楊小榮

（常州奧凱干燥設(shè)備有限公司，江蘇常州 213131）

在藥品生產(chǎn)過(guò)程中，烘箱作為干燥設(shè)備有著廣泛的應(yīng)用。由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在使用中存在可能的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)；制藥企業(yè)在生產(chǎn)中盡可能地從強(qiáng)化管理、嚴(yán)格操作、現(xiàn)場(chǎng)控制等方面著手，以降低風(fēng)險(xiǎn)。

1 烘箱在制藥行業(yè)的應(yīng)用

近幾十年，沸騰干燥器、真空干燥器、一步制粒干燥器、微波干燥器等干燥設(shè)備相繼出現(xiàn)，其干燥的優(yōu)越性毋容置疑；但烘箱以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格較低等特性仍在繼續(xù)使用，分析其主要原因大致有以下幾條：

● 中藥行業(yè)有些中藥材、草藥等塊狀、條狀等形態(tài)物料無(wú)法采用其它形式的干燥設(shè)備，烘箱干燥是最簡(jiǎn)單、實(shí)用、可行的操作方法。

● 固體制劑制粒的有些物料質(zhì)地較重，在沸騰干燥床中難以“流態(tài)化 ”，沸騰效果不佳；因此，此類(lèi)品種不適合采用沸騰干燥工藝，而在烘箱中的干燥卻能較好地實(shí)現(xiàn)。

● 對(duì)某些顆粒劑產(chǎn)品，需要粒度分布較小，顆粒形態(tài)略大、較扎實(shí)，如用沸騰干燥則細(xì)粉較多，采用過(guò)篩方法進(jìn)行篩選，得率較少，既浪費(fèi)人工又浪費(fèi)時(shí)間，而采用烘箱卻可以滿(mǎn)足這一要求。

● 烘箱的工藝操作簡(jiǎn)單、技術(shù)要求不高，對(duì)目前使用的烘箱來(lái)說(shuō)，只要做到認(rèn)真觀察，勤翻動(dòng)物料，了解烘箱溫度的分布，適當(dāng)進(jìn)行上下、左右烘盤(pán)的替換，使之達(dá)到物料水分烘干的均勻效果是完全可能的。

2 目前藥品生產(chǎn)中使用的烘箱存在的問(wèn)題

目前，國(guó)內(nèi)藥品生產(chǎn)使用的烘箱大部分為熱風(fēng)循環(huán)烘箱。熱風(fēng)循環(huán)烘箱的結(jié)構(gòu)及工作原理如圖1 所示。

圖1 中風(fēng)機(jī)吹出的風(fēng)經(jīng)上風(fēng)道（12）、調(diào)節(jié)板（3）換熱器（4）受熱后，熱風(fēng)通過(guò)左導(dǎo)流板孔（5）進(jìn)入箱體內(nèi)并對(duì)烘盤(pán)（15）內(nèi)的物料進(jìn)行加熱。物料揮發(fā)的水分被熱風(fēng)帶出，經(jīng)右導(dǎo)流板（14）進(jìn)入右循環(huán)風(fēng)道（13）并再次吸入風(fēng)機(jī)，進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)。

當(dāng)循環(huán)熱風(fēng)的含濕達(dá)到一定量時(shí)，程序指令調(diào)節(jié)板旋轉(zhuǎn)90°，打開(kāi)排濕口（1），含濕空氣被排出。新風(fēng)從新風(fēng)口（2）進(jìn)入左風(fēng)道予以補(bǔ)充。間斷一定時(shí)間后，調(diào)節(jié)板復(fù)位，熱風(fēng)繼續(xù)循環(huán)并繼續(xù)對(duì)物料進(jìn)行熱交換。

2.1 熱風(fēng)循環(huán)式烘箱存在的問(wèn)題

由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，熱風(fēng)循環(huán)烘箱存在不少的問(wèn)題，主要有：

● 烘箱內(nèi)部循環(huán)熱風(fēng)的過(guò)濾、凈化問(wèn)題；

● 箱體內(nèi)部位的溫差較大，造成物料干燥不均勻，影響產(chǎn)品質(zhì)量；

● 烘箱內(nèi)部無(wú)法完好清洗問(wèn)題；● 熱風(fēng)循環(huán)烘箱的干燥效率較低、能耗較大；● 勞動(dòng)強(qiáng)度較大。

2.2 熱風(fēng)循環(huán)烘箱的空氣凈化問(wèn)題

圖1 熱風(fēng)循環(huán)烘箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

熱風(fēng)循環(huán)烘箱的干燥物料除了塊狀、條狀的中草藥材外，絕大部分是顆粒和粉狀物，在熱風(fēng)循環(huán)過(guò)程中難免會(huì)有少量的微?；蚍垠w被熱風(fēng)攜帶進(jìn)入循環(huán)風(fēng)道內(nèi)，而這些風(fēng)道內(nèi)所裝的過(guò)濾裝置經(jīng)一段時(shí)間的使用后，過(guò)濾器也會(huì)失效，而由于設(shè)備結(jié)構(gòu)的原因，過(guò)濾器更換比較困難，風(fēng)道內(nèi)壁也難以進(jìn)行清洗；在換批或換品種時(shí)極易造成交叉污染。因此總體上說(shuō)，目前的熱風(fēng)循環(huán)烘箱不能完全符合GMP 的要求。

2.3 熱風(fēng)循環(huán)烘箱內(nèi)部的溫差問(wèn)題

根據(jù)圖1 所示，由于換熱器靠近左側(cè)物料，且加熱后的熱風(fēng)進(jìn)入箱體，如果溫度傳感器放置的位置不恰當(dāng)，則傳感器無(wú)法準(zhǔn)確表示熱風(fēng)溫度。另外，如果導(dǎo)流板角度調(diào)節(jié)不好，由于熱空氣的快速上升，致使熱風(fēng)從箱體左側(cè)進(jìn)入向右側(cè)上方流動(dòng)，這樣，就造成箱內(nèi)左上方區(qū)域溫度較高，而右下方區(qū)域溫度偏低。盡管熱風(fēng)在不斷地循環(huán)，但一般說(shuō)來(lái)，箱體內(nèi)的溫差會(huì)有8～12℃之大。藥廠(chǎng)在實(shí)際操作時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，會(huì)在干燥一定時(shí)間后將左右烘車(chē)、上下烘盤(pán)進(jìn)行交換，使不同位置的物料獲取近似相同的熱量交換。

下面顯示的是空載箱體和滿(mǎn)載物料的二種狀態(tài)下，熱空氣流動(dòng)的示意圖（見(jiàn)圖2、圖3）。

圖2 空載時(shí)箱體內(nèi)熱風(fēng)流動(dòng)示意圖

2.4 熱風(fēng)循環(huán)烘箱內(nèi)部的清洗問(wèn)題

由于熱風(fēng)循環(huán)烘箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)原因，箱體左右兩側(cè)風(fēng)道及頂部風(fēng)道的清洗很難達(dá)到理想效果及驗(yàn)證要求，翅片式換熱器表面吸附的細(xì)粉在清洗過(guò)程中也同樣無(wú)法達(dá)到理想效果及驗(yàn)證要求，最終造成風(fēng)道與翅片換熱器表面吸附的未完全清洗的物料變質(zhì)后再脫落而形成污染源的隱患。

圖3 滿(mǎn)載時(shí)箱體內(nèi)熱風(fēng)流動(dòng)示意圖

2.5 熱風(fēng)循環(huán)烘箱的干燥效率較低、能耗大

熱風(fēng)循環(huán)烘箱內(nèi)的熱空氣在箱體內(nèi)反復(fù)循環(huán)，每次循環(huán)時(shí)帶走一定量的水分。由于烘箱中的物料存放于烘盤(pán)中，物料存放有一定的高度，一般在1～4 cm之間；循環(huán)熱風(fēng)帶走的是物料表面蒸發(fā)的水分。對(duì)每一盤(pán)物料來(lái)說(shuō)，其干燥的先后順序是先表面，后中間，最后才是底部（見(jiàn)圖4）?？赡艹霈F(xiàn)的情況就是，表面已經(jīng)干燥但中間和底部的物料還未干。對(duì)采用淀粉漿作為粘合劑的顆粒來(lái)說(shuō)，要完全干燥一箱物料，需要5～9 h 的時(shí)間。而采用HPMC 乙醇溶液作為粘合劑的顆粒至少也要2～4 h。由此可知，熱風(fēng)循環(huán)烘箱干燥的效率是較低的[1]。

2.6 熱風(fēng)循環(huán)烘箱的操作較落后、勞動(dòng)強(qiáng)度較大

熱風(fēng)循環(huán)烘箱的操作幾乎完全由手工完成。操作人員除了將物料送進(jìn)、取出之外，還要對(duì)干燥物料進(jìn)行翻動(dòng)。生產(chǎn)結(jié)束后，還要對(duì)箱體內(nèi)部以及烘車(chē)、烘盤(pán)、烘布、工器具等進(jìn)行嚴(yán)格的清洗。整個(gè)操作周期較長(zhǎng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

圖4 物料干燥揮發(fā)示意圖

3 改進(jìn)熱風(fēng)循環(huán)烘箱結(jié)構(gòu)使之符合GMP 要求

既然熱風(fēng)循環(huán)烘箱是目前藥品生產(chǎn)中廣泛使用的設(shè)備，通過(guò)對(duì)設(shè)備的整體改進(jìn)，從結(jié)構(gòu)的合理性、循環(huán)空氣的凈化處理、提高干燥效率、降低能耗、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等方面著手，使烘箱能夠更加符合GMP 要求。

3.1 分體式潔凈烘箱[2]

分體式潔凈烘箱是將箱體內(nèi)的加熱器、過(guò)濾器移至箱體外，將該部分設(shè)備獨(dú)立設(shè)置。箱體與輔機(jī)之間通過(guò)風(fēng)管連接，在箱體的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口各安裝一個(gè)風(fēng)閥加以隔離，使箱體和輔機(jī)成為兩個(gè)獨(dú)立體。箱體一個(gè)是物料區(qū)，潔凈的熱空氣和含濕物料進(jìn)行熱交換；輔機(jī)是加熱、過(guò)濾、循環(huán)排濕系統(tǒng)，對(duì)含濕、含粉末的空氣進(jìn)行過(guò)濾和再次加熱，部分濕空氣排出箱體。

分體式的設(shè)計(jì)，解決了箱體內(nèi)部的清洗問(wèn)題；同時(shí)外置式加熱過(guò)濾系統(tǒng)通過(guò)對(duì)熱風(fēng)溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，有效解決了箱體內(nèi)部溫差大的問(wèn)題（見(jiàn)表1 及圖5）；當(dāng)然，熱空氣在箱體內(nèi)循環(huán)過(guò)濾的問(wèn)題也可得到有效解決。

輔機(jī)可安裝在烘箱的上部；一般是安裝在頂層板的上方，即：技術(shù)夾層內(nèi)（具體位置可根據(jù)藥廠(chǎng)具體情況，以方便維修、更換部件為標(biāo)準(zhǔn)）；也可安裝在箱體旁邊的操作間內(nèi)。（也可將輔機(jī)安裝在箱體旁的非潔凈區(qū)房間，但此種情況對(duì)輔機(jī)的要求更高，輔機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、風(fēng)管的密封性等都有嚴(yán)格的要求；輔機(jī)、風(fēng)道等需要進(jìn)行驗(yàn)證）

表1 分體式潔凈烘箱的驗(yàn)證報(bào)告（均勻性驗(yàn)證）

圖5 16 點(diǎn)測(cè)溫布線(xiàn)圖

兩種安裝方法可參見(jiàn)圖6、圖7[3]。

● 立面布置的分體式潔凈烘箱；

圖6 立面布置的分體式潔凈烘箱示意圖

圖7 平面布置的分體式潔凈烘箱示意圖

● 平面布置的分體式潔凈烘箱。

3.2 對(duì)流分體式潔凈烘箱[2]

分體式潔凈烘箱解決了熱風(fēng)循環(huán)烘箱存在的一些問(wèn)題，但此種形式的烘箱由于熱風(fēng)與物料的接觸形式仍未改變，還是存在干燥效率低的問(wèn)題。主要原因是該類(lèi)烘箱的熱風(fēng)是在物料表面；由于烘盤(pán)內(nèi)堆放物料會(huì)有一定的厚度，而熱風(fēng)在烘盤(pán)之間的空間進(jìn)行流動(dòng)，熱風(fēng)和物料的熱量傳遞僅僅是在物料的表面進(jìn)行。要提高干燥速度，需要操作人員對(duì)物料的多次翻動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)。這樣既增加了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)在翻動(dòng)物料時(shí)也容易造成粉塵飛揚(yáng)，污染操作環(huán)境。

提高干燥效率可采用的另一種方法，是強(qiáng)迫熱風(fēng)的流動(dòng)不是順著物料表面，而是正對(duì)著物料，由上向下穿透物料層面，使熱風(fēng)在穿透物料過(guò)程中和所接觸的物料進(jìn)行熱交換；這樣將會(huì)大大加快干燥速度，提高干燥效率[4]。

對(duì)流分體式潔凈烘箱就是這種既能達(dá)到潔凈要求、降低箱體內(nèi)溫差（見(jiàn)表2 及圖8），又能提高熱效率的具有多方面優(yōu)點(diǎn)的干燥設(shè)備。對(duì)流分體式潔凈烘箱主箱體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖8。

表2 對(duì)流分體式潔凈烘箱的驗(yàn)證報(bào)告（均勻性驗(yàn)證）

圖8 對(duì)流分體式潔凈烘箱主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)流分體式潔凈烘箱的特點(diǎn)是：由于箱體中烘車(chē)的上下前后均用板材和門(mén)板及硅橡膠加以密封，且在每層烘盤(pán)上下加裝斜板（導(dǎo)流板），使每層的熱風(fēng)按斜板所設(shè)定的通道流通；熱風(fēng)從烘盤(pán)上方直接穿過(guò)盤(pán)中的物料往盤(pán)的下方斜向流出。這種強(qiáng)迫氣流穿過(guò)的方式，有效地增加了熱交換的面積，干燥效率大大提高，能耗也可大大降低。據(jù)某藥廠(chǎng)提供的數(shù)據(jù)，干燥溫度75℃，水分從25%降至2%以下，某物料采用熱風(fēng)循環(huán)烘箱干燥需要8～9 h，而采用對(duì)流分體式潔凈烘箱只需要2～3 h；可極大的提高干燥效率。熱風(fēng)循環(huán)烘箱和對(duì)流分體式潔凈烘箱的干燥時(shí)間對(duì)比參見(jiàn)表3。

表3 熱風(fēng)循環(huán)烘箱與對(duì)流分體式潔凈烘箱干燥時(shí)間對(duì)比表

圖9 16 點(diǎn)測(cè)溫布線(xiàn)圖

4 結(jié)論與展望

綜上所述，分體式潔凈烘箱和對(duì)流分體式潔凈烘箱能夠有效解決熱風(fēng)循環(huán)烘箱存在的無(wú)法徹底清洗、空氣過(guò)濾的有效性、箱體內(nèi)溫差較大、干燥時(shí)間長(zhǎng)，干燥效率低、能耗高等問(wèn)題；當(dāng)然這些改進(jìn)還處于初期階段，隨著對(duì)烘箱結(jié)構(gòu)和原理的進(jìn)一步研究，對(duì)其改進(jìn)肯定還存有較大的提升空間。無(wú)論對(duì)于烘箱的結(jié)構(gòu)、熱風(fēng)循環(huán)的的流通方式、空氣的過(guò)濾和加熱方式等的進(jìn)一步優(yōu)化，還是自動(dòng)化控制系統(tǒng)更多的應(yīng)用，更多采用現(xiàn)代高科技手段以尋找出更優(yōu)化的解決方案將是今后烘箱技術(shù)不斷提高的主旋律，使烘箱這一傳統(tǒng)的干燥設(shè)備和干燥技術(shù)得到更大的提升，為我國(guó)的制藥工業(yè)發(fā)揮更積極的作用。

[1] 王志祥，楊崧，等.制藥工程原理與設(shè)備[M]. 北京：人民衛(wèi)生出版社，2007.8.

[2] 藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010 年修訂版）,[S].

[3] 醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠(chǎng)房設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50457-2008）,[S]

[4] 潘永康主編.現(xiàn)代干燥技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.2