生物制药设备管理概述课件.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,生物制药设备管理概述,*,Click to edit Master title,Click to edit Master text,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,生物制药设备管理概述,*,Click to edit Master title,Click to edit Master text,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,生物制药设备管理概述,*,生物制药设备管理概述,主要内容,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,非绝热干燥设备,绝热干燥设备,冷冻干燥,2,生物制药设备管理概述,1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,干燥是将,湿物料的湿分（水分或其他溶剂）除去的加工过程,，往往是整个生物加工过程中在包装之前的最后一道工序。,干燥,目的,：,(1),减少体积，便于贮藏和运输,(2),降低水分，避免失活,3,生物制药设备管理概述,1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,根据传热方式，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,4,生物制药设备管理概述,1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,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,5,生物制药设备管理概述,1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,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,：,利用不同的喷雾器，将需干燥的物料喷成雾 状，形成具有较大的表面积的分散微粒，同热空气发生强烈的热交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几十秒内获得干燥。,6,生物制药设备管理概述,1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,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,：,利用不同的喷雾器，将需干燥的物料喷成雾 状，形成具有较大的表面积的分散微粒，同热空气发生强烈的热交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几十秒内获得干燥。,7,生物制药设备管理概述,1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,喷雾干燥,：,利用不同的喷雾器，将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成具有较大表面积的分散微粒同热空气发生强烈的热交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几十秒内获得干燥。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。,8,生物制药设备管理概述,1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,喷雾干燥,优点：,直接干燥溶液状态的物料，特别是粘稠液；,可控制成品含湿量；,可以得到空心球状产品；,时间短，在常压下能干燥热敏物质；,规模效益，规模越大成本越低效益越高。,缺点,：,堆积比重小，体积庞大，占地大；,粒度小，收集贮存要求高；,热容量大，设备庞大，占地大；,雾化时对物料的浓度、粘度一定要求。,9,生物制药设备管理概述,第一节 固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,喷雾干燥器,10,生物制药设备管理概述,1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,一、固体物料的干燥机理,1.,物料中水分的性质,游离水,结合水,哪一种容易干燥呢？,平衡水分,：达到平衡时物料或空气中的水分。,11,生物制药设备管理概述,1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,一、固体物料的干燥机理,2.,干燥机理,热量由气体传递给湿物料，温度升高，物,料内部的水分向表面扩散，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有关。,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,12,生物制药设备管理概述,1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,一、固体物料的干燥机理,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的含水量有关，因此可：,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,13,生物制药设备管理概述,生物工业产品的干燥特点,生物制品一般为热敏性物质。,如果干燥过程温度,高或受热时间长,因此用于生物工业产品干燥的设备必须是,快速高效,加热温度不宜过高，,产品与干燥介质的接触时间不能太长，,且干燥产品应保持一定的纯度。,如：酶制剂，如果干燥条件不当，会使酶活力下降，,一般蛋白酶在,4550,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。,影响产品的稳定性或受到破坏,1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,14,生物制药设备管理概述,第二节 非绝热干燥设备,干燥过程根据系统进出口焓的变化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：,在物料进出干燥器期间，不向干燥器补充热量。,干燥器的热损失可以忽略不计。,物料进出干燥器时的焓相等。,15,生物制药设备管理概述,非绝热干燥过程：,不向干燥器补充热量，物料进出干燥器的焓差发生了明显的改变。,向干燥器补充的热量比热损失及物料带走的热量之和还要大。,向干燥器中补充的热量足够大，能够使干燥过程在等温下进行，但进出干燥器物料的焓发生了明显的改变。,第二节 非绝热干燥设备,16,生物制药设备管理概述,2.1 非绝热干燥设备,一、单层麦芽干燥塔,麦芽干燥的目的,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,保持酶的活力,17,生物制药设备管理概述,2.1 非绝热干燥设备,一、单层麦芽干燥塔,1.,结构与操作,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,18,生物制药设备管理概述,2.1 非绝热干燥设备,一、单层麦芽干燥塔,1.,结构与操作,操作,工艺参数：,前期：,恒速，,42-4610%,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,19,生物制药设备管理概述,单层水平式流化干燥塔,流化床干燥塔：,由于麦芽处于流化状态，能强化干燥过程，故干燥迅速，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。,20,生物制药设备管理概述,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,21,生物制药设备管理概述,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,22,生物制药设备管理概述,真空密封的,干燥室,干燥室内部装有供加热介质通入的,中空盘架,真空的形成：水力喷射或蒸汽喷射器或,采用,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，以冷凝干燥中产生的水蒸气，避免水汽抽入泵内。,2.1,真空箱式干燥器,23,生物制药设备管理概述,2.1,真空箱式干燥器,24,生物制药设备管理概述,2.2,带式真空干燥器,由封闭的,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。,25,生物制药设备管理概述,2.2,带式真空干燥器,26,生物制药设备管理概述,2.2,带式真空干燥器,27,生物制药设备管理概述,2.3,耙式真空干燥器,适用于糊状物料,间歇式操作,间壁传热,物料的含水量可在很宽的范围,但生产能力较小,28,生物制药设备管理概述,2.3,耙式真空干燥器,29,生物制药设备管理概述,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,利用高速的,热气流,将物料在,流态下,进行干燥的过程,，,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，从而使湿物料达到干燥的目的。,30,生物制药设备管理概述,(,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,31,生物制药设备管理概述,特点,：,（,1,）干燥强度大：气体流速,1020m/s k=420013000kJ/m,2,（,2,）干燥时间短：物料在管内停留,15s,，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的磨损，不适合对晶形有一定要求的物料。热能利用度低，,30%,左右。,3.1,气流干燥设备,32,生物制药设备管理概述,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：可增加物料和空气的速度差,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,33,生物制药设备管理概述,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：,带有物料的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,3 m/s,左右,D,1,/D,2.77,特点：,旋风式气流干燥器没有长管式,那样的长管，因此不需要高层,的厂房，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,34,生物制药设备管理概述,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,35,生物制药设备管理概述,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的干燥过程,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,36,生物制药设备管理概述,3.2 喷雾干燥设备,37,生物制药设备管理概述,气流喷雾干燥塔,构造：,圆筒形、圆锥底,D,：,H=1,：,2.43,D,：,H,锥,=1.31.6,干燥室内由,1mm,厚的不锈钢里衬焊接而成,外部有保温层。喷嘴孔,14mm,工作原理：,压缩空气以,0.250.6Mpa,的压力高速,通过,喷嘴时，将料液（含水,50%,以上的溶液、,悬浮液、浆状液等）吸入一并喷出成雾,滴分散于热气流中，使水分迅速蒸发而,成为粉粒状制品的干燥过程。,3.2 喷雾干燥设备,38,生物制药设备管理概述,3.2 喷雾干燥设备,39,生物制药设备管理概述,气流喷雾干燥流程：,由于喷头处有螺旋线，因此形成高速度旋转的圆锥状空气涡流。,3.2 喷雾干燥设备,40,生物制药设备管理概述,喷嘴：内部混合式：常用形式，喷出的雾滴比较均匀。,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：,41,生物制药设备管理概述,分配盘的形式,旋风扩散式,叶片旋风式,作用：,使空气形成旋流与雾滴接触，提高干燥效率。,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的周边，并与水平方向成,3O,o,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：,42,生物制药设备管理概述,（二）离心喷雾干燥,1.,工作原理：,将液体加入高速旋转的离心盘中，在离心力的作用下，液,体不 断被加速，在盘的外缘被高速抛出，拉成薄膜状并获,得雾化。为了使雾化均匀，圆周线速度一般为,90-140m/s,。,转速可达,72757363rpm,。,2.,喷雾塔：,高径比较气流喷雾塔小,D,：,H=1,：,2.43,喷距的定义：,在某一半径的圆周内，有,9095%,液滴下落，不再具有水平速 度，这个半径距离即称喷距。,喷雾室的直径,与离心喷雾机的转速有关，,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，而塔径是随射程的增大而增大，因此，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,43,生物制药设备管理概述,热风盘,作用热风分配均匀,进口风速,610m/s,出口风速,812m/s,3.2 喷雾干燥设备,离心喷雾干燥：,45,生物制药设备管理概述,离心盘式雾化器,3.2,喷雾干燥设备,离心喷雾干燥：,46,生物制药设备管理概述,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的颗粒状湿物料呈沸腾状态的干燥过程（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,47,生物制药设备管理概述,单层卧式多室流化床,（柠檬酸晶体、活性干酵母）,构造：,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 装有往复运动的推料器。,工作原理：,湿物料由第一室逐步进入向下一室,移动，已干燥物料在最后一室排出。,由于隔板作用，使物料在箱内停留,时间延长，并由于撞击隔板获得垂,直向上的作用力。,4 流化床干燥设备,48,生物制药设备管理概述,沸腾造粒干燥器,结构：,倒锥形，锥角,30,（又称锥形流化床）,直径大的沿器壁有,36,个喷嘴，底部有风帽,工作原理：,先在干燥器内加入一定的晶核（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，与雾化的液滴相遇进行,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,49,生物制药设备管理概述,4 流化床干燥设备,50,生物制药设备管理概述,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,在真空的条件下，适当加热使水蒸,汽直接升华出来，而物质本身留在,冻结时的冰架中。其操作区域在水,的三相点以下。,51,生物制药设备管理概述,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),挥发性成分损失很小；,(3),微生物的生长和酶的作用无法进行；,(4),体积几乎不变，保持了原来的结构，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，适于易氧化的物质；,(7),产品能长期保存。,缺点：,(1),干燥速度慢，干燥时间长,(2),附加值高,(3),能耗大,52,生物制药设备管理概述,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,53,生物制药设备管理概述,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。,冷冻干燥系统组成：,冷冻部分,：,单级或双级,制冷压缩机（乙 醇,-112,）,真空部分,：真空泵或多级蒸汽喷射泵（,1.313Pa,）,冷凝部分,：列管式、螺旋管式、夹套 式，冷却介质低温空气或,乙 醇。,加热部分,干燥室：夹层传导加热（热水等）、辐射加热、微波,加热。加热只是供给升华热，,其温度不得使冻 结物融化。,54,生物制药设备管理概述,5 冷冻干燥,55,生物制药设备管理概述,微波一般是指波长在,1mm,1m,范围,(,频率为,300,300000MHz),的电磁波。也称做,超高频,。,微波的,传统应用,是将微波作为一种传递信息的媒介，应用于雷达、通讯、测量等方面。,近年来，除了传统的微波应用继续发展外，微波作为一种能技术也迅速发展，将微波能广泛用于对物体进行加热和干燥。,目前,915MHz,和,2450MHz,2,个频率已广泛地为微波加热所采用。,6,微波干燥原理及设备,56,生物制药设备管理概述,原理：,当待干燥的湿物料置于高频电场时，由于湿物料中,水分子具有极性，则分子沿着外电场方向取向排列，随着外电场高频率变换方向，则水分子会迅速转动或快速摆动,。又由于分子原有的热运动和相邻分子间的相互作用，使分子随着外电场变化而摆动的规则运动受到干扰和阻碍，从而引起,分子间的摩擦,而产生热量，使其温度升高。,6,微波干燥原理及设备,57,生物制药设备管理概述,58,生物制药设备管理概述,一般干燥,过程：,食品首先外部受热干燥，然后向内部传递。而热量传递与水分扩散传递的方向相反。,结果,：,热量向内层传递愈来愈慢，水分向外层传递也愈来愈慢。,微波加热,过程：,内部加热。物品的最内层首先干燥，最内层水分蒸发迁移至次内层、外层。,结果：,水分由内层向外层的迁移速度很快，即干燥速度比一般的干燥速度快很多特别是在物料的后续干燥阶段。,6,微波干燥原理及设备,59,生物制药设备管理概述,