小型藥用內(nèi)加熱旋扭筒真空干燥機(jī)

沈善明 朱豐金

（上海三明蒸發(fā)干燥研究所，上海 200232）

1 前言

在開發(fā)旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)真空干燥機(jī)的工作中，所遇到的最大困難莫過于擴(kuò)大加熱面積和F（m2）/V（m3）值（以下簡(jiǎn)稱F/V 值），特別是供藥品干燥用的小型干燥機(jī)，因干燥機(jī)中的空間十分狹小，給施焊和打磨拋光操作帶來極大的困難，從而影響藥品干燥對(duì)焊接質(zhì)量的嚴(yán)格要求。

對(duì)藥品干燥來說，很多的藥品都有熱敏性，就要求干燥機(jī)不僅要滿足低的干燥加熱溫度并需要在低溫度條件下快速地予以干燥。唯一能有效解決此問題的辦法是擴(kuò)大干燥機(jī)的F/V 值，結(jié)構(gòu)合理的F/V 值能體現(xiàn)出一臺(tái)干燥機(jī)的干燥能力和干燥效率。這里所指的合理是指容積（V）和加熱面積（F）之間的合理配合，還能適應(yīng)干燥物料顆粒大小與加熱板間距之間的關(guān)系。一味強(qiáng)調(diào)擴(kuò)大F（m2）值而沒有足夠干燥空間V（m3）或拒干燥物料于加熱面積之外的F/V 值也是事與愿違而不足取的?？墒窃谛⌒偷母稍餀C(jī)內(nèi)，狹小的空間與增加內(nèi)加熱構(gòu)件正好是一對(duì)很難調(diào)和的矛盾，矛盾的焦點(diǎn)還包括干燥機(jī)筒體的結(jié)構(gòu)形狀和內(nèi)加熱構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀的匹配，以及內(nèi)加熱構(gòu)件和筒體之間如何焊接和打磨拋光。

2 研發(fā)小型干燥機(jī)需要的筒體和內(nèi)加熱構(gòu)件

在長(zhǎng)期研發(fā)新型雙錐真空干燥機(jī)及其改造升級(jí)工作中，對(duì)>2 m3的干燥機(jī)加熱面積大型化取得了一些成績(jī)，但對(duì)<2 m3的干燥機(jī)，特別是≤1 m3條件時(shí)的F/V 值很不理想，不僅焊接困難并且影響焊接表面的觀感，需要突破現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)和形式才能找到出路。

在研究中發(fā)現(xiàn)以前用于聚酯切片干燥的轉(zhuǎn)鼓真空干燥機(jī)[1]，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的筒體和旋轉(zhuǎn)方式到很適用于小型藥品真空干燥。它是一種加熱夾套的兩端為橢圓形封頭的直筒體結(jié)構(gòu)，筒體的長(zhǎng)度和直徑之比較大。它的旋轉(zhuǎn)方式很特別，旋轉(zhuǎn)軸固定在筒體封頭的兩對(duì)角線上，只要筒體的長(zhǎng)徑比合適，在旋轉(zhuǎn)時(shí)不僅徑向在旋轉(zhuǎn)，而且軸向還有一定的上下翻動(dòng)功能，較大長(zhǎng)徑比的直筒體有利于設(shè)置大面積的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的內(nèi)加熱構(gòu)件，選用合適的長(zhǎng)徑比還可以使軸向位置在停車時(shí)處于接近45°的角度，有利于方便出料和設(shè)備清洗。

利用直筒體簡(jiǎn)單形狀并結(jié)合我們過去開發(fā)的楔形內(nèi)加熱板結(jié)構(gòu)，兩者很自然默契地構(gòu)成小型內(nèi)加熱干燥機(jī)。如表1所示為由0.020 m3～2.0 m3幾種小型藥用內(nèi)加熱旋扭筒真空干燥機(jī)的參數(shù)。

從結(jié)構(gòu)條件考慮，本干燥機(jī)的規(guī)格完全可以向比0.1 m3更小的規(guī)格發(fā)展。因感到一些中試生產(chǎn)的藥品，只能用真空烘箱干燥，很難擺脫烘箱料盤的手工操作所帶來的操作性污染。提供小微容積規(guī)格動(dòng)態(tài)真空機(jī)能使中試生產(chǎn)也能實(shí)現(xiàn)中試產(chǎn)品干燥的現(xiàn)代化，使中試產(chǎn)品的質(zhì)量更有保證。

3 小型藥用內(nèi)加熱旋扭筒真空干燥機(jī)結(jié)構(gòu)介紹

本干燥機(jī)是為了填補(bǔ)現(xiàn)有小型真空干燥機(jī)干燥效率低而開發(fā)的高效率小型真空干燥機(jī)，暫定規(guī)格有八種，按公稱容積規(guī)格為：0.020 m3～2.0 m3各種規(guī)格的參數(shù)見表1。它的結(jié)構(gòu)如圖1，圖2所示。它由旋轉(zhuǎn)蒸汽活接頭（1）、左軸承座（2）、驅(qū)動(dòng)鏈輪（3）、驅(qū)動(dòng)機(jī)（4）、左旋轉(zhuǎn)軸（5）、加熱夾套（6）、蒸汽加熱盤管（7）、內(nèi)筒體（8）、內(nèi)加熱構(gòu)件（9）、人孔兼出料口（10）、尾氣過濾器（11）、真空抽氣管（12）、右旋轉(zhuǎn)軸（13）、右軸承座（14）、真空密封旋轉(zhuǎn)接頭（15）、真空抽氣口（16）等構(gòu)成。它的特點(diǎn)是：內(nèi)筒體和加熱夾套焊接構(gòu)成一體，左（右）旋轉(zhuǎn)軸焊接在加熱夾套左（右）兩端的對(duì)角線上，左（右）旋轉(zhuǎn)軸支承在左（右）軸承座上，由左（右）旋轉(zhuǎn)軸所形成的旋轉(zhuǎn)中心線上仰一個(gè)20°夾角，使旋轉(zhuǎn)中心線上的尾氣過濾器始終處于粉體料位以上，驅(qū)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)固定在左旋轉(zhuǎn)軸上的驅(qū)動(dòng)鏈輪，并帶動(dòng)筒體向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，而筒體兩端的封頭一面旋轉(zhuǎn)還一面呈上下顛倒扭動(dòng)，故稱之為旋扭筒；由薄板折成和焊接的楔形內(nèi)加熱構(gòu)件焊接在內(nèi)筒體的內(nèi)壁上，≥0.1 m3規(guī)格的楔形內(nèi)加熱板構(gòu)件的中心部位均設(shè)有≥φ350的空間供清洗操作用，在每一個(gè)楔形加熱板峰底部的內(nèi)筒體上開數(shù)個(gè)蒸汽凝水聯(lián)通小孔，為固定和加強(qiáng)楔形內(nèi)加熱板與筒體的聯(lián)系，楔形加熱板兩峰之間的底部條狀薄板與內(nèi)筒體之間設(shè)數(shù)個(gè)塞焊點(diǎn)，塞焊操作在內(nèi)筒體的外壁上進(jìn)行；在夾套的內(nèi)壁上焊接多圈一次飽和蒸汽加熱盤管，夾套中充一定量的純凈水后抽掉夾套中的惰性氣體，來自旋轉(zhuǎn)蒸汽活接頭的飽和蒸汽進(jìn)蒸汽加熱盤管，加熱蒸發(fā)純凈水產(chǎn)生二次低溫（30℃～100℃）飽和加熱蒸汽，一次蒸汽凝水回蒸汽旋轉(zhuǎn)接頭上的凝水出口排出；真空加熱干燥產(chǎn)生的低溫飽和蒸汽尾氣經(jīng)筒體內(nèi)的尾氣過濾器和右旋轉(zhuǎn)軸中的真空抽氣管、筒體外的真空密封旋轉(zhuǎn)接頭和真空抽氣口排出；濕物料和干燥產(chǎn)品經(jīng)兼作人孔的進(jìn)出料口輸出（入）。

表1 小型藥用內(nèi)加熱旋扭筒真空干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖1 高效率小型真空干燥機(jī)結(jié)構(gòu)A

圖2 高效率小型真空干燥機(jī)結(jié)構(gòu)B

對(duì)于≤0.1 m3規(guī)格時(shí)，將在加熱夾套中設(shè)電加熱原件替代蒸汽盤管加熱。

從上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)說明，內(nèi)加熱旋扭筒真空干燥機(jī)的內(nèi)加熱構(gòu)件由不銹鋼薄板折彎和焊接構(gòu)成，似燈籠狀楔形內(nèi)加熱構(gòu)件整體焊接好后插入內(nèi)筒體中，再將內(nèi)加熱構(gòu)件兩側(cè)與內(nèi)筒體焊接構(gòu)成一體，這些內(nèi)加熱構(gòu)件的折彎和焊接操作可全在不受內(nèi)筒體空間大小的影響下完成，包括內(nèi)加熱構(gòu)件和內(nèi)筒體之間的焊接，也在內(nèi)筒體兩端還未焊上封頭之前進(jìn)行。最后在≥0.1 m3規(guī)格的筒體封頭焊接也可利用內(nèi)加熱構(gòu)件中心≥φ300 通道和封頭的人孔進(jìn)行。因此，小型藥用內(nèi)加熱旋扭筒真空干燥機(jī)是利用了長(zhǎng)徑比較大和直筒體形狀結(jié)構(gòu)，結(jié)合楔形內(nèi)加熱構(gòu)件高度的緊湊性默契配合，并完全避免了在狹小筒體中的焊接操作。

楔形內(nèi)加熱旋扭筒真空干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)限制了它向大型化的方向發(fā)展，幸大于2 m3以上的較大的內(nèi)加熱真空干燥機(jī)，可由楔形板內(nèi)加熱單錐真空干燥機(jī)和楔形板內(nèi)加熱滾動(dòng)干燥機(jī)接力（將于今后另文介紹）。

4 內(nèi)加熱旋扭筒真空干燥機(jī)性能分析

如圖1，圖2 和表1所示，本干燥機(jī)具有比現(xiàn)有各種動(dòng)態(tài)真空干燥機(jī)大得多的F/V 值，為干燥提供強(qiáng)大的干燥推動(dòng)力，達(dá)到快速干燥目的。特別是低溫度干燥條件如果沒有足夠的加熱面積，就只有用延緩干燥時(shí)間來彌補(bǔ)加熱面積不足的缺陷，往往幾十小時(shí)才能完成干燥已司空見慣。成倍提高干燥速度，既有利于提高熱敏性產(chǎn)品的質(zhì)量，也有利于可成倍節(jié)省干燥機(jī)的驅(qū)動(dòng)能耗。

本干燥機(jī)采用飽和水蒸氣替代熱水加熱，不僅節(jié)省了一整套熱水加熱系統(tǒng)，而且消除了熱水顯熱加熱所帶來的進(jìn)、出熱水的溫度差缺陷。這區(qū)區(qū)幾度溫度差在高溫度干燥時(shí)對(duì)干燥影響還不大，而對(duì)低溫度加熱干燥時(shí)溫差本來已經(jīng)很小就不能小視，損失幾度溫差對(duì)低溫度干燥危害很大。

雙錐真空干燥機(jī)的真空機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封件[2]與尾氣過濾器同處在干燥筒體中。任何機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封件都會(huì)在旋轉(zhuǎn)摩擦中被磨損，一旦密封件因磨損漏氣，漏氣必定會(huì)夾帶磨損污染異物直接吸入雙錐體內(nèi)而污染正在干燥中的藥品。存在這種結(jié)構(gòu)性污染隱患的旋轉(zhuǎn)真空密封件的干燥機(jī)，實(shí)際上是不符合藥品干燥要求的。由圖1 可知，本干燥機(jī)也設(shè)真空旋轉(zhuǎn)密封件，此密封件也會(huì)磨損，但真空密封件與尾氣過濾器呈串聯(lián)狀態(tài)，當(dāng)密封件因磨損漏氣時(shí)，漏氣夾帶的污染異物被阻隔在尾氣過濾器內(nèi)，污染異物就不能接觸到藥品。所以，本干燥機(jī)能真正符合藥品干燥的GMP 要求。

本干燥機(jī)的加熱總面積和F/V 值是同樣容積規(guī)格傳統(tǒng)雙錐真空干燥機(jī)的多倍，所以，本干燥機(jī)的干燥效率幾倍于傳統(tǒng)雙錐，就可在較低干燥溫度條件下快速干燥，自然干燥產(chǎn)品的質(zhì)量會(huì)大幅度提高，并成倍降低干燥機(jī)的驅(qū)動(dòng)能耗。

5 推薦干燥機(jī)的應(yīng)用

由于目前沒有現(xiàn)成的擁有很大加熱面積和F/V值的藥品真空干燥機(jī)，一些本來能在30℃左右真空加熱干燥的藥品，如用傳統(tǒng)雙錐真空干燥機(jī)進(jìn)行30℃熱水加熱干燥，因干燥機(jī)加熱面積太少和熱水顯熱加熱干燥的溫度差等原因，使干燥時(shí)間拖得太長(zhǎng)而不得不去求助于冷凍干燥，為此不僅浪費(fèi)了大量?jī)龈筛稍餀C(jī)的昂貴投資，而且還為此而浪費(fèi)了大量的能耗。本干燥機(jī)加熱面積大、F/V 值高，并用低溫飽和水蒸氣作熱源，就為高度熱敏性藥品進(jìn)行高真空和30℃左右條件下的低溫快速干燥創(chuàng)造了條件。因本干燥機(jī)可采用真空上料和一次性密閉卸料方式，用以替代凍干干燥的手工料盤式加料和布料，避免了手工操作性的污染機(jī)會(huì)。再由于本干燥機(jī)的設(shè)備投資和干燥運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用之低是凍干干燥無法比擬的，故可以大幅度節(jié)省設(shè)備投資和降低干燥的成本。

在藥品干燥中，中藥浸膏干燥數(shù)量和品種又大又多，并且困難很多，它的難點(diǎn)既有因熱敏性而要求干燥溫度低，流體狀浸膏還有獨(dú)特的粘性，殊多困難迭加在一起致使在技術(shù)上難有照顧全面的干燥機(jī)供應(yīng)用。迄今為止，在技術(shù)上要數(shù)真空帶式干燥機(jī)最好，但真空帶式干燥機(jī)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，單位加熱帶面積的產(chǎn)能低而設(shè)備投資很高，就較難推廣應(yīng)用。種種原因，為干燥效率低、干燥溫度高、手工加料和卸料帶來很多污染藥品機(jī)會(huì)的熱風(fēng)烘箱提供了趁虛而入的條件，致使落后的熱風(fēng)烘箱還能在中藥浸膏干燥領(lǐng)域占大半壁江山。

曾介紹過干燥機(jī)結(jié)合一臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的常壓常溫噴霧制粒機(jī)[3]制粒干燥。屬于小型化的本干燥機(jī)在性價(jià)比上勝過曾推薦過的小型單錐真空干燥機(jī)，所以在此推薦由性能更優(yōu)越的本干燥機(jī)替代單錐真空干燥機(jī)。這樣就由雙錐混合機(jī)專司噴霧制粒，將濕顆粒在本干燥機(jī)中進(jìn)行低溫快速干燥，干燥后部分顆粒粉碎后再供噴霧制粒。運(yùn)轉(zhuǎn)中固體物料可利用料位差和采用真空上料，就能在操作運(yùn)轉(zhuǎn)中避免手工操作。再因本干燥機(jī)加熱面積大干燥溫度低，在真空干燥下干燥速度快，自然干燥浸膏的產(chǎn)品質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于料盤式熱風(fēng)烘箱。因本干燥機(jī)的單位加熱面積的干燥能力遠(yuǎn)好于真空帶式干燥機(jī)，而它單位加熱面積的造價(jià)（包括噴霧制粒機(jī)——雙錐式混合機(jī)）又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于真空帶式干燥機(jī)，特別是它的產(chǎn)品質(zhì)量不會(huì)低于真空帶式干燥機(jī)，即在綜合的性價(jià)比上會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于真空帶式干燥機(jī)。所以，組合本干燥機(jī)和由我們提供的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低廉的雙錐噴霧制粒機(jī)，將徹底改變中藥浸膏干燥的落后面貌，為中藥浸膏干燥操作現(xiàn)代化作貢獻(xiàn)。

因本干燥機(jī)的加熱面積以薄壁內(nèi)加熱構(gòu)件提供的加熱面積為主[4]，本干燥機(jī)平均每平方米加熱面積的不銹鋼重量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)雙錐。所以，本干燥機(jī)的性價(jià)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)雙錐真空干燥機(jī)。

本干燥技術(shù)已申請(qǐng)專利，專利號(hào)：201210105432.X；201220286884.8。

[1]王顯樓.滌綸生產(chǎn)基本知識(shí)[M].北京：紡織工業(yè)出版社，2001,146-152.

[2]沈善明.真空旋轉(zhuǎn)密封件與雙錐真空干燥機(jī)[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)，2005，26(6):6-8.

[3]沈善明，朱豐金.介紹一種高質(zhì)量、低投資、節(jié)能的浸膏制粒真空干燥[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì) 2011，32(6):1-3.

[4]沈善明，解學(xué)友.雙錐真空干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)、節(jié)能和用材改革討論[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)，2009，30(1):6-9.