常用真空干燥设备的特点应用与选择

常用真空干燥设备的特点、应用与选择

真空干燥设备在制药工业中应用较多，大多数干燥室可密闭的常压干燥设备都能实现真空干燥，在真空干燥技术领域里把真空干燥设备分为普通真空干燥与特种真空干燥二类，本文仅探讨普通真空干燥类。

1 真空干燥的特性

真空干燥的过程是被干燥物料置放在密封的筒体内，在真空系统抽真空的同时对被干燥物料不断加热，使物料内部的水分通过压力差或浓度差扩散到表面，水分子在物料表面获得足够的动能，在克服分子间的相互吸引力后，逃逸到真空室的低压空间，从而被真空泵抽走的过程。真空干燥其有以下特性：

(1)真空干燥的过程中，干燥室内的压力始终低于大气压力，气体分子数少，密度低、含氧量低，因而能干燥容易氧化变质的、易燃易爆物的物料等，对药品、食品和生物制品能起到一定的消毒灭菌作用，可以减少物料染菌的机会或者抑制某些细菌的生长;

(2)由于水在汽化过程中其温度与蒸汽压力成正比，故真空干燥时物料中的水分在低温下就能汽化，可以实现低温干燥，这对于有些药品、食品等产品中热敏性物料的干燥是有利的。另外低温下干燥，对热能的利用率是合理的;

(3)真空干燥可消除常压下热风干燥易产生的表面硬化现象，这是由于真空干燥时物料内部和表面之间压差大，在压力梯度作用下，水分很快移向表面，不会出现表面硬化。同时，能提高干燥速率，提高干燥时间，降低设备运转费用;

(4)由于真空干燥时，物料内和外部之间温度梯度小，逆渗透作用使得溶媒能够独自移动并收集，有效克服热风干燥所产生的溶媒失散现象。也只有真空干燥才能实现真正意义上的回收溶媒，具有环保效应。

2 常用真空干燥设备的特点及在制药工业中的应用

常用真空干燥设备大致有真空箱式、真空耙式、滚筒式、双锥回转式、真空转鼓式、真空圆盘刮板式、真空转鼓式、圆筒搅拌式、真空振动流动式与真空带式等，在此主要介绍制药工业较常应用的真空设备。

2.1 双锥回转真空干燥机

2.1.1 结构与原理

双锥回转真空干燥机如图1所示。系统由主机、冷凝器、除尘器、真空抽气系统、加热系统、净化系统与控制系统等组成。以主机而言，由回转筒体、真空抽气管路、左右回转轴、传动装置与机架等组成。

2.1.2 设备的应用

双锥回转真空干燥机适用于制药、食品等行业生产中含粉状、粒状及纤维的浓缩或混合物料的干燥，特别是需低温干燥的物料(如原料药、生化制品等)，更适用于易氧化、易挥发、热敏性、强烈刺激、有毒性物料和不允许破坏结晶体物料的干燥。

2.1.3 干燥的影响因素

在双锥回转真空干燥机干燥过程中，影响干燥速度的因素：

(1)真空度越高，越利于水分在较低温度下汽化，但真空度过高不利热传导，会影响物料加热效果。为提高物料干燥速度，应根据物料的特性综合考虑真空度，通常真空度应不低于1×104Pa;

(2)被干燥物料的状况(如物料形状、大小尺寸、堆置方法)、物料本身的含湿量、密度、粘度等性能。一般物料颗粒细而均匀、堆放松散、厚度薄，则内部水分容易扩散;

(3)提高物料的初温、经真空过滤前处理、降低物料含湿量等，均能提高真空干燥速度。

2.1.4 双锥回转真空干燥机的选用注意点

2.1.4.1 物料的特性

(1)物料的粘度，粘度随湿分而变化，并可使物料团聚成块、且易粘在筒体壁上，干燥后则易粘附在除尘器和管通上;(2)物料的容许温度(即物料所能承受的最高温度)，超过该温度将导致物料效价改变、分解破坏或变色，一般热敏性药品的容许温度可采用60℃左右;(3)物料的堆密度(指单位体积的物料质量)，由于物料是绝干物料与湿分的混合物，绝干物料又往往为颗粒状或粉末状，随着物料中湿分不同而导致绝干物料颗粒间的间隙也不同，故在原料制备时尤为注意;(4)物料的滑移角，当物料堆斜面与底面间夹角增大到某个角度时，将发生侧面物料下滑落的现象，故应根据物料的滑移角而选择锥体的角度。

2.1.4.2 干燥温度

随着物料的性质不同，可选择适当的温度，常以变温干燥法为佳，即在干燥初期温度低，逐渐提高温度以增大干燥速度。

2.1.4.3 工作真空度

通常选用1×103~1×104Pa真空度，真空度高，物料中湿分汽化温度低，干燥速度快，但真空度过高，导致抽气系统成本增加。

2.1.4.4 充填率(实际装料容积与干燥筒体容积之比)

双锥回转真空干燥机的充填率通常为30%~50%之间。

2.2 箱式真空干燥机

2.2.1 结构与原理

被干燥的物料均匀地散放在托盘中，再将托盘置于搁板上。待加热介质进入搁板后，物料靠传热接受热量，升温且其湿分汽化。干燥过程中汽化的湿分蒸发，由于真空室的抽气作用，通过干燥箱抽气阀被排出，当物料中湿分降到一定值时就完成干燥过程。

2.2.2 设备的特点与应用

箱式真空干燥机的特点：(1)被干燥物料处于静止状态，形状不易损坏;(2)干燥过程中不会发生绝干物料被抽走而损失的现象，也无粉尘产

生;(3)真空下物料溶液的沸点降低，使蒸发器的传热推动力增大，当传热量一定时可相应节省蒸发器的传热面积;(4)蒸发操作的热源可采用低压蒸汽

或发热蒸汽;(5)搁板层数多，加热面积大，热损失少，容易实现规模生产;(6)在干燥前可进行消毒处理。

其缺点：装料和出料都是手工操作，较费力，生产效率较低。同时，装出料所引起多次转序，只能靠操作规程的严格控制，才能消除交叉污染的发生。

由于箱式真空干燥机的这些特点，因而十分适宜在高温下分解、聚合和变质的热敏性物料进行低温干燥，故被广泛地采用在制药、化工、食品等行业的生产中，但近期在制药工业中的应用还多在初上项目、中小规模以及非连续式生产方式上。

2.2.3 箱式真空干燥机的影响因素与选择的注意点

用箱式真空干燥机进行物料干燥时，其影响干燥因素除与物料有关外，还与结构与制造相关。

(1)搁板(即蒸发器)，其功能为：上表面对物料传导加热，下表面对物料辐射加热以及支撑物料和托盘质量。搁板的材质、结构、表面平整度和粗糙度等方面将决定其温度、温度均匀性和辐射率，而温度、温度均匀性和辐射率三项指标将决定于物料干燥速度、均匀性，也是确保干燥质量的至关指标。