در فرآیند تولید فرم های دوز جامد، خشک کن های بستر سیال اغلب تجهیزات انتخابی هستند. خشک کن های بستر سیال مزایایی مانند انتقال حرارت عالی، ظرفیت تولید بالا، توزیع یکنواخت دما، حالت های مختلف عملکرد، زمان ماندگاری مواد قابل تنظیم، هزینه های سرمایه گذاری کم و حداقل تعمیر و نگهداری را ارائه می دهند.
پس از بیش از 30 سال استفاده و بهبود در چین، آنها موقعیت منحصر به فردی را در زمینه خشک کردن نشان داده اند و نقش مهم آنها به طور فزاینده ای در صنایع دارویی، شیمیایی و غذایی مشهود است.
1. اصل کار، فرآیند و ویژگی های خشک کن های بستر سیال
1.1 اصل کار خشک کن های بستر سیال، که به عنوان خشک کردن بستر سیال نیز شناخته می شوند، از هوای تمیز فیلتر شده استفاده می کنند. از طریق تبادل حرارتی همرفتی در یک مبدل حرارتی، دمای هوا قبل از ورود به مجرای اصلی توزیع هوا به مقدار مشخصی افزایش می یابد. سپس هوا توسط دریچه ها به داخل خشک کن بستر سیال توزیع می شود، در حالی که مواد مرطوب از فیدر وارد می شود. با توجه به فشار هوا، مواد وارد حالت جوش در خشک کن می شود و از تماس کافی بین هوای گرم و مواد اطمینان حاصل می کند، فرآیند انتقال گرما و جرم را افزایش می دهد و باعث تبخیر و جداسازی رطوبت در مواد در مدت زمان کوتاهی می شود. پس از خشک شدن، مواد از درگاه تخلیه تخلیه می شود و گاز خروجی از بالای بستر سیال تخلیه می شود. پودر جامد قبل از تخلیه در اتمسفر توسط یک گردگیر گرد و غبار سیکلون و یک فیلتر کیسه ای بازیابی می شود.
1.2 جریان کار: مواد از طریق گاری مواد به بستر سیال منتقل شده و توسط یک حلقه آب بندی تحت عمل مکانیزم بالابر سیلندر به بستر آب بندی می شود. سپس، هوا که توسط یک فن پیشروی القایی هدایت میشود، توسط یک فیلتر تصفیه میشود، توسط رادیاتور گرم میشود و سپس از طریق صفحه توزیع جریان هوا (صفحه نمایش) به بستر سیال (محفظه خشک کردن) توزیع میشود. مواد موجود در قیف یک حالت سیال (یعنی بستر سیال) را تحت تأثیر هوای گرم و هم زدن تشکیل می دهند. در تماس دوفاز گاز و جامد با مساحت بزرگ، رطوبت (یا حلال) داخل ماده در مدت کوتاهی تبخیر شده و با هوای خروجی منتقل میشود و در نتیجه ماده خشک میشود.
1.3 ویژگی های فنی (1) اثر انتقال حرارت عالی، دمای نسبتا یکنواخت درون بستر، ضریب ظرفیت حرارتی بالا (یا ضریب انتقال حرارت حجمی)، و ظرفیت تولید زیاد. (2) با توجه به توزیع یکنواخت دما در بستر سیال، می توان از گرم شدن بیش از حد موضعی محصول جلوگیری کرد و آن را به ویژه برای خشک کردن برخی از مواد حساس به حرارت (مانند کنجاک، پلی آکریل آمید و غیره) مناسب می کند. (3) عملیات مداوم یا متناوب را می توان در همان تجهیزات انجام داد. (4) زمان ماندن مواد در خشک کن را می توان در صورت نیاز تنظیم کرد و در نتیجه رطوبت محصول پایدار است. (5) کابینه الکتریکی مستقل و کنترل رابط انسان و ماشین PLC، ادغام تمام تنظیمات پارامتر خشک کردن، اطمینان از عملکرد ایمن و راحت. (6) اجزای انتقال مکانیکی کمتر در دستگاه خشک کن، که منجر به هزینه های سرمایه گذاری تجهیزات کم و حداقل حجم کار تعمیر و نگهداری می شود.
2. پیشنهاداتی برای بهبود خشک کن های بستر سیال پس از کاربرد و توسعه طولانی مدت، خشک کن های بستر سیال پیشرفت های قابل توجهی در ساختار و عملکرد داشته اند و کیفیت آنها دائما در حال بهبود است. با این حال، برخی از مشکلات هنوز وجود دارد. بر اساس عملکرد تولید، پیشنهادات زیر برای بهبود پیشنهاد شده است:
2.1 پیشنهادات برای بهبود استفاده ناکافی از گرما خشک کن های بستر سیال، در اصل، تجهیزات خشک کن همرفت هوا هستند. در مقایسه با تجهیزات خشک کن هدایتی، مصرف انرژی آنها در واقع بالاتر است. با این حال، با اقدامات خاصی می توان به صرفه جویی قابل توجهی در انرژی دست یافت. پیشنهادات: (1) افزایش اثر آب بندی تجهیزات. در حال حاضر، اکثر قیف های خشک کن بستر سیال با استفاده از فلنج های تخت به بدنه تجهیزات متصل می شوند و در نتیجه آب بندی ضعیفی دارند. استفاده از فلنج های صورت برجسته در طراحی توصیه می شود. بسیاری از خشک کن های پمپ وارداتی از لوله های فولادی که با پره ها پیچیده شده اند برای تبادل حرارت استفاده می کنند. در حالی که لوله های فولادی می توانند در هزینه های مواد صرفه جویی کنند، اثر تبادل حرارتی آنها ضعیف است. توصیه می شود به جای آن از لوله های مسی استفاده کنید. (2) اقدامات عایق را افزایش دهید. یک لایه عایق به پوسته بیرونی مبدل حرارتی اضافه کنید تا اتلاف حرارت را کاهش دهید. 2.2 پیشنهادات برای بهبود دستگاه جمع آوری گرد و غبار
شرط اساسی برای عملکرد موفقیت آمیز بستر سیال این است که ماده حالت سیال شدن خوبی داشته باشد که توسط یک جمع کننده گرد و غبار فیلتر با راندمان بالا حفظ می شود. راندمان حذف گرد و غبار جمع کننده گرد و غبار فیلتر تا حد زیادی اثر سیال شدن را تعیین می کند. در حال حاضر، روش های اصلی حذف گرد و غبار عبارتند از جمع آوری گرد و غبار با تکان دادن کیسه ای و جمع آوری گرد و غبار با جت پالس.
پیشنهاد: از اتصالات گیره برای کیسه های فیلتر استفاده کنید، مواد سفت و سختی را انتخاب کنید که به راحتی برای میله های تعلیق تغییر شکل نمی دهند و به طور منظم کیسه های فیلتر را بازرسی و تعویض کنید.
2.3 پیشنهادات برای بهبود صفحه توزیع جریان هوا (صفحه نمایش)
صفحه توزیع جریان هوا در خشک کن بستر سیال دو عملکرد دارد: حمایت از لایه مواد و اطمینان از توزیع یکنواخت گاز. اندازه، شکل، الگوی توزیع و نسبت دهانه بازشوهای صفحه توزیع همگی تأثیر مهمی بر توزیع سیال دارند. توزیع ناهموار گاز می تواند باعث "گردش" در بستر سیال شود. در موارد شدید، این می تواند منجر به "کانال سازی" در برخی مناطق شود در حالی که مناطق دیگر راکد باقی می مانند. در این شرایط، بیشتر گاز از طریق کانالهای خاصی در بستر اتصال کوتاه میکند و به طور قابل توجهی تماس گاز و جامد را بدتر میکند - وضعیتی که باید از آن اجتناب کرد. یک صفحه توزیع خوب طراحی شده باید ناهمواری های درون بستر را سرکوب کند. به این معنا که وقتی افت فشار کاهش مییابد و سرعت جریان هوا در مناطق خاصی از بستر افزایش مییابد، مقاومت ایجاد شده توسط صفحه توزیع باید بتواند افزایش جریان هوا را سرکوب کند و در نتیجه از بدتر شدن سیال شدن جلوگیری کند.
در حال حاضر، اکثر خشککنهای بستر سیال از یک نوع صفحه توزیع جریان هوا استفاده میکنند که اغلب یک صفحه سوراخدار عمودی یا یک صفحه مشبک بافته شده است. این به راحتی منجر به سیال شدن ناهموار یا مناطق مرده در طول سیال شدن مواد می شود و نمی تواند یکنواختی دارو را در ذرات تضمین کند. علاوه بر این، طراحی منفرد سوراخ نمی تواند الزامات فرآیند تولید داروهای مختلف را برآورده کند. از سوی دیگر، برای کاهش نشت دارو، معمولاً از ساختارهای شبکه ای چند لایه استفاده می شود. صفحه توزیع جریان هوا و بستر سیال اغلب با پیچهای متعدد ثابت میشوند، که جداسازی قطعات را ناخوشایند میکند، تمیز کردن را دشوار میکند و مستعد تجمع باقیماندهای است که منجر به آلودگی متقابل میشود. توصیه: از مدلهای دینامیک سیالات به کمک رایانه و مدلهای انتقال جرم و گرما برای انجام محاسبات شبیهسازی آیرودینامیکی و ترمودینامیکی و تأیید پارامترهایی مانند فاصله سوراخ، قطر سوراخ و نسبت سطح باز در طول طراحی صفحه توزیع جریان هوا، استفاده کنید تا نیازهای فرآیند تولید مواد مختلف را برآورده کنید. در مورد نصب، روش اتصال باید قابل جدا شدن باشد تا از نصب سریع و تمیز کردن کامل اطمینان حاصل شود.
2.4 توصیه هایی برای بهبود تصفیه هوای ورودی
ورودی های هوای گرم به طور کلی در اتاق تجهیزات کمکی قرار دارند و همراه با وسایل گرمایشی و صدا خفه کن نصب می شوند. اتاق تجهیزات کمکی و محوطه تمیز در و پنجره مستقیم ندارد. سطح تمیزی هوا در اتاق تجهیزات کمکی اغلب نسبتاً پایین است که بر کیفیت هوای گرم دارویی تأثیر می گذارد. این امر مستلزم داشتن دستگاه تصفیه خوب خود تجهیزات است. در غیر این صورت، هوای تصفیه نشده داروها را آلوده می کند و برآوردن الزامات GMP را دشوار می کند.
در حال حاضر، بسیاری از سیستمهای تجهیزات خانگی، واحدهای انتقال هوای خود را بهصورت زیر پیکربندی میکنند: پیش فیلتر – فیلتر با راندمان متوسط – گرمایش بخار (یا گرمایش الکتریکی) – فیلتر با راندمان بالا. اگرچه سیستم انتقال هوا به فیلترهای پیش فیلتر، فیلترهای متوسط و فیلترهای با راندمان بالا مجهز است، فیلترهای با راندمان بالا ممکن است به مرور زمان مسدود یا آسیب ببینند. در حال حاضر، نیاز به جایگزینی را می توان تنها به صورت بصری تعیین کرد، فاقد مبنای نظری. جایگزینی زودهنگام هزینه ها را افزایش می دهد، در حالی که جایگزینی با تاخیر باعث بدتر شدن کیفیت هوا می شود و در نتیجه بر کیفیت محصول تأثیر می گذارد. توصیه: قبل و بعد از فیلترهای با راندمان بالا، نمایشگرهای فشار دیفرانسیل را اضافه کنید، و هنگامی که فشار دیفرانسیل به مقدار معینی رسید، زنگ هشداری برای تعویض سریع ایجاد کنید.
علاوه بر این، اکثر تجهیزات فاقد دستگاههای رطوبتگیر هستند و در نتیجه مشکلات رطوبتزدایی هوا بهویژه در اواخر بهار و تابستان که رطوبت زیاد است، ایجاد میشود. عدم رطوبت زدایی می تواند تأثیر قابل توجهی بر خشک شدن مواد داشته باشد. توصیه: دستگاه های رطوبت گیر را اضافه کنید.
بسیاری از دستگاهها فاقد یک سیستم هماهنگ بین فن پیشروی القایی و دمپر هستند که به طور بالقوه باعث جریان برگشت هوا بین خاموش شدن فن و بسته شدن دمپر میشود. توصیه: شروع/توقف فن را به باز و بسته شدن دمپر متصل کنید. هنگامی که فن شروع به کار می کند، دمپر باید به طور همزمان باز شود و هنگامی که فن متوقف می شود، به طور همزمان بسته شود تا از برگشت هوا جلوگیری شود. 2.5 پیشنهادات برای بهبود ادغام تجهیزات و فرآیند تولید
جریان غیرمنطقی فرآیند خشک کردن و طراحی تجهیزات می تواند منجر به تلفات انرژی قابل توجهی شود. برای حل کامل این مشکلات، مطالعه سیستماتیک ویژگی های خشک کردن محصول برای تعیین پارامترهای بهینه فرآیند خشک کردن، مانند مطالعه خواص ماده در حال خشک کردن، ضروری است. خواص خود ماده مهمترین عامل موثر بر خشک شدن است. شکل، اندازه، ضخامت بسته بندی، روش اتصال رطوبت، و خواص شیمیایی مواد، همگی بر سرعت خشک شدن تأثیر می گذارند. به جز چند شرکت داخلی، اکثر سازندگان تجهیزات از فناوری فرآیند فرمولاسیون و شرایط لازم برای انجام آزمایش های فرآیندی آگاهی ندارند. درک آنها از شرایط استفاده از مواد مختلف نیز کافی نیست و در نتیجه تحقیق و توسعه کافی و مشکل در توسعه محصولات جدید ایجاد می شود.
2.6 پیشنهادات برای بهبود سیستم کنترل
در حال حاضر، پارامترهای عملیاتی تجهیزات بستر سیال به طور کلی بر اساس تجربه اپراتور تنظیم می شود. با این حال، دستیابی به کنترل هوشمند و قابلیت ردیابی پارامترهای فرآیند کاملاً ممکن است. این امر تقاضاهای بیشتری را برای سیستم کنترل الکتریکی تجهیزات بستر سیال ایجاد می کند. در سیستم های کنترل الکتریکی، برای تشخیص دما، رطوبت، فشار، فشار دیفرانسیل، سرعت باد، زمان کارکرد، غلظت گرد و غبار و ... و به دست آوردن داده های اولیه به یک سری دستگاه نیاز است. سپس این داده ها از طریق فرستنده ها بر روی صفحه نمایش لمسی منتقل و ذخیره می شوند. صفحه نمایش لمسی داده ها را ذخیره و تجزیه و تحلیل می کند و سپس یک مسیر فرآیند مناسب را برای دستیابی به کنترل هوشمند فرموله می کند.
2.6.1 کنترل دما
روش های معمول کنترل گرمایش هوای گرم از حالت ساده «روشن» و «خاموش» استفاده می کنند. هنگامی که دما به مقدار تنظیم شده می رسد، تامین بخار متوقف می شود، اما مبدل حرارتی همچنان گرمای باقیمانده دارد و باعث می شود دمای هوا همچنان افزایش یابد و بالعکس. این منجر به نوسانات بیش از حد دما می شود که بر کیفیت خشک شدن تجهیزات تأثیر می گذارد. توصیه: دمای هوای ورودی را با کنترل میزان جریان بخار حفظ کنید. در ابتدا، سرعت جریان بخار باید بیشتر باشد تا دمای هوای ورودی به سرعت به مقدار تنظیم شده نزدیک شود. سپس، سرعت جریان بخار باید به طور خودکار تنظیم شود تا به تدریج به مقدار تنظیم شده نزدیک شود، و در نهایت، نرخ جریان بخار پایدار باید حفظ شود تا دمای هوای ورودی ثابت بماند. 2.6.2 کنترل جریان هوا
اکثر تجهیزات کنترل جریان هوا از تنظیم سرعت تبدیل فرکانس استفاده می کنند، اما فاقد عناصر اندازه گیری جریان هوا هستند. در طول تولید، جریان هوا را فقط می توان به صورت دستی بر اساس وضعیت سیال شدن مواد تنظیم کرد، بنابراین نمی توان جریان هوای پایدار و نسبتا ثابت را تضمین کرد. تغییر در ترکیب مواد و مقاومت کیسه فیلتر می تواند بر پایداری جریان هوا تأثیر بگذارد که به نوبه خود بر سرعت خشک شدن تأثیر می گذارد. توصیه: برای کنترل خودکار، عناصر اندازهگیری جریان هوا را در مجرای ورودی هوا نصب کنید، بهطور خودکار فرکانس را بر اساس حجم جریان هوا تنظیم کنید تا جریان هوای نسبتاً ثابتی در طول تولید حفظ شود.
2.6.3 تشخیص آنلاین رطوبت
یک دستگاه تشخیص رطوبت آنلاین اضافه کنید. این به کاربران اجازه می دهد تا پارامترها را با توجه به شرایط واقعی تنظیم کنند و راندمان خشک کردن را بهبود بخشند.
2.6.4 تکرارپذیری و ردیابی فرآیند خشک کردن بستر سیال
در تولید واقعی، اپراتورها باید پارامترهای فرآیند تجهیزات را برای هر دوره تولید بازنشانی و اصلاح کنند. این امر باعث میشود که تضمین اینکه همان محصول با استفاده از پارامترهای فرآیند تجهیزات مشابه تولید میشود، غیرممکن است، بنابراین قابلیت ردیابی به خطر میافتد. طبق GMP، تجهیزات لازم است تا مقدار مشخصی از پارامترهای فرآیند تولید را ذخیره کنند تا از تکرارپذیری و ردیابی تولید اطمینان حاصل شود. هر کاربر این را با توجه به تعداد انواع محصول تنظیم می کند. خشک کن های بستر سیال به طور کلی به توانایی ذخیره 50 فرآیند تولید نیاز دارند، اما اکثر تجهیزات تولید داخل در حال حاضر نمی توانند این کار را انجام دهند. بهبود و گسترش سیستم کنترل PLC و محرک های مکانیکی برای کاملتر کردن عملکردها توصیه می شود. به عنوان مثال، حافظه کافی باید برای ذخیره چندین فرآیند تولید، ارائه چاپ پارامتر در محل، ذخیره داده و اتصال داده به رایانه شخصی ارائه شود.
3. نتیجه گیری
این مقاله با اصل کار خشک کن های بستر سیال شروع می شود، برخی از مشکلات در فرآیند تولید را بر اساس پارامترهای عملیات فرآیند خلاصه می کند و به اختصار پیشنهادهایی برای بهبود این نوع تجهیزات ارائه می دهد. امید است که سازندگان تجهیزات بتوانند تجهیزات خشک کن دارویی بیشتری را توسعه دهند که الزامات فرآیند تولید دارو را برآورده کند، پارامترهای عملکردی پیشرفته ای داشته باشد، بسیار کارآمد، سازگار با محیط زیست، صرفه جویی در انرژی و دارای شاخص های اقتصادی و فنی پیشرفته باشد.
