方法

先空白试机，再试制一批真药（用绿色包衣粉代替原料，方便观察物料的混合均匀性）。

具体试制方法：先使用摇摆制粒机分别过筛包衣粉、乳糖、微晶纤维素，再使用电子秤或电子天平按处方量精确称量后，投入到沸腾干燥机的物料室内，开启风机使物料在设备内沸腾，预混，预热；另取交联羧甲基纤维素钠、吐温-80适量，用水溶解，将其作为制粒的黏合剂。待设备进风温度控制在设定温度范围时，先用水调整喷枪雾化大小及流速，将蠕动泵吸管接入到配制好的黏合剂内。开始喷枪，同时观察物料沸腾和喷枪雾化情况并做适度调整，使物料处于良好的沸腾状态，不会发生明显的物料粘连现象。注意对过滤布袋定时“抖袋”。待黏合剂喷完后，提高送风温度，物料干燥至控制的水分标准后，停机出料，使用摇摆制粒机整粒，混合，压片。

4.3.2 试制结果

空白试机及真药试机预混制粒干燥的动态监控记录分别如表1、表2所示。

通过空白试机及试制一批真药，所制出来的颗粒细小均匀、外观色泽一致，经压片后的片重稳定、片面光泽，其硬度、脆碎度及溶出结果均符合工艺要求。可见改进后的沸腾干燥机通过前移温度探头，从而控制蒸汽电磁阀的频繁开闭，减少了蒸汽加热余温对系统控制温度的影响，避免了加热室温度的巨幅波动，将温度控制于合理范围内，使送风温度落差控制在±5℃以内。同时，加热室温度也得到了明显改善。

表2 真药试机预混制粒干燥动态监控记录

5 结语

本文通过了解沸腾干燥机的干燥功能，考虑目前设备现状，对比了新型流化床的制粒干燥功能，充分利用现有资源，购买附属设施，提出了增加顶喷制粒功能和温度控制的改进方案，在原设备基础上，增加了喷枪、蠕动泵等配件，实现了顶喷制粒功能，并精确控制了系统温度，通过上机试验，证实了设备新增功能的可行性及设备运行、温度控制的稳定性。在不影响原设备功能和生产能力的情况下，改进后的沸腾干燥机顶喷制粒效果较好，温度控制精准，减少了企业的资产投入，真正实现了一机两用功能。

[1]秦学.沸腾干燥机在制药行业应用的改进建议[J].机电信息，2010（14）：29-31.