TRONG NGÀNH DƯỢC PHẨMII.NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:- Khảo sát tổng quan về ngành công nghiệp bào chế dược phẩm Việt Nam- Nghiên cứu về kỹ thuật tầng sôi và thiết bị sấy tạo hạt tầng sôi trong
Tính cấp thiết của đề tài
Dân số nước ta hiện nay khoảng 90 triệu và có thể đạt 99 triệu vào năm 2018,điều kiện môi trường nước ta còn kém nên phát sinh nhiều bệnh tật, gây không ít khó cứu khoa học kỹ thuật) cho ngành dược phẩm nước nhà vừa đáp ứng điều kiện phát triển thểtrạng giống nòi, vừa thúc đẩy kinh tế đất nước phát triển.
Bên cạnh những thuận lợi về mặt kinh tế xã hội, ngành dược Việt Nam vẫn tồn tại nhiều thách thức Hiện nay cả nước ta có khoảng 200 công ty dược, trong số đó chỉ có khoảng 60 công ty đủ tiêu chuẩn GMP-WHO (Tiêu chuẩn thực hành tốt sản xuất thuốc thế giới) và khoảng 25 công ty đạt tiêu chuẩn GMP-ASEAN (Tiêu chuẩn thực hành tốt sản xuất thuốc Đông Nam Á) Nhìn chung, trìnhđộ kỹ thuật, công nghệ sản xuất thuốc của Việt Nam còn thấp và chưa được đầu tư đúng hướng, đặc biệt là kinh phí cho các đề tài nghiên cứu dược chất, trang thiết bị sản xuất còn thấp và hạn hẹp.
Dây chuyền công nghệsản xuất chưa được làm chủ, hầu như phụthuộc hoàn toàn vào công nghệ nước ngoài như Trung Quốc, Đài Loan, Ấn Độ, Hàn Quốc, Đức,…không phù hợp với các điều kiện sản xuất tại Việt Nam, cũng như gây khó khăn trong công tác điều khiển chất lượng mẻthuốc.
Để nâng cao chất lượng sản xuất thuốc và đáp ứng nhu cầu trong nước cũng như cạnh tranh với thuốc nhập khẩu, ngành dược Việt Nam phải đạt Tiêu chuẩn GMP-WHO vào năm 2015 Để thực hiện được mục tiêu này cần sự hợp tác nghiên cứu giữa các Bộ, ngành, đặc biệt là các trường đại học và các công ty dược trong nước.
Nghiên cứu thiết kế máy sấy tầng sôi tạo hạt trong ngành dược phẩm nhằm giải quyết bài toán phát triển ngành dược Máy sấy tầng sôi đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo hạt và sấy khô dược phẩm Bằng việc tối ưu thiết kế của máy sấy tầng sôi, có thể nâng cao hiệu suất sản xuất, đảm bảo chất lượng hạt dược phẩm và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp dược.
Mục tiêu của luận văn
Nghiên cứu thiết kếthiết bịsấy tầng sôi tạo hạttrong ngành dược phẩm
Nội dung thực hiện của luận văn
Để đạt được mục tiêu đềra cần thực hiện các nội dung sau:
Ngành dược Việt Nam đang trên đà phát triển, song song với đó là nhu cầu chế tạo thiết bị tầng sôi tạo hạt phục vụ trong ngành dược của các doanh nghiệp Tình hình chế tạo thiết bị tầng sôi tạo hạt trong nước hiện nay tương đối lạc quan, với nhiều đơn vị trong nước đã làm chủ công nghệ này, cung cấp cho thị trường nội địa và xuất khẩu.
Nghiên cứu tổng quan vềthiết bịsấy tầng sôi trong ngành dược.
Phân tích so sánh các hệmáy sấy tầng sôi đang được sửdụng trong ngành dược.
Nghiên cứu tính toán các thông sốthiết kếmáy sấy tầng sôi tạo hạt ( hạt có tỉ trọng
1,730g/cm 3 ,đường kớnh hạt trung bỡnh 780 àm, năng suất 200kg/mẻ)
Phương pháp nghiên cứu
Áp dụng các phương pháp nghiên cứu kếthừa:
Kế thừa có chọn lọc từ các bài báo khoa học, các nghiên cứu thực nghiệm, các sổ tay thiết kế trong và ngoài nước về phương pháp sấy tầng sôi ứng dụng trong ngành sản xuất dược phẩm.
Tìm hiểu vềthiết bịsấy tầng sôi đãđược sản xuất chếtạo trong nước.
Tiếp cận và tiếp thu các ý kiến phản hồi vềcông tác sửdụng thiết bị sấy tầng sôi tại một sốcông ty sản xuất dược phẩm trong nước.
Trên cơ sở nghiên cứu đó, rút ra các kinh nghiệm thực tế để khắc phục trong mẫu thiết kếthiết bịsấy tầng sôi được đềcập trong nội dung của luận văn.
Các nội dung lý thuyết giới hạn trong nghiên cứu:
Cơ sởlý thuyết của quá trình sấy.
TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SẤY TẦNG SÔI TẠO HẠT
Tình hình sản xuất dược phẩm nước ta hiện nay
Những khó khăn, thách thức
Vềquy mô ngành, so với các nước phát triển trên thế giới ngành dược Việt Nam được đánh giá khá non trẻvềtuổi đời lẫn kinh nghiệm.Năng lực cạnh tranh còn yếu so với các doanh nghiệp nước ngoài, đặc biệt là thiếu hiểu biết về các quy định sở hữu trí tuệ, thiếu vốn, kỹthuật công nghệcòn chưa phát triển (chủyếu do không đủ nguồn ngân sách để tổ chức nghiên cứu và chi phí đầu tư công nghệ rất tốn kém), nguồn nhân lực cho ngành còn rất thiếu, chưa đáp ứng được các nhu cầu cho phát triển Sản phẩm thuốc chưa đa dạng, các sản phẩm của ngành chủyếu đơn giản, có giá trị không cao.
Hình 2.1Cơ cấu các loại bào chếthuốc do Việt Nam sản xuất
Theo WTO (Tổ chức y tế Thế Giới) và UNCTAD (Hội nghị Thương mại và Phát triển Liên Hợp Quốc), ngành công nghiệp dược được phân chia thành 4 cấp độ:
- Cấp độ 1: Nước đó hoàn toàn phải nhập khẩu thuốc.
- Cấp độ 2: Sản xuất được một số thuốc tên gốc (generic); đa sốthuốc phải nhập khẩu.
- Cấp độ 3: Có công nghiệp dược nội địa; có sản xuất thuốc generic; xuất khẩu được một số dược phẩm.
- Cấp độ4: Sản xuất được nguyên liệu và phát minh thuốc mới.
Theo đánh giá, hiện nay ngành công nghiệp dược Việt Nam chỉ đứngở gần mức 3, tức nghĩa là “công nghi ệp dược nội địa sản xuất đa sốthành phẩm từnguyên liệu ngoại nhập”.
Bên cạnh chưa làm chủ được vềnguồn nguyên liệu, việc đầu tư công nghệ, định hướng nghiên cứu phát triển của ngành cũng chưa đư ợc quan tâm và đầu tư đúng mức Thực tế, phần lớn cơ sở vật chất và các trang thiết bị của các cơ sở sản xuất thuốc cũng như các cơ sở nghiên cứu để triển khai sản xuất hiện nay còn thiếu và không đồng bộnên áp dụng các công nghệtiên tiến vào sản xuất còn nhiều trởngại.
Nguyên nhân một phần do chi phí đầu tư công nghệ và nghiên cứu khá cao và tốn kém Bình quân đầu tư cho một dây chuyền sản xuất thuốc đảm bảo chất lượng khoảng 30 đến 35 tỷ VNĐ tuỳtheo quy mô của nhà máy, đầu tư một hay nhiều dây chuyền thì chi phí còn có thể tăng cao hơn.
Phân khúc khách hàng tiềm năng của ngành dược Việt Nam bao gồm đông đảo người dân nông thôn có nhu cầu cao về các loại thuốc giá rẻ Điều này tạo cơ hội cho các doanh nghiệp dược nội địa mở rộng thị trường Bên cạnh đó, việc nâng cao mức sống và ý thức đối với sức khỏe của người tiêu dùng Việt Nam đang thúc đẩy nhu cầu sử dụng thuốc, góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành dược trong nước.
Nhờ những chính sách ưu đãi, đầu tư của Nhà nước vào lĩnh vực dược phẩm, các doanh nghiệp trong nước đã mạnh dạn đầu tư, xây dựng nhà xưởng, lắp đặt dây chuyền sản xuất đạt tiêu chuẩn GMP quốc tế, tạo bước đệm nâng cao năng lực cạnh tranh với doanh nghiệp nước ngoài, góp phần cung cấp thuốc chữa bệnh, nâng cao sức khỏe cộng đồng, thúc đẩy sự phát triển chất lượng giống nòi dân tộc.
B ả ng 2.1 Số lượng các doanh nghiệp đạt GPs qua các năm
Trong lộ trình qui hoạch ngành dược trước những cạnh tranh thách thức từ các doanh nghiệp nước ngoài của chính phủ, ngành công nghiệp sản xuất trang thiết bịphục vụsản xuất ngành dược cũng được chú ý phát triển.
Ngành cơ khí chếtạo máy Việt Nam nói chung đặc biệt là cơ khí dược trong những năm qua đã có sựphát triển mạnh mẽ: Trước đây hầu như toàn bộ các loại máy móc thiết bị cần thiết cho nhà máy dược phẩm chúng ta phải nhập khẩu Ngay cả những linh kiện thay thế như khuôn đóng nang, khuôn nang mềm, bộ chày cối dập viên, các Công ty dược cũng phải nhập khẩu Nhưng nay hầu như toàn bộ các loại máy trong dây chuyền sản xuất dược phẩm trong nước đã sản xuất được Về chất lượng, tính năng, mức độ hiện đại so với máy sản xuất ở các nước tiên tiến, máy trong nước cũng không thua kém nhưng v ềgiá cảthì thấp hơn nhiều.
Phát triển sản xuất máy móc thiết bị phục vụsản xuất thuốc là một trong số các yếu tố để phát triển mạnh mẽ hơn nữa sản xuất thuốc trong nước Một sốdoanh nghiệp đãđầu tư thành công sản xuất các máy móc đòi hỏi độ chính xác cao và đáp ứng được công nghệ hiện đại trong sản xuất thuốc Đây là lĩnh vực đầy tiềm năng khi các nhà sản xuất mởrộng, đổi mới sản xuất đáp ứng yêu cầu thị trường.
Hiện tại khoảng 50% máy móc thiết bịtrong dây chuyền sản xuất dược phẩm của các công ty sản xuất dược phẩm trong nước vẫn là nhập khẩu, nhưng xu hướng các Công ty dược chọn thiết bị ngoại để đầu tư cho nhà máy của mình đang giảm dần, các nguyên nhân chính như sau :
Để tuân thủ tiêu chuẩn GMP-WHO, các doanh nghiệp sản xuất dược phẩm cần đầu tư khoảng 35% tổng giá trị đầu tư vào dây chuyền thiết bị đạt chuẩn Ước tính theo mức đầu tư tối thiểu cho mỗi dây chuyền GMP, giá trị thiết bị cho toàn bộ doanh nghiệp sản xuất dược phẩm sẽ rất lớn.
B ả ng 2.2 Một số cơ sởsản xuất thiết bị ngành dược
STT Tên Công Ty Đánh giá
1 Công ty TNHH Chế Tạo Máy
Dược Phẩm Tiến Tuấn Áp dụng triệt để các tiêu chuẩn hiện hành vềthiết bịsản xuất dược phẩm của thếgiới như tiêu chuẩn CE, UL,…cùng hệ thống sản xuất theo tiêu chuẩn ISO 9001:2008 nên có thị phần máy thiết bị ngành dược trong và ngoài rất cao Rất chú trọng đầu tư nghiên cứu, cập nhật công nghệ mới của thế giới để áp dụng cho sản phẩm của mình Sản phẩm đa dạng vềchất lượng và mẫu mã, đặc biệt được đánh giá cao ở dòng máy ép vỉ tự động và hệ thống sấy tầng sôi Có thể sản xuất từ các bộ chày cối dập viên, khuôn vô nang, khuôn ép vỉ, cho đến cả dây chuyền sản xuất dược phẩm như dây chuyền xát hạt khô, xát hạt ướt.
2 Công ty CổPhần Cơ Khí Chính
Cơ quan chủ quản: Viện Cơ Học ỨngDụng (thuộc Viện KH-CN Việt Nam).
Sản phẩm đa dạng trong ngành chế tạo máy dược phẩm Chất lượng sản phẩm cạnh tranh được với sản phẩm ngoại nhập, nhưng giá thành chỉ khoảng một nửa Chưa sản xuất máy dập ép vỉ tự động.
3 Công ty TNHH Máy Dược
Trước là công ty thương mại, nhập khẩu Thiết Bị Y Tế Ban đầu là nhà cung cấp các dòng máy dược phẩm của Hàn Quốc, Đài Loan, Ấn Độvà Trung Quốc, về sau mở thêm xưởng sản xuất, chủ động trong việc cung cấp các trang thiết bị phục vụ cho các doanh nghiệp trong nước.
4 Công ty cơ khí chính xác Chí
Sản phẩm chủ yếu là máy ép vỉ, khuôn mẫu ngành dược và chày cối máy dập viên
5 Công ty TNHH Phước Đăng Chủ yếu sản xuất khuôn mẫu ngành dược Thịphần về máy chưa đáng kể
6 Công ty TNHH cơ khí dược
Là doanh nghiệp đi sâu vào nghiên cứu chếtạo các loại máy móc thiết bị ngành dược phẩm và thực phẩm Sản phẩm đa dạng, chất lượng, mẫu mã đáp ứng các
Quy trình công nghệ sản xuất dược phẩm dạng thuốc viên
Theo cơ cấu dây chuyền sản xuất dược phẩm trong nước ( Hình 2.2 ), được tổng hợp bởi Cục quản lý dược, dây chuyền sản xuất dược phẩm dạng thuốc viên chiếm hơn 50% cơ cấu toàn ngành, do đó giới hạn đề tài này chỉ tập trung nghiên cứu trên cơ sở các công nghệ liên quan trong dây chuy ề n s ả n xu ất dượ c ph ẩ m d ạ ng thu ố c viên mà trong đócó nhấn mạnh vai trò của hệthống sấy tầng sôi tạo hạt.
Thuốc viên nén là dạng thuốc ở thể rắn có hình dạng kích thước khác nhau nhưng thông thường là hình trụ dẹt, hình bầu dục, hình thoi, hình khối dẹt… Có hàm lượng xác định, được điều chế bằng cách nén 1 hay nhiều dược chất với tá dược dưới dạng hạt nhỏ thành viên. Đối với viên chứa thuốc độc, hoặc viên dùng ngoài thì nhuộm màu hoặc dùng hình dáng khác nhau để phân biệt.Đối với viên có mùi khó uống hoặc khó bảo quản thì có thể bao áo bên ngoài.
Hình 2.3 S ản phẩm thuốc vi ên b Ưu điểm, nhược điểm
Liều lượng tương đối chính xác,sử dụng thuận tiện và đơn giản.
Có thể in chữ, khắc rãnh, in hàm lượng thuốc lên trên mắt viên làm giảm sự nhầm lẫn khi dùng thuốc.
Thể tích gọn nên vận chuyển dễ dàng.
Bảo quản được lâu vì ít chịu tác động của ngoại cảnh.
Có thể bao ngoài 1lớp vỏ để bảo vệ và che dấu mùi khó chịu của dược chất.
Có thể cơ khí hoá và tự động hoá quá trình sản xuất.
Năng xuất cao giá thành hạ.
Khó uống đối với trẻ em và người bệnh bị hôn mê.
Tác dụng chậm. d Thành ph ần:
Dược chất Dược chất là các chất có tác dụng chữa bệnh.Các chất này có nguồn gốc khác nhau,có thể chất và tính chất khác nhau.
Tính chất lý hóa của dược chất đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất thuốc Nó ảnh hưởng đến phương pháp sản xuất, số lượng và chất lượng tá dược sử dụng Đối với hầu hết các dược chất, để tạo thành viên nén, cần phải trộn chúng với một hoặc nhiều chất phụ gia trước Sau đó, hỗn hợp này trải qua giai đoạn tạo hạt để đảm bảo tính ổn định và dễ nén, tạo thành viên nén đạt tiêu chuẩn.
Tá dược Tá dược là các chất phụ được thêm vào dược chất để có thể sản xuất (được thêm vào dược chất để tăng cơ tính,thể tích trước khi nén viên…) , bảo quản và sử dụng theo yêu cầu chất lượng của viên.
Yêu cầu chung của tá dược viên nén là: đảm bảo độ bền cơ học của viên, độ ổn định hoá học của dược chất,giải phóng tối đa dược chất vùng hấp thu, không có tác dụng dược lí riêng,không độc,dễ dập viên và giá cả hợp lí.
2.2.2 Quy trình công nghệ sản xuất dược phẩm dạng thuốc viên
Quá trình sản xuất thuốc viên nén dựa trên nguyên tắc: Dùng lực nén để tạo thành khối rắn từ các hạt nhỏ thành viên, viên thuốc tạo được không những đạt được độ bền cơ học để khỏi bị vỡ viên trong quá trình đóng gói, vận chuyển và bảo quản,mà còn phải đảm bảo độ tan rã và tác dụng điều trị của thuốc.
Do đó trong quá trình sản xuất viên nén phải qua một số công đoạn xử lí mới có thể dập thành viên đạt tiêu chuẩn chất lượng.
B ảng 2.3 Các thông số kỹ thuật của hạt cần kiểm soát
STT Thông số kỹ thuật của bột, cốm cần kiểm soát
Vai trò,ảnh hưởng đến chế phẩm
1 Kích thước và phân bố kích thước hạt
Phù hợp với khối lượng viên, lưu tính, khả năng chịu nén, đồng đều khối lượng
2 Tỷ trọng biểu kiến Độ xốp và khả năng chịu nén, tỷ trọng viên 3 Độ xốp của cốm Lực nén, độ cứng, độ rã,độ hoà tan
4 Tốc độ chảy, lưu tính Đồng đều khối lượng, hàm lượng
5 Tính chịu nén Lực nén, độ cứng
6 Độ ẩm Tính dính, lưu tính, độ cứng và độ ổn định 7 Nồng độ hoạt chất và độ đồng đều
Khả năng phân liều chính xác và đồng đều hàm lượng của viên nén
Có 2 phương pháp để sản xuất viên nén:
Phương pháp dập thẳng (dập trực tiếp) : thuốc được trộn đều tất cả các thành phần của công thức thành khối bột thuốc đồng nhất và dập trên máy
Phương pháp sản xuất viên nén qua tạo hạt : thuốc phải trải qua công đoạn tạo hạt để thu được hạt thuốc đủ tiêu chuẩn dập thành viên Có thể xát hạt ướt (là cách tạo hạt với tá dược dính ở thể lỏng, thường là nước) và xát hạt khô (là tạo hạt với tá dược dính ở thể khô).
Vì bột thuốc thường không đáp ứng đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật cần thiết, nên phương pháp tạo hạt thường được áp dụng trong bào chế viên nén thay vì phương pháp dập trực tiếp ít được sử dụng hơn.
2.2.2.1 Sản xuất viên nén bằng phương pháp dập trực tiếp
Phương pháp dập thẳng được hiểu là phương pháp dập viên không qua giai đoạn xát hạt. a)Ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ứng dụng
Sản xuất viên nén bằng phương pháp dập thẳng chỉ cần có hai thiết bị căn bản là thiết bị trộn khô và máy dập viên Theo phương pháp này có thể tiết kiệm được chi phí đầu tư trang thiết bị và cơ sở vật chất, quy trình sản xuất nhanh hơn và ti ết kiệm được năng lượng hơn khi sản xuất bằng các phương pháp xát hạt So với viên được điều chế bằng phương pháp xát hạt ướt, tốc độ phóng thích dược chất của viên nén điều chế bằng phương pháp dập thẳng ít thay đổi theo thời gian bảo quản Phương pháp này thích hợp với những dược chất dễ bị phá huỷ bởi nhiệt, áp dụng với các viên có tỷ lệ hoạt chất nhỏ(ít hơn 30%).
Hạn chế của phương pháp này là các yêu cầu khắc khe về đặc tính của các hoạt chất có thể dùng để nén trực tiếp như :
Tổng số các giai đoạn 4 7 8
- Có tinh thể dạng khối lập phương hay trong dạng hình thể nhất định - Kích thước hạt đảm bảo tính trơn chảy và tính chịu nén khi dập trực tiếp.
Thông thường kích thước hạt từ 100 đến 600 μm - Có tính kết dính tốt khi dập
Nhược điểm tiếp theo là tá dược dùng cho phương pháp này thường đắt, khó thu hồi và sửa chữa khi dập viên không đạt yêu cầu Quy trình sản xuất thuốc nén có 4 công đoạn cơ bản: tạo hạt, chế tạo viên nén, bao phim và đóng gói.
Hình 2.4 Quy trình bào chế thuốc viên nén theo phương pháp dập thẳng 2.2.2.2 Sản xuất viên nén bằng phương pháp xát hạt khô
Phương pháp xát hạt khô (hay còn gọi là phương pháp dập kép) là phương pháp như các vitamin, natri hydro carbonat, kháng sinh, … Phương pháp xát hạt khô ít thông dụng, là lựa chọn cuối cùng so với phương pháp xát hạt ướt và phương pháp dập trực tiếp. b) Quy trình gồm 7 công đoạn theo sơ đồ sau
Hình 2.5 Quy trình bào chế thuốc viên nén theo phương pháp xát hạt khô2.2.2.3 Sản xuất viên nén bằng phương pháp xát hạt ướt
Trong sản xuất viên bằng phương pháp xát hạt ướt, sự liên kết giữa các tiểu phần rắn để tạo thành hạt kết tụ là do tác động của một pha lỏng được gọi là tá dược dính lỏng. a) Ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ứng dụng:
Quá trình xát hạt ướt tối ưu hóa độ kết dính và chịu nén của bột bằng cách tạo ra các hạt lớn, xốp Khi nén, các hạt này vỡ ra, hình thành các bề mặt mới tăng cường khả năng liên kết giữa các hạt, đảm bảo độ bền của viên nén ngay cả ở lực nén thấp.
– Lượng tá dược dính cần thiết ít hơn trong phương pháp xát hạt khô nhưng sự liên kết giữa các tiểu phần chất rắn rất tốt Đa số các tá dược được sử dụng mang tính phổ biến và rẻ tiền.
Thiết bị sấy tầng sôi tạo hạt trong ngành dược
Như trên đã phân tích, quy trình sản xuất thuốc viên nén bằng phương pháp xát hạt ướt mang lại nhiều ưu điểm như sự phân bố đồng đều của dược chất trong khối hạt đồng nhất, khả năng kết dính và chịu nén của các hạt tốt hơn cho công đoạn dập viên, nhờ đó các tính chất vật lý của viên nén thành phẩm như độ cứng, độ bền mòn,độ rã cũng ổn định hơn Nhược điểm hạn chế duy nhất của phương pháp này là trong quy trình có sử dụng các tá dược lỏng làmẩm và phải sấy khô ở nhiệt độ cao Do đó rất hạn chế trong bào chế các dược chất nhạy cảm với nhiệt độ và độ ẩm Tuy nhiên, với biện pháp khắc phục là sử dụng thiết bị sấy tầng sôi tạo hạt trong quy trình ở công đoạn sấy hạt đãđem lại một giải pháp tối ưu để giải quyết hạn chế còn tồn tại này.
Thiết bị sấy tầng sôi tạo hạt trong ngành dược sử dụng nguyên lý sấy tầng sôi với tác nhân sấy là dòng không khí được lọc (do tác dụng trực tiếp đến sản phẩm thuốc nên yêu cầu về chất lượng lọc của hệ thống lọc trong các thiết bị sây tầng sôi trong ngành dược phải đảm bảo hiệu suất lên đến 99.99%), táchẩmvà gia nhiệt đến nhiệt độ sấy Dòng tác nhân sấy được đưa vào tủ sấy nhờ một quạt hút, đi qua các khe hở trên ghi phân phối khí Khi vận tốc dòng khíđạt tới một giá trị nhất định, nó cuốn các hạt vật liệu bùng lênở vào trạng thái tầng sôi.
Thiết bị sấy tầng sôi đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất thuốc viên bằng phương pháp xát hạt ướt Thiết bị này đảm bảo sản phẩm được trộn đều, đồng nhất và nhiệt sấy được sử dụng hiệu quả nhờ dòng khí mang nhiệt tiếp xúc toàn bộ bề mặt hạt thuốc Hơn nữa, sấy tầng sôi cho phép sấy ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ cho phép của vật liệu, nhờ thời gian tiếp xúc giữa vật liệu và nguồn nhiệt thấp Thiết bị này có khả năng sấy hạt có kích thước từ 50 đến 2000 μm, độ ẩm đầu vào từ 15% đến 25% So với các loại thiết bị sấy tĩnh, sấy tầng sôi chiếm diện tích mặt bằng nhỏ hơn 1/3 nhưng năng suất cao gấp 3 lần.
Ngoài tác dụng chính là sấy khô nguyên liệu, sấy tầng sôi còn có thể tham gia quá trình t ạo hạt Cốm thuốc trước khi đưa vào máy dập viên để nén tạo hình được sấy tạo hạt đến độ ẩm ( dưới 7%) và kích thước nhất định (thường từ 0.5 đến2mm) Ngoài việc nâng cao chất lượng viên như viên đạt độ cứng, độ rã cần thiết,dược chất đồng nhất, việc tạo hạt còn mang tính chất công nghệ cho công đoạn dập Điểm mấu chốt của quá trình tạo hạt này chính là cung cấp cho các hạt vật liệu các giọt tá dược dính lỏng dưới dạng phun sương Quá trình tạo hạt diễn ra khi các tá dược lỏng được phun trộn vào các đơn thể vật liệu đãđược sấy trộn trước đó, làm cho các hạt vật liệu này đạt đến trạng thái nửa ướt và dễ kết dính với các hạt khác để tạo thành hạt có kích thước, độ xốp, độ ẩm mong muốn Quá trình tạo hạt trong hệ thống sấy tầng sôi mang lại nhiều ưu điểm rõ rệt như hạt vật liệu thành phẩm đồng nhất, có tỉ trọng thấp, tính trơn chảy phù hợp với công nghệ dập viên, hiệu suất sấy trộn- tạo hạt cao và dễ dàng điều khiển quá trình nhờ thay đổi các thông số như nhiệt độ sấy, tốc độ dòng khí sấy, lưu lượng và tốc độ phun của tá dược lỏng.
Hình 2.18 Cơ chế tạo hạt trong hệ thống sấy tầng sôi tạo hạt
Về mặt kết cấu, thiết bị sấy tầng sôi có cấu tạo như một buồng sấy kín, với một đường gió vào phía dưới và một đường gió ra phía trên Bên trong buồng sấy có khay lưới phân phối với các khe hở trên bề mặt Kích thước các khe hở được chọn sao cho các hạt vật liệu không thể lọt qua Khay phân phối đóng vai trò quan trọng trong thiết bị sấy tầng sôi, không những có nhiệm vụ đỡ khối hạt vật liệu mà còn góp phần tạo ra sự chảy rối và phân bố đồng đều tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt theo tiết diện buồng sấy, đồng thời hình thành vô số dòng tia mà các hạt vật liệu được treo ở trạng thái lơ lửng (trạng thái tầng sôi).
Hình 2.19 Hệthống sấy tầng sôi trong ngành dược
1 Tủ lọc đầu vào 2 Nồi chứa sản phẩm 3 Túi lọc 4 Quạt hút 5 Bảng điều khiển 6.Khay phân phối khí 7 Sản phẩm 8 Súng phun 9 Ống dẫn tá dược lỏng
2.3.2 Phân loại 2.3.2.1 Phân loại theo dạng cấp liệu:
Cũng như các thiết bị sấy khác, thiết bị sấy tầng sôi trong công nghiệp có hai
Hình 2.20 Mô hình thiết bị sấy tầng sôi cấp liệu liên tục
1- Quạt 2- Buồng hoà trôn 3 - Lớp vật liệu sấy 4- Buồng sấy 5-Cơ cấu nạp liệu
6- Buồng chứa sản phẩm 7- Xyclone b Thiết bị sấy tầng sôi theo mẻ
Dạng thiết bị sấy tầng sôi này thực hiện quá trình sấy các vật liệu được cấp theo liệu và tháo liệu diễn ra gián đoạn nên giá thành cao hơn sấy liên tục vì tốn nhiều nhiệt lượng hơn (phải vệ sinh và làm nguội thiết bị sau mỗi mẻ sấy).
Thiết bị sấy tầng sôi kết hợp hệ thống phun dịch từ trên xuống được ứng dụng rộng rãi trong các phương pháp tạo hạt bằng tá dược dính lỏng, nhờ vào cấu tạo đơn giản Nguyên liệu sấy nằm trên đĩa phân phối khí trong tủ sấy hình côn ở đáy Tá dược lỏng được phun từ phía trên tủ để tiến hành quá trình tạo hạt.
Hình 2.22 Thiết bị sấy tầng sôi thông thường b Thiết bị sấy tầng sôivới hệ thống phun dịch tiếp tuyến:
Hình 2.23 Thiết bị sấy tầng sôi có ghi đỡ vật liệu xoay Ở dạng thiết bị này, dòng không khí sấy đi vào buồng sấy qua các khe hở giữa khay đỡ vật liệu và thành bên trong của tủ sấy Với chuyển động quay của kh ay đỡ, các hạt vật liệu dưới tác dụng của lực ly tâm, sẽ chuyển động xoắn ốc theo tiết diện của buồng sấy Tá dược lỏng được phun vào theo hướng tiếp tuyến, cùng chiều với quỹ đạo của dòng vật liệu Chuyển động của vật liệu một phần nhờ từ chuyển động của ghi đỡ nên thiết bị dạng này có thể sấy các hạt vật liệu có kích thước quá nhỏ hoặc quá lớn mà phương pháp sấy tầng sôi thông thường không mang lại hiệu quả (không thể tạo được trạng thái tầng sôi) Thiết bị sấy này mang lại sản phẩm hạt có hình dáng trònđều và rắn ch ắt hơn. c Thiết bị sấy tầng sôi với hệ thống phun dịch từ dưới lên:
Hình 2.24 Thiết bị sấy tầng sôi kiểu Wurster
Thiết bị sấy tầng sôi kiểuWurster vẫn có ghi phân phối khí giống như thiết bị sấy tầng sôi thông thường, tuy nhiên kết cấu có thêm một ống trụ rỗng đặt bên trên đĩa phân phối khí (còn gọi làống Wurster) Khoảng cách giữa ống và đĩa phân phối khí có thể thay đổi nhờ vào một cơ cấu cơ khí hoặc khí nén Các hạt vật liệu theo khe hở giữa ống rỗng và đĩa phân phối khí bị thổi tung phía trên và rơi xuống phần tiết diện vành khuyên bên ngoài giữa thànhống rỗng và vách buồng sấy Cùng lúc đó, tá dược lỏng được phun từ phía đáy ống rỗng có tác dụng bao tạo hạt cho vật liệu.
Hình 2.25 Chuyển động của dòng vật liệu trong thiết bị sấy tầng sôi Wurster
Hình 2.26 Phun tádược lỏng từ phía dưới để bao tạo hạt
Với nguyên lý tạo dòng chuyển động hạt vật liệu và phun tá dược bằng áp lực cao, thiết bị sấy tầng sôi kiểu Wurster đem lại khả năng tạo hạt mịn và phủ lớp tá dược bên ngoài hiệu quả Tuy nhiên, áp lực phun lớn cũng làm tăng nguy cơ va đập giữa hạt vật liệu và thành ống rỗng, dẫn đến vỡ vụn.
2.3.3 Lắp đặt hệ thống sấy tầng sôi
Hệ thống sấy tầng sôi gồm các cụm chính như cụm hệ thống lọc gió đầu vào (lọc và gia nhiệt không khí trước khi đi vào tủ sấy), tủ sấy tầng sôi và cụm hệ thống lọc gió đầu ra.
Do các yêu cầu về nhiệt độ, độ ẩm, độ ồn,… của các khu vực sản xuất trong ngành dược nên các cụm hệ thống lọc gió đầu vào, cụm hệ thống lọc gió đầu ra được lắp đặt ngoài khu vực sản xuất, và thường được lắp đặt trên các tầng kỹ thuật.
Hình 2.27 Lắp đặt hệ thống sấy tầng sôi
2.3.4 Một số bộ phận chính của thiết bị sấy tầng sôi tạo hạt 2.3.4.1 Thiết bị điều khí
Một thiết bị điều khí điển hình bao gồm các bộ phận như lọc bụi (lọc thô),táchẩm, gia nhiệt dòng khí và lọc tinh lần cuối (HEPA- high efficiency particulate air) với hiệu suất lọc lên đến 99,99%.Thông thường, khí trời được chủ yếu sử dụng làm tác nhân sấy trong các hệ thống sấy tầng sôi Trong ngành sản xuất dược phẩm,do tính chất đặc thù liên quan đến sức khoẻ con người, dòng tác nhân sấy này bắt đầu vào trước khi đi vào tủ sấy, dòng tác nhân sấy cũng cần được lọc lần nữa trước khi xả ra lại môi trường bên ngoài Về địa lý, nước ta nằm ở khu vực nhiệt đới, độ ẩm khí trời tương đối cao, nhất là vào mùa hè, do đó bộ phận tách ẩm phải được chú ý thiết lập trước khi chuẩn bị lắp đặt hệ thống sấy tầng sôi.
Hình 2.28 Hệ thống sấy tầng sôi với thiết bị điều khí vào/ra
Thông số của không khí đầu vào rất quan trọng (nhiệt độ và độ ẩm) , do đó phải có những lưu ý khi điều khiển những thông số vận hành của thiết bị sấy tầng sôi nhằm đạt hiệu suất sấy tốt nhất khi nhà máy sản xuất được đặt tại nhiều khu vực địa lý khác nhau.
Hình 2.29 Nồi chứa sản phẩm và đĩa phân phối khí
1-Nồi chứa sản phẩm 2-Ống lấy mẫu 3-Cửa quan sát 4-Đĩa phân phối 5-Khay đỡ
6-Nẹp khoá nồi chứa 7-Ron làm kín 8-Khoang trung gian Để đảm bảo hiệu quả của tạo trạng thái tầng sôi và sấy trộn sản phẩm, thể tích nồi chứa phải được lựa chọn từ trước Thông thường thể tích nồi chứa được chọn sao cho thể tích vật liệu sấy chỉ chiếm từ 35% đến 40% thể tích của nồi chứa [1].
CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH SẤY VÀ THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH TẦNG SÔI
Động học quá trình sấy
3.1.1 Cơ chếcủa quá trình sấy
Cơ chếcủa quá trình sấy trong thiết bị được diễn tảbởi 4 quá trình căn bản sau:
1 Dòng nhiệt q m cấp nhiệt cho bềmặt vật liệu 2 Dòng nhiệt q dẫn từbềmặt vật liệu vào bên trong hạt vật liệu 3 Khi nhận được nhiệt lượng q, dòngẩm J di chuyển từvật liệu ra bềmặt 4 Dòngẩm J m từbềmặt vật liệu thoát ra môi trường bên ngoài.
3.1.2 Các đặc trưng trạng tháiẩm của vật liệu
Trạng thái của vật liệu ẩm được đặc trưng bởi độ ẩm và nhiệt độ của nó Độ ẩm của vật liệu có thể biểu thị qua: độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm toàn phần , độ chứa hơi và nồng độ ẩm.
Độ ẩm tuyệt đối: là tỷsốgiữa khối lượngẩm chứa trong vật với khối lượng vật khô tuyệt đối.
Trong đó : m n - khối lượngẩm m k - khối lượng vật khô tuyệt đối
Độ ẩm toàn phần: là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật và khối lượng của vậtẩm.
Độ chứa ẩm: là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng vật khô tuyệt đối.
Ký hiệu u [kgẩm/ kg vật khô]
Nồng độ ẩm: là khối lượngẩm chứa trong 1 đơn vịthểtích vật thể.
Độ ẩm cân bằng là độ ẩm của vật liệu khi vật liệu đạt trạng thái cân bằng với môi trường xung quanh Ở trạng thái này, độ ẩm phân bố đều trong vật liệu và áp suất hơi trong vật liệu cũng bằng với áp suất hơi trong môi trường.
F: bềmặt chung của vật liệu sấy Thực nghiệm chứng tỏtốc độsấy giảm dần theo quá trình sấy cùng với sựgiảm dần của hàmẩm vật liệu.
Tốc độsấy phụthuộc vào nhiều yếu tố, chủyếu là:
Bản chất vật liệu sấy: Cấu trúc, thành phần hoá học, đặc tính liên kết ẩm, …
Hình dáng vật liệu: Kích thước mẫu sấy,chiều dày lớp vật liệu sấy … Trong trường hợp các điều kiện khác không đổi ta có thể xem như tốc độ sấy tỷ lệ với tỷ số giữa bề mặt của các phần tử vật liệu sấy với thể tích của nó, bề mặt của vật liệu sấy càng lớn thì quá trình sấy tiến hành càng nhanh.
Độ ẩm ban đầu và ban cuối của vật liệu sấy, đồng thời cả độ ẩm tới hạn của vật liệu.
Nhiệt độ, tốc độ và độ ẩm không khí ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ sấy Nhiệt độ càng cao, tốc độ không khí càng lớn và độ ẩm càng thấp thì quá trình sấy càng nhanh Tuy nhiên, nhiệt độ sấy phải đảm bảo phù hợp với từng loại vật liệu, tránh vượt quá ngưỡng cho phép Tương tự, tốc độ không khí cũng không được quá lớn, phải cân nhắc phù hợp với điều kiện làm việc và chế độ sấy cụ thể.
Tác nhân sấy: Có thể sấy bằng không khí hoặc bằng khói lò, nếu bằng khói lò thì nhiệt độ cao, nhưng cũng chỉ sử dụng được với một số vật liệu chịu được nhiệt độ cao.
Chênh lệch nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối của tác nhân sấy, nhiệt độ cuối giảm ít thì nhiệt độ trong bình của tác nhân sấy càng cao, do đó tốc độ sấy cũng tăng nhưng không nên chọn nhiệt độ cuối quá cao vì không sử dụng triệt để nhiệt.
Cấu tạo máng sấy, phương thức sấy và chế độ sấy.
Thời gian sấy là thông số thiết yếu trong thiết kế và vận hành thiết bị sấy Nó bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, như loại vật liệu, hình dạng, độ ẩm ban đầu và cuối, loại thiết bị, phương pháp cung cấp nhiệt và chế độ sấy Do đó, việc xác định thời gian sấy bằng phương pháp phân tích rất khó khăn Trong thực tế, thời gian sấy thường được xác định theo phương pháp thực nghiệm hoặc kinh nghiệm vận hành Phương pháp thực nghiệm đơn giản nhất là xây dựng mô hình thí nghiệm cho thiết bị sấy cụ thể, sau đó tiến hành sấy thí nghiệm để xác định thời gian sấy.
3.1.3.3 Đường cong sấy và đường cong tốc độsấy Đường biểu diễn mối quan hệ giữa độ ẩm vật liệu với thời gian sấy gọi là đường cong sấy. Đường biểu diễn mối quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với tốc độ sấy gọi là đường cong tốc độsấy.
+ Nhiệt độvật liệu không thay đổi và vẫn bằng nhiệt độnhiệt kế ướt + Độ ẩm vật liệu giảm nhanh và đều đặn với quan hệtuyến tính theo thời gian
+ Tốc độsấy không đổi (đẳng tốc)
Trong suốt quá trình sấy, vật liệu mất dần độ ẩm và nhiệt độ vật liệu tăng dần, xấp xỉ nhiệt độ của tác nhân sấy Độ ẩm vật liệu giảm dần tới trạng thái cân bằng, nhưng tốc độ giảm chậm lại so với giai đoạn trước (độ dốc của đoạn KC trên đường cong sấy nhỏ hơn độ dốc đoạn BK) Đường lý thuyết cho giai đoạn giảm nhiệt độ sấy (KMC) và đường thực tế (KNC) có hình dạng khác nhau.
+ Tốc độsấy giảm dần đến 0
Qua những nhận xét trên, quá trình sấy vật liệu ướt đến trạng thái độ ẩm cân bằng gồm có 2 giai đoạn chính sau:
- Giai đoạn đẳng tốc: Ở giai đoạn này, vật liệu còn nhiều nước, do đó tốc độ khuếch tán của nước bên trong vật liệu lớn hơn tốc độ bay hơi của nước trên bềmặt vật liệu Vì thế tốc độ sấy trong giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ bay hơi của nước trên bề mặt vật liệu Lượng nước khuếch tán từ trong vật liệu ra bề mặt bên ngoài vật liệu đủ và kịp thời để bốc hơi nên lượng ẩm bay hơi đều đặn và tốc độ sấy là không đổi Do vậy trong giai đoạn này, tốc độ sấy không phụ thuộc vào các yếu tốbên trong của hạt vật liệu như hình dáng, kích thước hạt vật liệu, độ ẩm ban đầu của vật liệu…mà chỉ phụ thuộc vào các yêu tố bên ngoài như nhiệt độ, tốc độ và độ ẩm của tác nhân sấy Do đó, trong giai đoạn này, muốn tăng tốc độsấy thì thayđổi các yếu tốbên ngoài.
- Giai đoạn tốcđộsấy giảm dần:
Lúc này, vật liệu tương đối khô, lượng nước trong vật liệu còn ít nên tốc độ khuếch tán nước trong vật liệu giảm xuống và nhỏ hơn tốc độ bay hơi của nước trên bềmặt vật liệu Do đó, tốc độ sấy trong giai đoạn này phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán nước bên trong vật liệu Lượng ẩm khuếch tán giảm dần nên lượng ẩm bay hơi cũng giảm Do đó, trong giai đoạn này tốc độ sấy không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài mà chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố bên trong hạt vật liệu Tốc độ sấy trong giai đoạn này khó thay đổi theo ý muốn của người thiết kếvì các yếu tốbên trong hạt vật liệu rất khó thay đổi, nên thời gian sấy rất dài Trong giai đoạn này, do vật liệu tương đối khô nên nhiệt độ của vật liệu tăng dần lên và xấp xỉ gần bằng nhiệt độ tác nhân sấy Vì thế trong giai đoạn này, ta phải giữ nhiệt độ không khí sấy nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ cho phép của vật liệu sấy (nhất là đối với các vật liệu nhạy cảm với nhiệt trong ngành dược).
3.2 Các thông số thuỷ động lực học củalớp hạt sôi
Bảng 3.1 Hệsốcầu tính của một sốhình dạng vật liệu
3.2.1.2 Phân bố kích thước hạt vật liệu
Việc xác định chính xác kích thước hạt vật liệu trong tính toán các thông số động học của quá trình sấy tầng sôi là công việc tương đối khó khăn và phải trải qua nhiều bước thí nghiệm và đo đạc các số liệu Về cơ bản, trong một khối lượng vật liệu bao gồm nhiều hạt vật liệu với sựphân bố kích thước trong một dãy rộng và có hình dạng bất kỳ Do đó, việc tính toán phân tích trong các công thức lý thuyết động học về sau chỉ dựa trên một kích thước danh nghĩa của hạt hình cầuđại diện cho toàn bộkhối hạt, của khoa học công nghệnên việc xác định kích thước hạt vật liệu đãđư ợc mở rộng ra với nhiều phương phápphân tích tiên tiếnnhư các phương pháp:
Phương pháp rây phân tích (sieve analysis)
Phương pháp đếm quang học (optical counting methods)
Phương pháp đếm điện tử(electrical counting methods)
Phương pháp trầm tích (sedimentation techniques)
Phương pháp nhiễu xạ(laser diffraction methods)
Phương pháp phân tích âm phổ(acoustic spectroscopy) Trong các phương pháp trên thì phương pháp rây phân tích đư ợc sử dụng phổ biến nhất do các thiết bị đơn giản, rẻtiền, kết quả phân tích được truy xuất nhanh chóng và tương đối chính xác Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhiều điểm hạn chếkhông thểkhắc phục do chính nguyên lý phân tích của phương pháp mang lại như:
Khụng rõy được cỏc hạt vật liệu nhỏ hơn 20àm
Độchính xác của kết quảtỷlệvới số lượng rây đem phân tích
Hệthống rây tự động cần nhiều nguồn rung động đểcó thểsàng các vật liệu quá kết dính mà đôi khi hệthống không cho phép
Hình 3.5 Đường cong phân bốcỡhạt và tỷlệhạt trong mỗi kích cỡ
Hình 3.6 Đường cong phân bốkíchthước của một sốhạt vật liệu trong ngành dược phẩm a) 1 Streptomycin Sulfate 2 Ascorbic acid 3 Hydrate diaceto gulonic acid
4 Tinh bột 5 Bột hoạt thạch
3.2.1.3 Tỷtrọng hạt đơn và tỷtrọng khối hạt Tỷtrọng hạt đơn:là khối lượng của một đơn vịthểtích hạt Ký hiệu ρ h ,[g/cm 3 ]
Tỷ trọng khối hạt (kí hiệu ρ, đơn vị g/cm³) là khối lượng riêng của thể tích mà hạt chiếm chỗ Khi các hạt sắp xếp ngẫu nhiên tạo thành khối hạt, giữa các hạt xuất hiện phần tử rỗng (thường là không khí) Tỷ trọng khối hạt được tính bằng tỷ số giữa khối lượng toàn khối hạt chia cho thể tích khối hạt Do có phần tử rỗng nên tỷ trọng khối hạt nhỏ hơn tỷ trọng hạt đơn.
Nếu gọi ε [%] là độxốp của khối hạt, với độ xốp khối hạt được định nghĩa là tỷlệthểtích không khí chiếm trong toàn bộthể tích khối hạt Ta có:
PHÂN TÍCH, SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Các phương án lựa chọn ghi phân phối khí
Trong thiết bị sấy tầng sôi, ghi phân phối khí ngoài tác dụng nâng đỡ lớp hạt vật liệu, nó còn có vai trò quan trọng là tạo ra và phân bốcác dòng tác nhân khí đồng đều và ổn định đi xuyên qua lớp hạt vật liệu đó Kết cấu của ghi phân phối có ảnh hưởng rất lớn đến chế độ thuỷ động của lớp sôi Do đó, từ lâu nó đã được tập trung nghiên cứu khi thiết kếcác thiết bịsấy tầng sôi Trong thực tế, có rất nhiều loại ghi phân phối khí khác nhau được sửdụng tuỳtheo tính chất của từng quy trình, khả năng công nghệ và giá thành chế tạo nó Song, về căn bản, ghi phân phối khí phải thoã mãn các yêu cầu sau:
Phân phối đồng đều dòng khí qua lớp sôi
Vật liệu chế tạo phù hợp với tiêu chuẩn của sản phẩm sấy (đặc biệt trong một số ngành đặc thù như dược phẩm, thực phẩm, sữa, )
Nhìn chung, các thiết kếcủa ghi phân phối khí được phân loại dựa trên phương chiều của dòng tác nhân khí được tạo ra khi đi vào buồng sấy Thông thường trong ngành
Hình 4.1 Ghi phân phối khí dạng đột lỗ
Kết cấu đơn giản, dễgia công chếtạo
Dễlắp ráp với nồi chứa sản phẩm
Có khả năng thay đổi ghi phân phối khí với kích cỡ lỗ khác nhau phù hợp với
Khả năng phân bố dòng tác nhân khí tương đối đồng đều
Tồn tại “vùng chết” trên ghi phân phối khí
Đối với cỏc vật liệu sấy cú kớch thước nhỏ hơn 180àm (cỡ hạt A theo phõn loại của Geldart), việc chếtạo ghi phân phối khí gặp khó khăn trong vấn đềcông nghệ gia công.
4.1.2 Ghi phân phối khí dạng lưới nhuyễn (mesh)
Dạng ghi phân phối này được chế tạo từ các lưới sợi kim loại đan chéo nhau Tác nhân khí đi qua các khe hở của ghi lưới, tác dụng vào lớp vật liệu sấy theo hướng thẳng đứng, chiều từ dưới lên Trong ngành sản xuất dược phẩm, kích thước ghi lưới được sửdụng nằm trong khoảng 60-325 mesh.
Hình 4.2 Ghi phân phối khí dạng lưới kim loại liệu sấy, không tạo được trạng thái tầng sôi)
4.1.3 Ghi phân phối khí dạng mũ
Dạng ghi phân phối này được chế tạo bằng tấm kim loại mỏng, các khe hở trên ghi phân phối được tạo hình bởi các chày định hình Dòng tác nhân khíđi qua khe hở của ghi phân phối, tác dụng vào lớp vật liệu sấy không theo phương thẳng đứng mà theo phương tác dụng ởcạnh bên lớp vật liệu.
Hình 4.3 Ghi phân phối khí dạng mũ
Khả năng khí động rất tốt
Do dòng tác nhân khí tác dụng vào phía cạnh bên lớp vật liệu nên giảm thiểu vật liệu sấy bị ứ đọng ở “vùng chết”
Kết cấu các khe hở được mở không theo phương thẳng đứng nên giảm khả năng rơi vật liệu sấy khỏi ghi phân phối
Các biện pháp vệsinh phức tạp hơn
Điều kiện công nghệchỉphù hợp với việc chếtạo các khe hởnhỏ
Cần thêm vành gia cốcho ghi phân phối khi kết nối với nồi chứa sản phẩm
Hình 4.4 Kết cấu ghi phân phối kết hợp dạng rãnh nghiêng
Với kết cấu dạng này, mang lại nhiềuưu điểm rõ rệt như:
Tăng khả năng khí động của thiết bị (dòng khí tácđộng từphía bên của lớp vật liệu sấy)
Giảm thiểu diện tích vùng chết
Dễvệsinh (bềmặt ghi phân phối phẳng, dễrửa và lau chùi)
Kết cấu của sản phẩm mang tính công nghệ hơn nhờ tích hợp nhiều phương pháp gia công rãnh có kích thước nhỏ, giúp tối ưu hóa hiệu quả đối với các sản phẩm ngành dược có kích cỡ hạt nhỏ đặc trưng Các phương pháp này giúp tạo ra các rãnh có kích thước chính xác, đảm bảo độ đồng đều và độ ổn định của sản phẩm, đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe trong ngành dược.
Các phương án lựa chọn vị trí đặt súng phun và kết cấu súng phun
4.2.1 Phương án lựa chọn vị trí đặt súng phun:
Thiết bị sấy tầng sôi đang nghiên cứu sửdụng cơ chếtầng sôi đểtạo sựkhuấy trộn mãnh liệt giữa vật liệuẩm và dòng khí tác nhân sấy Ngoài công dụng chính là sấy khô vật liệu sấy đạt tới trạng thái ẩm mong muốn, nó còn có 2 công dụng được sử dụng phổbiến trong ngành dược là:
Tạo hạt bằng cơ chếkết tụ các đơn thểvật liệu
Tạo lớp bao cho các viên tròn dạng hạt cải (lớp bao này nhằm tạo lớp màng polymer bảo vệcác hạt dược liệu) Điểm mấu chốt của công nghệnày, là việc cung cấp các tá dược lỏng (thường là các dung môi hữu cơ) tạo thành các “cầu ướt” kết tụ các đơn thể vật liệu với nhau thành các hạt có kích thước lớn hơn, hoặc tạo lớp màng bảo vệ bằng cách phun đồng đều dung dịch bao lên các hạt cải đang được khuấy trộn mãnh liệt ởtrạng thái tầng sôi Về cơ bản, việc cung cấp nguồn tá dược lỏng này vào trong buồng sấy tầng sôi được thực hiện bởi các súng phun, thường được bốtrí ở3 vịtrí sau:
Đặt phía trên buồng sấy (Top-spray)
Đặt tiếp tuyến với đường kính buồng sấy (Tangent-spray)
Đặt phíadưới buồng sấy (Bottom- spray) a)Phương án đặt vịtrí súng phun phía trên buồng sấy (Top- spray)
Với phương án phun tá dược lỏng từ trên xuống lớp vật liệu đang sôi, việc xác định vị trí súng phun trở nên quan trọng để đạt hiệu quả mong muốn Vị trí này phải đáp ứng hai điều kiện cơ bản:
Vị trí đặt súng phun phải cao hơn lớp vật liệu sôi trên cùng
Vị trí đặt súng phun phải đảm bảo tạo ra diện tích phủ tá dược lỏng lớn nhất lên lớp
Năng suất càng lớn thời gian tạo hạt càng dài, gây hao tốn năng lượng hệthống, chi phí sản xuất tăng cao.
Hình 4.6 Thiết bị sấy tầng sôi với phương án phun dịch từtrên xuống b)Phương án đặt vịtrí súng phun tiếp tuyến với thành thiết bị sấy
Với phương án này, tá dược lỏng được phun tiếp tuyến với dòng chuyển động xoắn ốc của vật liệu sấy, do đó, thiết bịsấy cần phải trang bị một bộphận cơ khí có tác dụng tạo thêm chuyểnđộng xoắnốc cưỡng bức cho lớp vật liệu.
Hiệu suất tạo hạt cao
Kích thước hạt đồng đều và rắn chắt
Ứng dụng với các hạt vật liệu có khối lượng riêng lớn, bết dính, khó tạo tầng sôi bằng cơ chế khí động đơn thuần của dòng tác nhân khí
Phù hợp với các quy trìnhđòi hỏi cao về độ đồng đều của hạt sản phẩm
Kết cấu phức tạp, đòi hỏi một bộphận cơ khí truyền chuyển động quay tròn cho ghi đỡvật liệu
Khó bảo trì, sữa chữa
Giá thành thiết bịvà chi phí vận hành cao
Hình 4.8 Súng phun dịch tiếp tuyến và ghi đỡvật liệu có khả năng quay tròn c) Phương án đặt súng phun phía dưới buồng sấy
Với phương án này, thiết bị cần có các ống nhỏ đặt phía trên ghi phân phối để tạo các dòng chuyển động tuần hoàn của hạt vật liệu.Kích thước hạt vật liệu và hiệu suất tạo hạt của quy trình phụthuộc vào khoảng cách khe hở giữa cácống và ghi phân phối, dođó đòi hỏi một cơ cấu điều khiển độcao của các ống.
Hiệu suất tạo hạt cao
Kích thước hạt sản phẩm đồng đều
Súng phun đặt phía dưới, do đó khoảng cách di chuyển của các giọt tá dược lỏng đến các đơn thể vật liệu ngắn hơn, nên rất phù hợp với các tá dược lỏng dễ bay hơi trong môi trường nhiệt độsấy như cồn, các dung môi tạo màu cho hạt,
Ứng dụng chủyếu đểbao viên tròn dạng hạt cải
Đòi hỏi nhiều súng phun hơn(sốsung phun bố trí thường là 3)
Khó lắp đặt và vệsinh sau mỗi mẻvật liệu
Giá thành thiết bịvà chi phí vận hành cao
Phạm viứng dụng nhỏchủyếu là bao viên tròn dạng hạt cải
Hình 4.9 Thiết bị sấy tầng sôi với phương án phun dịch từ dưới lên
Hình 4.10 Lắp đặt súng phun dịch từ dưới lên và cácống tạo dòng chuyển động
Góc phun lớn để bao phủtoàn bộbềmặt lớp vật liệu sôi
Có kết cấu chống nhỏgiọt dung dịch từ đầu phun khi quá trình phun kết thúc.
Do đó, tác giả đề xuất lựa chọn súng phun của hãng Spraying Systems Co với các thông sốkỹthuật sau:
Tên sản phẩm: Đầu phun dịch tạo hạt 46925-316SS-SU4
Vật liệu: Thép không rỉSS316L
Hình 4.11.Đầu phun dịch 46925-316SS-SU4
Hình 4.12 Góc phun và diện tích phủgiọt tá dược lỏng
Các phương án lựa chọn hệ thống lọc và biện pháp vệ sinh hệ thống lọc
Thiết bị sấy tầng sôi tạo hạt trong ngành dược là thiết bịsấy hoàn toàn khép kín Trong quá trình sấy, các hạt vật liệu tham gia khuấy trộn mãnh liệt với dòng tác nhân sấy ở trạng thái tầng sôi.Ởchế độsôiổn định, chiều cao của lớp hạt sôi gần như không đổi,nó trồi sụt trong một miền nhỏ Vật liệu sấy thường có kích thước không đồng đều,trong quá trình sấy, chúng va đập vào nhau và va đập với thành thiết bị thành các hạt bụi nhỏ, các hạt bụi vật liệu nhỏ này cần được phải giữlại ở buồng sấy thông qua hệ thống lọc được đặt bên trong tủsấy, phia trên cùng Trong ngành sản xuất dược phẩm,
Hình 4.13 Túi lọc vải dạngống tay áo
Dễlắp đặt thay thếvà vận hành
Độbền đường chỉmay túi lọc thấp, dễbục đường chỉmay nếu chế độ khí động cao
Đòi hỏi một cơ cấu cơ khí đểtháo lắp hệthống túi lọc khi vệsinh
Hình 4.14 Tháo lắp hệthống túi lọcđể vệsinh a)Phương án lọc bằng cácống lọc cartridge
Hệ thống lọc bằng các ống lọc cartridge được cấu tạo bằng các ống lưới kim loại, thường là các lưới được chếtạo từthép không gỉ.
Hiệu suất lọc cao (có thể lên đến 99%)
Với các phân tích ưu nhược điểm của hai hệ thống lọc được sử dụng phổ biến trong các thiết bị sấy tầng sôi tạo hạt, tác giả đề xuất lựa chọn phương án thiết kế với hệ thống lọc bằng các túi lọc do các ưu điểmnhư giá thành thấp, hiệu suất lọc cao, dễ vệ sinh, độbền phù hợp với các chế độ khí động trong sấy các sản phẩm dược.
Một lưu ý quan trọng khi chọn hệ thống lọc túi lọc chính là phương án tháo lắp hệ thống túi lọc vệ sinh và phương án tạo rung động giũ bụi, ngăn ngừa nghẹt túi lọc Vấn đề này được khắc phục bằng kết cấu gồm 1 xylanh khí nén treo hệ thống túi lọc, vừa nâng hạ hệ thống túi lọc khi vệ sinh, vừa tạo rung động giũ bụi Trong khi đó, phương án giũ bụi bằng áp suất khí nén gặp trở ngại lớn là gây ra áp lực ngược với hướng dòng chuyển động đi lên của lớp vật liệu.
Hình 4.17 Thay và giũ bụi túi lọc bằng hệthống xylanh khí nén
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY
Thông số thiết kế
Thiết bị sấy tầng sôi tạo hạt được sửdụng trong ngành dược với vật liệu sấy đa dạng,có nhiều kích cỡvà tính chất vật lý, tính nhạy cảm nhiệt khác nhau Nhưng nhìn chung,chúng phân bố trong một phạm vi tương đối hẹp và đồng đều Do đó, trong yêu cầu tính toán thiết kếmột thiết bị sấy tầng sôi điển hình, tác giảchọn một sản phẩm cụthể làm đại diện là sản phẩm MyVita với các thông số được đo đạc tại nhà máy sản xuất dược phẩm Công ty cổphần SPM (Cách thức đo đạc đãđược giới thiệuở m ụ c 3.2 ).
Không khí ngoài trời được lọc, tách ẩm và gia nhiệt bởi hệ thống calorife điện trở nhiệt.
Sau khi ra khỏi calorife : t 1 = 60 0 C
Tính toán quá trình sấy lý thuyết
Hình 5.2 Sơ đồkhối quá trình sấy5.2.1 Tính toán thông sốtại các điểm nút a Thông số tác nhân trước khi đưa vào calorife (không khí ngoài trời)
Thông số được xác định dựa trên nhiệt độ và độ ẩm trung bình trong năm tại khu vực thành phốHồChí Minh : t 0 0 0 C,ϕ 0 %
Với t 0 0 0 C, ta xác định áp suất hơi nước bão hoà:
= 1,0048.30 + 0,02185 (2500 + 1,842.30) = 85,9764 ( / ) b Thông sốtác nhân sau khi qua calorife
Nhiệt độ tác nhân sấy khi sấy các sản phẩm trong ngành dược đa phần nhỏ hơn 70 0 C.
Trong chế độsấy sản phẩm cốm sủi Myvita, thông sốnhiệt độsấy cho phép được chọn t 1 = 60 0 C. Áp suất bão hoà tính theo nhiệt độ theo công thức:
Quá trình gia nhiệt tác nhân sấy qua calorife là quá trình gia nhiệt đăng dung ẩm nên:
2500 + 1,842.36 = 0,0316 (kg/kgkk) Độ ẩm tác nhân sấy ra khỏi buồng sấy: ϕ = d p p (0,621 + d )= 0,0307.1
0,0657 (0,621 + 0,0307)= 0,822 = 82,2 (%) Giá trị độ ẩm tương đối ϕ 2 = 82,2 % thoả mãn yêu cầu trong khoảng 80 +/- 5% nên nhiệt độ tác nhân sấy t 2 = 36 0 C khi ra khỏi thiết bịsấy ta chọn là hợp lý.
Lượng vật liệu sấy đưa vào buồng sấy :
100 − 15 = 228,235 (kg) Lượng ẩm cần tách khỏi vật liệu sấy:
W = G 1 –G 2 = 228,35–200 = 28,235 (kg) Lượng không khí khô cần thiết đểbốc hơi 1kg ẩm : l = 1 d − d = 1
0,0316 − 0,02185= 102,56 (kgkk/kg ẩm) Lượng không khí khô cần thiết đểbốc hơi lượngẩm trong vật liệu sấy:
L 0 = W.l 0 = 28,235.102,56 = 2895,781 (kg/mẻ) Lượng không khíẩm cần thiết cấp cho quạt hút:
Thểtích không khíẩm cần thiết cấp cho quạt hút:
5.2.2 Tính toán vận tốc tác nhân sấy a Các thông sốvật lý của vật liệu sấy và tác nhân sấy:
Bằng các cách thức đo đạc như đã trình bày ở m ụ c 3.2 , ta có được các thông số vật lý của vật liệu sấy như sau:
+ Đường kớnh tương đương của vật liệu: d h = 780 àm = 0,78 mm + Khối lượng riêng: ρ h = 1730 kg/m 3 , ρ v = 1040 kg/m 3
1730= 0,4 + Độxốpởtrạng thái sôi tối thiểu:
Tác nhân sấy: tínhϕ, ta lập được phương trình quan hệgiữa chuẩn sốAr và chuẩn sốReởtrạng thái sôi tối thiểu:
Thay các giá trị = 0,44vàϕ= 0,83 vào phương trình trên tađược phương trình bậc 2:
24,75 + 1431,41 − 12074,82 = 0 Giải phương trình trên tađược giá trị chuẩn sốRe tt (chỉlấy giá trị dương):
Re tt = 7,47 Từ đó xác định được vận tốc sôi tối thiểu theo chuẩn sốRe tt :
Trong quá trình tạo hạt, vận tốc tác nhân sấy phải nằm trong khoảng từ 5 đến 6 lần vận tốc sôi tối thiểu theo các nghiên cứu thực nghiệm Do đó, vận tốc tác nhân khí khi làm việc sẽ được lựa chọn trong phạm vi này.
= 5,5 = 5,5.0,22 = 1,21 ( / ) Độxốp tương ứng của lớp hạt tại vận tốc làm việc tối ưu:
) , = 0,63 c Xác định vận tốc tới hạn
Từgiá trị Re tt = 7.47, dòng tác nhân khí qua lớp hạt ở chế độ quá độ, ta xác định được vận tốc tới hạn qua công thức:
= 1,602 ( / ) Giá trị vận tốc làm việc được chọn v lv = 1,21 (m/s) thoảmãn v lv < v th = 1,602 (m/s) Độxốp tương ứng của lớp hạt tại vận tốc tới hạn:
5.2.3.Xác định thời gian sấy
Thời gian sấy là tổng thời gian của ba giai đoạn :
= + +Trong đó t 0 là thời gian đốt nóng vật liệu
Với t m là nhiệt độsấy , t m = 60 0 C t b là nhiệt độbềmặt vật liệu sấy, t b = t u = 32 0 C Vận tốc tác nhân sấy v = 1.21 (m/s) < 2 (m/s) nên hệsố trao đổi nhiệt đối lưu : α 1 = 5,6 + 4.v = 10,44 (W/m 2 K) = 37,584 (kJ/m 2 hK)
5.2.3.2 Thời gian sấy giai đoạn đẳng tốc:
Chuyển đổi từ độ ẩm cơ sở ướt sang độ ẩm cơ sởkhô: ω 1 = 15 % → = = 17,64 (%) ω 2 = 3 % → = = 3,09 (%) Độ ẩm cân bằng của vật liệu trong điều kiện phòng sản xuất (20 0 C, 70%) : ω cb =1 % → = = 1 (%)
Ta có hệsốsấy tương đối:
0,102+ 1 = 10,8 Vậy thời gian sấy đẳng tốc là:
5.2.3.3 Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc:
0,102.62,24ln 0,102 (3,09 − 1) = 0,24 (ℎ) = 14,6 ( ℎú ) Vậy tổng thời gian sấy là:
= 6,5 + 14,6 = 21,1 ( ℎú ) Thông thường, thời gian sấy thực tế được lấy tăng thêm 30% nên:
Xác định các kích thước của thiết bị sấy
5.3.1 Xác địnhkích thước nồi chứa sản phẩm
Tiết diện mặt cắt ngang của buồng sấy:
1,21.3600.1.06 = 1,34 ( ) Đường kính mặt cắt ngang của buồng sấy:
Sử dụng phần mềm thiết kế 3D Solidworks của hãng Dassault Systemes, với phương pháp lặp cho trước giá trị chiều cao h của nồi chứa, thay đổi dần giá trị h đó đến khi đạt được giá trị thểtích là 0,65 (m 3 ), ta dễ dàng xácđịnhđược kíchthướcđường kính nhỏcủa nồi chứa là d = 0,95 (m) và chiều cao nồi chứa h = 0,65 (m)
5.3.2 Xác định chiều cao đặt súng phun
Ta có mối quan hệgiữađộxốp và thểtích lớp hạt nhưsau:
= 1 − 1 − Với V 0 ,ε 0 là thểtích vàđộ xốp lớp hạt tĩnh
V lv , ε lv là thể tích và độ xốp lớp hạt khi ở chế độ sôi làm việc (ứng với vận tốc làm việc tốiưu v lv ) Suy ra:
1 − 0,63 = 0,34 ( ) Với kíchthước nồi chứa sản phẩmđãđược xácđịnh ởtrên, ta xácđịnhđược chiều cao của lớp hạt tĩnh và chiều cao của lớp hạt sôi tươngứng với thểtích là :
V 0 = 0,21 (m 3 ) → h 0 = 265 (mm)V lv = 0,34 (m 3 ) → h lv = 390 (mm)Súng phun tádược lỏng tạo hạt phải đượcđặt tại một chiều cao hợp lý sao cho toàn bộ bề mặt lớp hạt sôi được phủbởi diện tích phủcủa các hạt tá dược lỏng Với đầu súng phun 46925-316SS-SU4 ( Hãng Spraying Systems) như đã phân tích lựa chọnở m ụ c
Hình 5.4 Xácđịnh chiều cao đặt súng phun
Nhưvậy chiềucao đặt súng phun là H = 1155 (mm) tính từ đáynồi chứa sản phẩm.
5.3.3 Xác định kích thước ghi phân phối khí và % diện tích các khe hở
Kíchthướcđường kính ghi phân phối khíđược xácđịnh bằngđường kính nhỏ của nồi chứa sản phẩm d = 0,95 (m).
Diện tích ghi phân phối khí:
4 = 0,7 ( ) Để xác định tỷlệ% diện tích các khe hở trên ghi phân phối khí ta thông qua tính toán trởlực qua ghi.
= 0,3. ghi và kích thước khe hở.
Ghi phân phối khí được chọn theo phân tích ở m ụ c 4.1 có dạng tấm mỏng, trên đó có cắt rãnh nghiêng 45 0 bằng công nghệ cắt dây Do đó, ta chọn chiều dày ghi t= 2mm, kích thước rãnh 0,25 mm (kích thước rãnh vừa phù hợp với công nghệ cắt dây, vừa đảm bảo các hạt có kích thước 0,78mm không thểlọt qua).
Theo biểu đồ ở[Phụlục 4], ta chọn hệsốC D = 0,99 Vận tốc dòng khí qua khe hởtính toán:
Gọi b (%) là tỷlệphần trăm diện tích khe hởtrên ghi, ta có quan hệ:
Do đó, tỷlệphần trăm diện tích khe hởtrên ghi phân phối khí được xác định:
Tính diện tích túi lọc
Việc xácđịnh diện tích túi lọc phụthuộc vào hệsốvận tốc dòng tác nhân khíđi qua túi lọc ( air-to-cloth ratio)
VớiV/Δt: là lưu lượng lọc trong mộtđơn vịthời gian (m 3 /phút) A: diện tích túi lọc (m 2 )
Hệsố air-to-ratio phụ thuộc vào dạng túi vải, đặc thù sản xuất và phương án giũ bụi.
Hệsốair-to-ratio càng cao thì trởlực qua túi lọc càng cao, tần xuất giũbụi càng nhiều.
Tuy nhiên do diện tích túi lọc càng nhỏ khi chọn hệ số air-to-ratio cao, làm giảm giá thành túi lọc, đồng thời kéo theo giảm kích thước thiết bị Do đó với phương án giũ túi lọc bằngrung động cơhọc do xylanh khí nén, ta chọn v = 10.
Y80/6010 = 10 ( )Trên cơ sở kíchthước đường kính buồng sấy là D = 1300 (mm) và sựphân bố các túi lọc trên tiết diện buồng sấy, ta chọn số túi lọc là 19 túi với kích thước đường kính túi lọc là 200 (mm).
Ta tiến hành tính toán tổn thất nhiệt do vật liệu sấy và tổn thất nhiệt ra môi trường đểkiểm chứng lại các thông sốkíchthước của thiết bịsấy. a) Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy:
W = 28,235 (kg/mẻ) t 2 = 36 0 C t 0 = 30 0 C C v : nhiệt dung riêng của vật liệu sấyở độ ẩmω 2 Với nhiệt dung riêng của vật liệu C vk = 2,5 kJ/kg độ , [3]
= (1 − ) + = 2,5(1 − 0,03) + 4,186.0,03 = 2,55 ( / ẩ ) Vậy tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mangđi:
28,235 = 108,37 ( / ẩ ) b) Tổn thất nhiệt ra môi trường bên ngoài: Để đơn giản trong quá trình tính toán, ta có thểxem thiết bịsấy là một hình trụtròn làm bằng thép không gỉ (SS316L) dày 0,001(m) với đường kính ngoài 1,3 (m) Dođó,truyền nhiệt trong buồng sấy là truyền nhiệt qua một vách phẳng với một phía đối lưu tự nhiên có nhiệt độbằng nhiệt độ phòng t 0 = 20 0 C, phía kia là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức với tốcđộ v lv = 1.21 (m/s).
Hình 5.6 Cơ chế truyền nhiệt qua vách phẳng
Toảnhiệt ra bên ngoài xem nhưlàđối lưu tựnhiên chảy rối với hệsốtoảnhiệt: α 2 = 1,715(t w2 –t f2 ) 0,333
→q mt2 = α 2 (t w2 –t f2 ) = 1,715(t w2 –t f2 ) 1,333 Giảthiết quá trình truyền nhiệt làổnđịnh : q mt1 = q mt2 Như vậy ta có: q mt1 = 10,44(60–t w1 ) q mt2 = 1,715(t w2 –20) 1,333 q mt1 = q mt2 t w1 > t w2 Sử dụng phương pháp lặp, cho trước một giá trị t w1 , sau đó xác định giá trị t w2 thoả
Với i 2 = r + C pk t 2 = 2500 + 1,842.36 = 2566,312 (kJ/kgẩm) Vậy q 1 = 2566,312–4,186.20 = 2482,6 (kJ/kgẩm)
Vậy tổng tổn thất nhiệt: Δ = C a t 0 –q v –q mt = 4,186.20–108,37–61,7 =–86,35 ( kJ/kgẩm) c) Xácđịnh thông sốquá trình sấy thực bằng phương pháp tính toán Độchứaẩm:
− Với: C dx (d 0 ) = C pk + C pa d 0 = 1,0048 +1,842.0,02185 = 1,045 (kJ/kgK) Vậy:
Nhưvậy, có thểthấy việc chọn t 2 = 36 0 C với quá trình sấy thực cũng thoảmãnđiều kiệnϕ 2 = (80±5) %
Chi phí tác nhân riêng:
0,0313 − 0,02185= 105,82 ( / ẩ ) Lượng không khí cần thiết thực tế:
= = 105,82.28,235 = 2987,83 ( / ẻ) Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang theo:
= 105,82 (117,32 − 85,9764) = 3316,78 ( / ẩ ) Tính theo phương trình cân bằng nhiệt lượng: q’=q 1 + q 2 + q v +q mt = 2482,6 + 663,5 + 108,37 + 61,7 = 3316,17 (kJ/kgẩm) Ta có sai số:
3316,78 = 0,02 % Dođó quá trình tính toán trên là tin cậy Các thông sốkíchthước hình học của thiết bị sấy nhưthiết kế ởtrên đảm bảo cho quá trình sấy thực.
5.6 Tính chọn động cơ quạt hút Động cơquạt hútđược tính chọn dựa trên lưu lượng và trở lực của hệthống.
Theo quá trình sấy thực, lượng không khí cần thiết thực tếlà L = 2987,83 (kgkk/ mẻ) Lượng không khíẩm cần thiết cấp cho quạt hút:
Các túi lọc PTFE thông thường có C v = 92 mg/m 3 = 0,00000574 (lb/ft 3 ) [Phụlục 3]
Chọn thời gian giũtúi t= 2 phútđối với phương án giũbằng xylanh ú ọ = 0,2 + 5 ( ) = 0,2.0,54 + 5 5,74 10 0,54 2
Trởlực của hệthống lọc HEPA:
Chọn hệthống lọc HEPA của hãng Flanders CSC [Phụlục 3]
Với vận tốc dòng khí v = 1,21 (m/s) = 238 (ft/min) Xác định được trở lực qua hệ thống lọc tinh HEPAqua đồthịquan hệvới vận tốc dòng khí:
Chọnống dẫn tác nhân sấy cóđường kính ố = 300 ( ) = 0,3 ( ) Lưu lượng không khí sấy: Q q = 5615 (m 3 /h)
Vận tốc dòng khí trongống dẫn:
Trởlựcđường ống: ố = + Trongđó ΔP ms là trở lực do ma sát với thànhđườngống ΔP cb là trởlực qua các coống- Tính trở lực do ma sát với thànhđườngống
= ố 2 Chuẩn sốRe của dòng khí qua ống dẫn:
2,01 10 = 350746 Dođó, dòng khí chảy quaống dẫnởtrạng thái chảy rối.
Với dòng chảy rối, hệsốma sátđườngốngđược tính theo phương trình Colbrook:
) , ) ε: độnhám của vật liệu làmống Chọnε= 0,5.10 -4
→ λ = 0,016 Theo thiết kếmặt bằng lắpđặt thiết bịsấy, chọn chiều dài đườngống l = 10 (m).
Vậy trởlực do ma sát với thành đường ống:
2 = 156 ( ) - Tính trở lực cục bộ:
Theo thiết kếmặt bằng lắp đặt thiết bị sấy, hệthống đường ống gồm có 5 đoạn ngoặt sửdụng 5 coống 90 0 với tỷlệ
Khiđóhệsốtrởlực cục bộ: ζ cb = 0,35 Trởlực cục bộ được xácđịnh theo công thức:
= 1,15.1000 đ , ( ) Vớiη q là hiệu suất quạt, η q = 0,6 η d là hiệu suất bộ truyềnđộng Do động cơ được nối với quạt thông qua khớp nối đànhồi nên η d = 0.9
CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI VÀ PHƯƠNG
Để nâng cao chất lượng ngành dược trong nước, luận văn tập trung nghiên cứu về đặc điểm thiết bị sấy tạo hạt tầng sôi, vai trò của thiết bị này trong kiểm soát chất lượng thuốc Qua luận văn, người đọc có thể nắm được thông tin chuyên sâu về ngành sản xuất dược phẩm và hiểu rõ về nguyên lý hoạt động, cấu tạo, ưu nhược điểm của máy sấy tạo hạt tầng sôi Từ đó, các doanh nghiệp sản xuất dược phẩm có thể làm chủ được quy trình sản xuất, tạo điều kiện thuận lợi cho sự sáng tạo và phát triển của ngành dược trong nước.
Hiểu rõ về quy trình công nghệ sản xuất dược phẩm dạng thuốc viên và các trang thiết bị được sửdụng trong quy trình.
Nghiên cứu tổng hợp các lý thuyết sấy và các thông số động học của trạng thái tầng sôi từ đó đưa ra phương pháp xác định các thông số này và phương án điều khiển để đáp ứng các chỉtiêu khíđộng của các kích cỡhạt vật liệu.
Thông qua các phân tích, so sánh các phương án thiết kế, đã đưa ra được phương án lựa chọn hợp lý vềkết cấu máy, các trang thiết bịkèm theo phù hợp với điều kiệnđầu tư vàđiều kiện công nghệ gia công trong nước Điều này sẽ góp phần hạn chếsựphụthuộc vào công nghệ nước ngoài của các công ty sản xuất dược phẩmtrong nước vàđặc biệt là hỗ trợcác doanh nghiệp cơ khídược có cái nhìn tường minh hơn vềhệthống sấy tầng sôi tạo hạt, từ đó sẽcó những điều chỉnh phù hợp so với các mẫu thiết kế cũ chưa thực sự cạnh tranh được với thị trườngnước ngoài. thiết kế thiết bị gặp rất nhiều khó khăn và mang tính chất phỏng đoán dựa trên các thành phần cấu tạo nên hỗn hợp nguyên liệuđó( chủyếu xácđịnh từcác thông sốcủa các tá dược độn như tinh bột, bột cao lanh, bột hoạt thạch, các nhóm muối cacbonat,…) Mộtđiểm nữa là các quanđiểm thiết kếcác hệthống sấy tạo hạt tầng sôi trên thếgiới hiện nay đã dần dần chuyển sang phương pháp thiết kế scale-up để giảm bớt khối lượng và sai số trong quá trình tính toán Phương pháp thiết kế này thực sự tạo ra sự khác biệt rõ rệt so với các phương pháp tính toán thiết kế thuần tuý, khi mà các thông số của hệ thống sấy tạo hạt tầng sôi thực tế sẽ được xác định dựa trên mô hình thiết bịthí nghiệm đối với một khối lượng nhỏhơn của một hỗn hợp nguyên liệu sấy cụthể.
Do đó đề ra phương hướng phát triển của đề tài là phối hợp với phòng cơ điện,phòng nghiên cứu-phát triển của doanh nghiệp sản xuất dược phẩmđể thiết kế chếtạo thiết bị sấy tầng sôi tạo hạt mô hình thí nghiệm, từ đó đưara các thông sốthiết kếcho các hệthống sấy tầng sôi tạo hạt trong dây chuyền sản xuất thực với năng suất cao hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu nước ngoài:
[1] Dillip M.Parikh, “Handbook of Pharmaceutical Granulation Technology” , Second Edition, Taylor & Francis Group, 2005
[2] Wen-Ching Yan, “Handbook of Fluidization and Fluid-Particle Systems”, Taylor
& Francis Group, 2003 [3] Raymond C Rowe, Paul J Sheskey and Marian E Quinn, “Handbook of Pharmaceutical Excipients”, Six Edition, Pharmaceutical Press and American Pharmacists Association, 2009
[4] James Swarbrick, “Encyclopedia of Pharmaceutical Technology”, Third Edition, Informa Healthcare USA, Inc, 2007
[5]Graham Cole, “Pharmaceutical Coating Technology”, Taylor & Francis Inc, 2002 [6] C.K Gupta, Ph.D, D.Sathiyamoorthy, Ph.D, “Fluid Bed Technology in Materials Processing” , CRC Press, 1999
[7] Arun S.Mujumdar,“HandbookofIndustrial Drying”, Taylor & Francis Group LLC, 2006
[8] Frank R Spellman, Nancy E Whiting, “Environmental Engineer’s mathematics handbook”, CRC Press, 2005
[9] Micheal Wormsbecker, “The Influence of Distributor Design on Fluid Bed Dryer Hydrodynamics”, Engineering Conferences International, 2007
[10] D Geldart, “The Design of Distributors for Gas-Fluidized Beds”, Powder Technology , 42 (1985) pages 67-78
[11] Saurabh Srivastava, Garima Mishra, “Fluid Bed Technology: Overview and Parameters for Process Selection”, 2010
[12] Xue Liu, Ph.D, Fernando J Muzzio, Ph.D, Johannes G Khinast, Ph.D, Benjamin
09/2009 [19] TS Bùi Trung Thành, “Xácđịnh một sốthông sốthuỷ động lực học trong sấy hạt muối tinh bằng lớp sôi”, Tạp chí Khoa học và Công nghệNhiệt, tháng 11/2009
[20] TS Bùi Trung Thành, “Xác định tổn áp của tác nhân khí qua lớp hạt muối tinh trong quá trình sấy bằng máy sấy tầng sôi liên tục”,
[21] Bộ Y Tế, “Quy hoạch chi tiết phát triển công nghiệp dược Việt Nam trong giai đoạnđến năm 2020 tầm nhìnđến năm 2030”, Hà Nội, 2010
[22] PGS.TS Hoàng Minh Châu, “Công nghệ bào chế dược phẩm” , NXB Giáo Dục, 2007
[23] PGS.TS Lê Quan Nghiệm, TS Huỳnh Văn Hoá, “Bào Chế và Sinh Dược Học”, NXB Giáo Dục, 2007
[24] PGS.TS Trần Ngọc Chấn, “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải” , NXB Khoa học và Kỹthuật, 2001
[25] Hoàng Thị Hiền, “Thiết kế Thông gió công nghiệp”, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2010
[25]www.fluidproducts.com [26]www.pharmaceuticalonline.com [27]www.spray.com/pharmcatalog/
[28]www.festo.com[29]www.fluidairinc.com
Phụlục 1: Đặc điểmkỹthuậtcủasúng phun tádượclỏng46925-316SS-SU4 của hãng Spraying System Co.
Quan hệgiữa áp suất và lưu lượng phun tá dược lỏng bao phim Opadry
Quan hệgiữa áp suất và lưu lượng phun tádược lỏng lànước
Hệsốair-to-cloth của các dạng túi lọc trong các ngành công nghiệp
Cườngđộlọc của các túi lọc PTFE thông thường C v = 92mg/m 3
Quan hệgiữa vận tốc dòng khí và trởlực qua hệthống lọc HEPA
Thông sốkỹthuật của bộlọc tinh HEPA hãng FlandersPhụlục 4: HệsốC D khi tính toán trởlực qua ghi phân phốikhí
