生物制药设备管理概述

生物制药设备第十章干燥设备生物制药设备管理概述第1页主要内容固体物料干燥机理及生物工业产品干燥特点非绝热干燥设备绝热干燥设备冷冻干燥生物制药设备管理概述第2页1固体物料干燥机理及生物工业产品干燥特点干燥是将湿物料湿分（水分或其它溶剂）除去加工过程，往往是整个生物加工过程中在包装之前最终一道工序。干燥目标：(1)降低体积，便于贮藏和运输(2)降低水分，防止失活生物制药设备管理概述第3页1固体物料干燥机理及生物工业产品干燥特点依据传热方式，干燥分为：热传导干燥：真空干燥冷冻干燥辐射干燥：红外干燥对流干燥→空气为热源电加热汽加热固定床干燥气流干燥沸腾干燥喷雾干燥苹果生物制药设备管理概述第4页1固体物料干燥机理及生物工业产品干燥特点固定床干燥：物料不动，空气流动热传导

缺点：物料表面有一层气体膜，热量需要穿透厚，才能接触物料；蒸汽也需要穿透气膜才能蒸发，如麦芽干燥，需16h气流干燥：高速热气流将颗粒悬浮于气流中，一边与热气流并流输送，一边进行干燥。如青霉素，味精等

缺点：空气流速需克服物料重力，才能使物料流动，气体需要量大生物制药设备管理概述第5页1固体物料干燥机理及生物工业产品干燥特点沸腾干燥：物料膨胀处于漂浮状态，其表面气膜被破坏。缺点：水分蒸发，物料膨胀，空隙越来越大，中间易沸腾，两边阻力大，造成干燥不均匀喷雾干燥：利用不一样喷雾器，将需干燥物料喷成雾状，形成含有较大表面积分散微粒，同热空气发生强烈热交换，快速排除本身水分，在几秒至几十秒内取得干燥。生物制药设备管理概述第6页1固体物料干燥机理及生物工业产品干燥特点沸腾干燥：物料膨胀处于漂浮状态，其表面气膜被破坏。缺点：水分蒸发，物料膨胀，空隙越来越大，中间易沸腾，两边阻力大，造成干燥不均匀喷雾干燥：利用不一样喷雾器，将需干燥物料喷成雾状，形成含有较大表面积分散微粒，同热空气发生强烈热交换，快速排除本身水分，在几秒至几十秒内取得干燥。生物制药设备管理概述第7页1固体物料干燥机理及生物工业产品干燥特点喷雾干燥：利用不一样喷雾器，将悬浮液和粘滞液体喷成雾状，形成含有较大表面积分散微粒同热空气发生强烈热交换，快速排除本身水分，在几秒至几十秒内取得干燥。成品以粉末状态沉降于干燥室底部，连续或间断从卸料器排出。生物制药设备管理概述第8页1固体物料干燥机理及生物工业产品干燥特点喷雾干燥优点：①直接干燥溶液状态物料，尤其是粘稠液；②可控制成品含湿量；③能够得到空心球状产品；④时间短，在常压下能干燥热敏物质；⑤规模效益，规模越大成本越低效益越高。缺点：①堆积比重小，体积庞大，占地大；②粒度小，搜集贮存要求高；③热容量大，设备庞大，占地大；④雾化时对物料浓度、粘度一定要求。生物制药设备管理概述第9页第一节固体物料干燥机理及生物工业产品干燥特点喷雾干燥器生物制药设备管理概述第10页1固体物料干燥机理及生物工业产品干燥特点一、固体物料干燥机理1.物料中水分性质游离水结合水哪一个轻易干燥呢？平衡水分：到达平衡时物料或空气中水分。生物制药设备管理概述第11页1固体物料干燥机理及生物工业产品干燥特点一、固体物料干燥机理2.干燥机理热量由气体传递给湿物料，温度升高，物料内部水分向表面扩散，汽化被气流带走，空气既是载热体，又是载湿体，干燥速率与传质速率和传热速率相关。若表面汽化速率＜内部扩散速率则干燥受表面汽化速率控制若表面汽化速率＞内部扩散速率则干燥受内部扩散速率控制干燥前期干燥后期生物制药设备管理概述第12页1固体物料干燥机理及生物工业产品干燥特点一、固体物料干燥机理2.干燥机理干燥前期，受表面汽化控制，这与空气流速和空气含水量相关，所以可：

△增加空气流量→大气流干燥

△降低空气湿度干燥后期，受内部扩散控制→高温小气流干燥生物制药设备管理概述第13页生物工业产品干燥特点生物制品普通为热敏性物质。假如干燥过程温度高或受热时间长所以用于生物工业产品干燥设备必须是快速高效加热温度不宜过高，产品与干燥介质接触时间不能太长，且干燥产品应保持一定纯度。如：酶制剂，假如干燥条件不妥，会使酶活力下降，普通蛋白酶在45~50℃时失活已非常严重，有些活性酶对稳定更敏感，30℃即完全失活。影响产品稳定性或受到破坏1固体物料干燥机理及生物工业产品干燥特点生物制药设备管理概述第14页第二节非绝热干燥设备干燥过程依据系统进出口焓改变通常分为绝热干燥过程（等焓干燥过程）和非绝热干燥过程（非等焓干燥过程）。绝热干燥过程：①在物料进出干燥器期间，不向干燥器补充热量。②干燥器热损失能够忽略不计。③物料进出干燥器时焓相等。生物制药设备管理概述第15页非绝热干燥过程：①不向干燥器补充热量，物料进出干燥器焓差发生了显著改变。②向干燥器补充热量比热损失及物料带走热量之和还要大。③向干燥器中补充热量足够大，能够使干燥过程在等温下进行，但进出干燥器物料焓发生了显著改变。第二节非绝热干燥设备

生物制药设备管理概述第16页2.1非绝热干燥设备一、单层麦芽干燥塔麦芽干燥目标绿麦芽42-45%→1.5-3.5%以前：三层麦芽干燥塔现在：单层高效麦芽干燥塔排水分除根除生腥味，产生香味保持酶活力生物制药设备管理概述第17页2.1非绝热干燥设备一、单层麦芽干燥塔1.结构与操作①结构翅片式加热器加热室空气循环系统单层高效干燥塔装置1—塔体2—刮板机3—干燥室4—支撑柱5—空气混合室6—排料口7—烘床

8—热风进口9—废气出口10—排风口11—进风口12—冷却风进口13—回风口

14—余热回收养

15—空气加热器

16—风机

17—风道

18—传动装置

生物制药设备管理概述第18页2.1非绝热干燥设备一、单层麦芽干燥塔1.结构与操作②操作工艺参数：前期：恒速，42-46↓10%

干燥温度＜55℃后期：降速，10%↓3-3.5%干燥温度约为85℃2特点优点：产量高，麦层高，能耗小，结构简单缺点：不能搅拌水分滞后，3-4h温度滞后生物制药设备管理概述第19页单层水平式流化干燥塔流化床干燥塔：因为麦芽处于流化状态，能强化干燥过程，故干燥快速，生产能力大，缺点是能耗大，空气压力不足时，麦芽流化不完全，干燥不均匀。

生物制药设备管理概述第20页第二节非绝热干燥设备二、真空干燥设备(一)原理

真空干燥都是使物料处于真空状态下，使物料中所含水分由液态变成气态而除去。(二）适用范围热敏性产品易氧化产品生物制药设备管理概述第21页第二节非绝热干燥设备二、真空干燥设备(三)类型真空箱式干燥器带式真空干燥器耙式真空干燥器生物制药设备管理概述第22页真空密封干燥室,干燥室内部装有供加热介质通入中空盘架真空形成：水力喷射或蒸汽喷射器或采取往复式真空泵或机械油泵时，则应在干燥箱或真空泵间装一个冷凝器，以冷凝干燥中产生水蒸气，防止水汽抽入泵内。2.1真空箱式干燥器生物制药设备管理概述第23页2.1真空箱式干燥器生物制药设备管理概述第24页2.2带式真空干燥器由封闭不锈钢料带、加热滚筒、冷却滚筒、加热装置及抽真空系统组成。用于液状和浆状物料。生物制药设备管理概述第25页2.2带式真空干燥器生物制药设备管理概述第26页2.2带式真空干燥器生物制药设备管理概述第27页2.3耙式真空干燥器适合用于糊状物料间歇式操作

间壁传热物料含水量可在很宽范围但生产能力较小生物制药设备管理概述第28页2.3耙式真空干燥器生物制药设备管理概述第29页第三节绝热干燥设备一气流干燥设备气流干燥原理及流程利用高速热气流将物料在流态下进行干燥过程，热空气与粉状或颗粒状湿物料在流动过程中充分接触，气体与固体物料之间进行传热与传质，从而使湿物料到达干燥目标。生物制药设备管理概述第30页(一）长管式气流干燥（味精）1.流程物料空气过滤加热鼓风机长管分离器气体布袋除尘器

湿式除尘器粗味精固体物料分级筛产品粉末3.1气流干燥设备生物制药设备管理概述第31页特点：

（1）干燥强度大：气体流速10~20m/sk=4200~13000kJ/m2（2）干燥时间短：物料在管内停留1~5s，热敏性物料适宜。如：140℃

干燥赤霉素，130℃干燥四环素。（3）适用性广：粒径范围0.1～10mm，含湿量30%～40%（4）设备简单，连续操作。另外：气流干燥对物料有一定磨损，不适合对晶形有一定要求物料。热能利用度低，30%左右。3.1气流干燥设备生物制药设备管理概述第32页气流干燥设备(1)干燥管干燥直管：多级串联，总长符合要求即可脉冲管：可增加物料和空气速度差旋风式气流干燥器：

(2)空气加热器：螺旋翅片式、列管式(3)空气过滤器：丝网（浸油）(4)加料器：螺旋加料器，文丘里加料器3.1气流干燥设备生物制药设备管理概述第33页旋风式气流干燥器（抗生素）结构：圆筒形、中央排气管筒身可附有蒸汽夹套、保温层操作：带有物料气流在上部以切线方向进入，呈螺旋状向下到底部后再折向中央排气管从上排出。中央排气管气速20m/s左右环管气速3m/s左右D1/D≈2.77特点：旋风式气流干燥器没有长管式那样长管，所以不需要高层厂房，操作也较简便。

湿物料之前在风管中加入，进入时50%水分已除去3.1气流干燥设备生物制药设备管理概述第34页旋风式气流干燥管旋风式干燥器流程图3.1气流干燥设备生物制药设备管理概述第35页3.2喷雾干燥设备（一）原理和特点喷雾器将原料喷成雾状，与热空气发生热量和质量传递干燥过程特点：干燥速度快、干燥温度较低、产品分散性和溶解性良好关键：喷雾器压力式喷雾器气流式喷雾器离心式喷雾器生物制药设备管理概述第36页3.2喷雾干燥设备生物制药设备管理概述第37页气流喷雾干燥塔结构：圆筒形、圆锥底

D：H=1：2.4~3D：H锥=1.3~1.6

干燥室内由1mm厚不锈钢里衬焊接而成外部有保温层。喷嘴孔1~4mm工作原理：压缩空气以0.25~0.6Mpa压力高速经过

喷嘴时，将料液（含水50%以上溶液、悬浮液、浆状液等）吸入一并喷出成雾滴分散于热气流中，使水分快速蒸发而成为粉粒状制品干燥过程。3.2喷雾干燥设备生物制药设备管理概述第38页3.2喷雾干燥设备生物制药设备管理概述第39页气流喷雾干燥流程：因为喷头处有螺旋线，所以形成高速度旋转圆锥状空气涡流。3.2喷雾干燥设备生物制药设备管理概述第40页喷嘴：内部混合式：惯用形式，喷出雾滴比较均匀。外部混合式喷嘴上有螺旋槽，使气流切线进入，并形成湍流，对料液产生摩擦分裂作用，把液滴拉成细雾。3.2喷雾干燥设备气流喷雾干燥：生物制药设备管理概述第41页分配盘形式旋风扩散式叶片旋风式作用：使空气形成旋流与雾滴接触，提升干燥效率。叶片旋风式（如图）空气分配盘。由30个叶片均匀焊接于分配盘顶周围，并与水平方向成3Oo角，热风排出方向依旋风方向而定。3.2喷雾干燥设备气流喷雾干燥：生物制药设备管理概述第42页（二）离心喷雾干燥1.工作原理：将液体加入高速旋转离心盘中，在离心力作用下，液体不断被加速，在盘外缘被高速抛出，拉成薄膜状并获得雾化。为了使雾化均匀，圆周线速度普通为90-140m/s。转速可达7275~7363rpm。2.喷雾塔：

高径比较气流喷雾塔小D：H=1：2.4~3

喷距定义：在某二分之一径圆周内，有90~95%液滴下落，不再含有水平速度，这个半径距离即称喷距。

喷雾室直径与离心喷雾机转速相关，液滴直径与转速成反比，液滴射程（即喷距）与液滴直径成正比，即转速小时，液滴射程大，而塔径是随射程增大而增大，所以，喷盘转速越小，喷雾室直径越大。

显然，干燥塔半径大于喷距时，绝大部分液滴就不会碰壁。3.2喷雾干燥设备生物制药设备管理概述第43页离心喷盘：喷枪式喷盘锥形喷盘圆帽式喷盘喷枪式喷盘：由一组喷嘴（普通为6个）伸在离心盘外，如同翼轮一样。但中心形成负压，被喷物料容易卷起，粘在顶壁上。锥形和圆帽形可防止这一不足，后两种形式很好。锥形喷盘：是一组喷嘴装在离心盘内，防止中心形成负压圆帽式喷盘：其喷孔出口向下倾斜45°，防止被喷物料向上翻。3.2喷雾干燥设备离心喷雾干燥：生物制药设备管理概述第44页

热风盘作用热风分配均匀进口风速6~10m/s出口风速8~12m/s3.2喷雾干燥设备离心喷雾干燥：生物制药设备管理概述第45页离心盘式雾化器3.2喷雾干燥设备离心喷雾干燥：生物制药设备管理概述第46页4流化床干燥设备流化床干燥原理及特点原理：利用热空气使置于筛板上颗粒状湿物料呈沸腾状态干燥过程（空气流速与物料自由沉降速度相等）特点：传质速率大；干燥温度均匀，易控制；利于连续化、自动化操作，能耗小等。适用颗粒直径：30微米-6毫米生物制药设备管理概述第47页单层卧式多室流化床（柠檬酸晶体、活性干酵母）结构：长方形横截面，底部为多孔金属网板，开孔率4%~13%，网板上由挡板隔成若干室，挡板上下可调，每一小室下方有热空气进入支管，可调气量。沸腾床上可装有往复运动推料器。工作原理：湿物料由第一室逐步进入向下一室移动，已干燥物料在最终一室排出。因为隔板作用，使物料在箱内停留时间延长，并因为撞击隔板取得垂直向上作用力。4流化床干燥设备生物制药设备管理概述第48页沸腾造粒干燥器结构：倒锥形，锥角30°（又称锥形流化床）直径大沿器壁有3~6个喷嘴，底部有风帽工作原理：先在干燥器内加入一定晶核（底料），

液体物料与压缩空气一起经喷嘴侧向上喷入流化床（气流式喷嘴），热风从底部风帽上升，与雾化液滴相遇进行传热传质。料液一边雾化一边加入晶核（返料），返料量少时产品颗粒大。操作参数：进风温度80℃

、床层温度50℃

物料温度60℃、4流化床干燥设备生物制药设备管理概述第49页4流化床干燥设备生物制药设备管理概述第50页5冷冻干燥一原理及特点1.原理被干燥物先降温冻结成固体，然后在真空条件下，适当加热使水蒸汽直接升华出来，而物质本身留在冻结时冰架中。其操作区域在水三相点以下。生物制药设备管理概述第51页5冷冻干燥一原理及特点2.特点优点(1)低温，适于热敏性物质；(2)挥发性成份损失很小；(3)微生物生长和酶作用无法进行；(4)体积几乎不变，保持了原来结构，不会发生浓缩现象。(5)疏松多孔，呈海绵状，复水性好。(6)高度真空下操作，适于易氧化物质；(7)产品能长久保留。缺点：(1)干燥速度慢，干燥时间长

(2)附加值高

(3)能耗大生物制药设备管理概述第52页5冷冻干燥二设备冷冻干燥系统主要由四部分组成：

(1)冷冻部分(2)真空部分(3)水汽去除部分(4)加热部分—干燥室生物制药设备管理概述第53页蒸汽压缩制冷流程图

l－膨胀阀2一蒸发器

3一压缩机4一冷凝器蒸汽压缩式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸收式制冷。蒸汽压缩式制冷过程分为压缩、冷凝、膨胀和蒸发4阶段。