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微波干燥
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一、微波原理：微波是一种波长极短的电磁波，它和无线电波、红外线、可见光一样，都属于电磁波，微波的频率范围从300MHZ到300KMHZ，即波长从1毫米到1米的范围。微波加热干燥的原理：是利用微波在快速变化的高频电磁场中与物质分子相互作用，被吸收而产生热效应，把微波能量直接转换为介质热能，微波被物体吸收后，物体自生发热，加热从物体内部、外部同时开始，能做到里外同时加热，不同的物质吸收微波的能力不同，其加热效果也各不相同，这主要取决于物质的介质损耗。水是吸收微波很强烈的物质，一般含有水分的物质都能用微波来进行加热，快速均匀，达到很好效果。 二、微波干燥特点： 1、干燥速度快。常规方法如:蒸汽干燥、电热干燥、热风干燥等，由10%含水量脱至1%以下需十几个小时，采用微波干燥仅需十几分钟；由5%含水量脱至1%以下常规方法需六至七小时，采用微波干燥仅需几分钟；由30%-20%含水量脱至1%以下，常规方法需二十几小时，采用微波干燥仅用二十分钟左右。 常规热力干燥往往在环境及设备上存在热损失，室内环境温度高。而微波是直接对物料进行作用，因而没有额外的热能耗损,微波干燥处理均无以上现象。设备能即开即用,没有常规热力干燥的热惯性,操作灵活方便,微波功率可调,传输速度从零开始连续可调,便于操作。 2、保持物料原色。由于微波干燥不需要热传导，物料自身发热，干燥速度快，接触物料的温度大大低于常规方法，不会造成物料裂变现象。 3、流水线作业，操作环境好。与常规方法相比，微波设备不需要锅炉、复杂的管道系统，煤场和运输车辆，只要具备水，电基本条件即可。相比而言，一般可节电30％-50％。改善劳动条件，节省占地面积.设备的工作环境低、噪音小，极大地改善了劳动条件，整套微波设备的操作只需2-3人。微波干燥设备可以与上料机、出料输送机、振动筛、包装机等设备连接，组成一条流水生产线，这样大大提高了劳动生产力，车间里没有粉尘飞扬状况发生，符合国家GMP生产标准。 我公司是国内专业做工业微波设备的厂家。经过多年不断研究开发，微波干燥设备在化工医药食品添加剂、中间体等物料干燥方面取得良好效果。本公司跟大型微波研究所合作，由微波专家根据您的物料特性、产量要求设计出专门属于您公司的设备！保证令您满意! 问题1：微波是什么？ 答：微波与无线电波、红外线、可见光一样都是电磁波，微波是指频率为300MHz-300KMHz的电磁波，即波长在1米到1毫米之间的电磁波。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。 问题2：微波是怎样产生的？ 答：微波能通常由直流或50MHz交流电通过一特殊的器件来获得。可以产生微波的器件有许多种，但主要分为两大类：半导体器件和电真空器件。电真空器件是利用电子在真空中运动来完成能量变换的器件，或称之为电子管。在电真空器件中能产生大功率微波能量的有磁控管，多腔速调管，微波三、四极管，行波管等。在目前微波加热领域特别是工业应用中使用的主要是磁控管及速调管。 问题3：微波应用的频率有那些？ 答：因为微波应用极为广泛，特别是通信领域，为了避免相互间的干扰，国际无线电管理委员会对频率的划分作了具体规定。分给工业、科学和医学用的频率有 433 兆赫、915兆赫、2450兆赫、5800兆赫、22125兆赫，与通信频率分开使用。目前国内用于工业加热的常用频率为915兆赫和2450兆赫。微波频率与功率的选择可根据被加热材料的形状、材质、含水率的不同而定。 问题4：微波加热的原理是什么？ 答：介质材料由极性分子和非极性分子组成，在电磁场作用下，这些极性分子从原来的随机分布状态转向依照电场的极性排列取向。而在高频电磁场作用下，这些取向按交变电磁的频率不断变化，这一过程造成分子的运动和相互摩擦从而产生热量。此时交变电场的场能转化为介质内的热能，使介质温度不断升高，这就是对微波加热最通俗的解释。 问题5：微波杀菌的机理是什么？ 答：微波灭菌的机理在于，细菌、成虫与任何生物细胞一样，是由水、蛋白质、核酸、碳水化合物、脂肪和无机物等复杂化合物构成的一种凝聚态介质。其中水是生物细胞的主要成分，含量在75～85％，因为细菌的各种生理活动都必须有水参与才能进行，而细菌的生长繁殖过程，对各种营养物的吸收是通过细胞膜质的扩散、渗透和吸附作用来完成的。在一定强度微波场的作用下，物料中的虫类和菌体也会因分子极化驰豫，同时吸收微波能升温。由于它们是凝聚态物质，分子间的作用力加剧了微波能向热能的能态转化。从而使体内蛋白质同时受到无极性热运动和极性转动两方面的作用，使其空间结构变化或破坏，而使蛋白质变性。蛋白质变性后，其溶解度、粘度、膨胀性、渗透性、稳定性都会发生明显的变化，而失去生物活性。另一方面，微波能的非热效应在灭菌中起到了常规物理灭菌所没有的特殊作用。也是造成细菌死亡的原因之一。 问题6：微波的穿透能力如何？ 答：穿透能力就是电磁波穿入到介质内部的本领，电磁波从介质的表面进入并在其内部传播时，由于能量不断被吸收并转化为热能，它所携带的能量就随着深入介质表面的距离，以指数形式衰减。透射深度被定义为：材料内部功率密度为表面能量密度的1/e 或36.8% 算起的深度D,微波的加热深度比红外加热大得多，因为微波的波长是红外波长的近千倍。红外加热只是表面加热，微波是深入内部加热。 问题7：什么叫微波的选择性加热? 答：不同性质的物料对微波的吸收损耗不同，即选择性加热的特点，这对干燥过程有利。因为水分子对微波的吸收损耗最大，所以含水量高的部位，吸收微波功率多于含水量较低的部位，从而干燥速率趋一致。 问题8：微波加热为什么称之为内部加热方式? 答：常规加热（如火焰、热风、电热、蒸汽等）都是利用热传导、对流、热辐射将热量首先传递给被加热物的表面，再通过热传导逐步使中心温度升高（即常称的外部加热)。它要使中心部位达到所需的温度，需要一定的热传导时间，而对热传导率差的物体所需的时间就更长。微波加热则属于内部加热方式，电磁能直接作用于介质分子转换成热，且透射性能使物料内外介质同时受热，不需要热传导，而内部缺乏散热条件，造成内部温度高于外部的温度梯度分布，形成驱动内部水分向表面渗透的蒸汽压差，加速了水份的迁移蒸发速度。特别是对含水量在30%以下的食品，速度可数百倍的缩短，在短时间内达到均匀干燥。 问题9：各种物质对微波的吸收能力如何？ 答：微波加热是介质材料自身损耗电场能量而发热。而不同介质材料的介质常数εr和介质损耗角正切值tgδ是不同的，故微波电磁场作用下的热效应也不一样。由极性分子所组成的物质，能较好地吸收微波能。水分子呈极强的极性，是吸收微波的最好介质，所以凡含水分子的物质必定吸收微波。另一类由非极性分子组成，它们基本上不吸收或很少吸收微波，这类物质有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜等、塑料制品和玻璃、陶瓷等，它们能透过微波，而不吸收微波。这类材料可作为微波加热用的容器或支承物，或做密封材料。在微波场电中，介质吸收微波功率的大小P正比于频率f、电场强度E的平方、介电常数εr 和介质损耗正切值tgδ。即: P = 2πf?E2?εr?V?tgδ 问题10：微波的脱水效率如何？ 答：理论上每千瓦小时微波电能可使1.39公斤的水汽化，由于线路损耗及腔体效率等因素，实际效果为0.8--1.1公斤/千瓦小时。用户可根据待处理材料初始与最终含水量之差及产量的要求来估算所需的微波功率。 微波干燥杀菌机理 微波是指频率300兆赫至300千兆赫的电磁波。在微波电磁场作用下，介质中的极性分子从原来的热运动状态转为跟随微波电磁场的交变而排列取向。例如，采用的微波频率为2450兆赫，就会出现每秒24.5亿次交变，产生激烈的磨擦而生热。在这一微观过程中，微波能量转化为介质内热能，使介质温度呈现为宏观上的升高。物料即能从外部到内部同时均匀发热而干燥脱水，消毒杀毒。微波具有热效应和非热效应双重杀菌作用。微波热效应杀菌的机理，由水、蛋白质、核酸、碳水化合物、脂肪和无机物等复杂化合物构成的生物细胞是一种凝结构发生变化或破坏蛋白质变性，影响其溶解度、黏度、膨胀性、稳定性，从而失去生物活性。 微波非热效应杀菌机理：微波作用能改变生物性排列聚合状态及其运动规律，而且微波场感应的离子流，会影响细胞膜附近的电荷分布，导致膜的屏障作用受到损伤，影响Na-K泵的功能，产生膜功能障碍，从而干扰或破坏细胞的正常新陈代谢功能，导致细菌生长抑制，停止或死亡。另外，细胞中的核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）在微波场力作用下可导致氢键有松弛、断裂或重组，诱发基因突变或染色体畸变，从而影响其生物活性的改变、延缓或中断细胞的稳定遗传和增殖。 简单地说，微波杀菌、保鲜是微波热效应共同作用结果。微波的热效应主要起快速升温杀菌作用；而非热效应则使微生物体蛋白质和生亘活性物质变异，从而丧失活力或死亡。 因此微波杀菌温度低于常规方法，一般情况下，常规方法杀菌温度要求在100摄氏度以上，时间十几分钟至几十分钟，而微波杀菌温度仅70-90摄氏度，时间为几分钟。 微波杀菌保鲜的特点 1、时间短、速度快 常规热力杀菌是通过热传导，对流或辐射等方式将热量从食品表面传至内部，要达到杀菌温度，往往需要较长时间。微波杀菌是微波能与食品及其细菌等微生物直接相互作用，热效应与非热效应共同作用，过到快速升温杀菌目的，处理时间大大缩短，各种物料的杀菌作用一般在3-5分钟。 2、低温杀菌保持营养成分和传统风味 微波杀菌是通过特殊热和非热的效应杀菌，与常规热力杀菌比较，能在比较低的温度和较短的时间获得所需的消毒杀菌效果。一般杀菌温度在75-80摄氏度，就能达到效果，此外微波处理食品能保留更多的营养成分和色、香、味、形等风味，具有膨化效果。如常规热力处理的蔬菜保留的维生素C是46％-50％，而微波处理是60％-90％；常规加热猪肝维生素A保持率为58％，而微波加热为84％。 3、节约能源 常规热力杀菌往往在环境及设备上存在热损失，而微波是直接对食品进行作用，因而没有额外的热能耗损。相比而言，一般可节电30％-50％。 4、均匀彻底 常规热力杀菌是从物料表面开始，然而通过热传导至内部，存在内外温差。为了保持食品风味，缩短处理时间。 往往食品内部没有达到足够温度而影响杀菌效果。由于微波肯有穿透作用，对食品进行整体处理时，表面和内部同时受到作用，所以消毒杀菌均匀彻底。 5、便于控制 微波干操杀菌处理，设备能即开即用，没有常规热力杀菌的热惯性，操作灵活方便，微波功率可调，传输速度从零开始连续可调，便于操作。 6、设备简单，工艺先进 与常规方法相比，微波设备不需要锅炉、复杂的管道系统，煤场和运输车辆，只要具备水，电基本条件即可。 7、善劳动条件，节省占地面积 设备的工作环境低、噪音小，极大地改善了劳动条件，整套微波设备的操作只需2-3人。 ==== 制药行业的干燥装置 我国加入世贸组织(WTO)，是机遇也是挑战。以制药行业来说产量大、价格低是优势，但出口药品除质量指标以外，还要由进口国或国际公认的机构对该药品的生产过程（包括接触药品的设备）进行检查，符合有关规定和要求方可出口。我国现行实施的规范是国家药品监督局1998年修订的《药品生产质量管理规范》及药品生产管理规范附录。上述规范及附录已由国家经贸委医药行业信息中心于1999年10月汇集于《药品GMP认证》一书中，该书同时收入了《美国现行药品生产质量管理替代规范》(CGMP)1998版和《日本药品生产质量管理规范》1990版。对于制药装备，国家经贸委中国制药装备行业协会也于2000年1月编刊了《制药装备实施GMP指南》，2000年9月上海医药设计院等还在沪召开了“制药机械GMP技术宣讲会”，探讨执行新版本《药品生产质量管理规范》以及实施制药机械GMP评审中心检测等相关事宜，会议的主要内容已经刊行。中国制药设备行业协会又于2001年8月编印了《制药装备实施GMP新技术、新产品信息文集》，文集除收入我国现行GMP文件外，还对制药装备验证、制药用水验证、若干制药及制剂设备对GMP的要求作了阐述。 用于医药生产的各种干燥装置都必须符合GMP（Good Manu facturing Practice缩写）的有关要求，其目的是要保证药品生产质量整批均一，以及不存在积料等。同时各该设备还必须达到可以原位清洗(Cleaning in Place, -CIP)、原位灭菌(Sterilizing in Place, - SIP)要求；对直接接触药品的设备材质也有要求，一般情况下用316不锈钢；进入干燥系统的热空气须经精密过滤，1 m3空气中≥0.5μm的尘埃粒子不得超过3500个，活微生物数<1。 药品的干燥根据不同的性状和要求，大致可采用下述两类方法：一类是从水溶液直接喷雾干燥成为颗粒，如链霉素、庆大霉素等；另一类是溶液经结晶、过滤后将结晶物进行干燥，对于热敏性药物（如若干生物制剂等）可选用冷冻干燥。那些结构复杂不易清洗或灭菌的干燥形式，则不能应用于药品的干燥。 2 对喷雾干燥的要求 2． 1 雾化装置 喷雾干燥的雾化装置一般有离心式、压力式以及气流式。离心式雾化器其离心盘的传动轴分处干燥室内外，防止轴封之细粒脱落比较困难；压力式雾化系统其料液要经过高压泵压送，运作时活塞与缸体的磨擦及连杆的密封都会影响料液之洁净。比较之下气流雾化因雾化用的空气以及料液在进塔之前均可先经洁净过滤，滤除其所夹带之颗粒(包括细菌)，故而比较适宜药品干燥。尼罗公司从1996年开始改用气流雾化来喷干药品。 2．2 料液及雾化用压缩空气的过滤 喷干前的料液在引入喷塔之前应经0.3μm的微孔膜过滤；雾化用压缩空气在经微孔膜过滤之前还应将其所夹带之油、水先行去除。 2． 3 热空气 热空气源自大气，所夹带尘粒等的数量较多，而且流量大；加热后温度要求达到140℃以上，加热器在运转中会剥落颗粒。为此，热空气过滤系统应按照热空气温度要求来考虑，开发出能耐温耐久长期高效运转的空气过滤器。 2． 4 干燥产品的送出 在干品的排出口周围要用洁净空气保护，以防周围环境的尘埃或杂物混入干燥产品无菌喷雾干燥。 3 结晶状药物的干燥 结晶状药物的干燥，除了结晶工序严格要求无菌、无杂外，干燥过程也严格要求无菌。最早多采用真空烘箱，但干燥速度慢，干燥箱不易清洗，现基本上已改用回转真空干燥机。近年来国外已推出一种结晶—过滤—干燥联合机，简称“三合一”机。另外，还有一种将药物在结晶设备中结晶以后连同母液一并送入“过滤—洗涤—干燥”联合机中处理的系统，也称“三合一”机。 3． 1 回转真空干燥器 回转真空干燥器的器身为圆形，两头为锥体，中部有二悬轴用以支撑器身，并起着连接真空伸出管及热水进出管路的作用。 20世纪80年代初为华北制药厂青霉素干燥取代真空干燥箱，开发研制了此种装置，重点解决了二悬轴的同心度(轴端跳动量<0.01mm)问题以及固定的真空引出管与旋转轴之间的原位清洗(CIP)与原位灭菌(SIP)问题。此外还配套了可在真空下回收蒸发溶剂的低温冷凝器。该装置已在医药行业获得了推广，其中福州抗菌素厂采用该机型已于1985年通过美国FDA的GMP验证。 在双轴回转真空干燥器的基础上又开发了单轴型回转真空干燥机，即由单一转轴支承器身，使器身留在无菌区而将传动系统移至无菌区以外。从结构上实现了传动轴、真空引出管、加热用水进出管路的同轴化。此种形式也将获得广泛使用。 双锥形回转真空干燥机流程 3．2 三合一机 ⑴ 结晶—过滤—干燥三合一机 此种三合一机可将母液送入器内完成结晶过程，结晶后再行过滤与干燥。为了防止结晶在过滤网下方析出，故设计成器身可180°转动。在结晶阶段可将器身转至滤网在上；结晶完成后转180°，使滤网在下，开始过滤。中间有可伸降之搅拌器，分别用于结晶过程的搅拌以及过滤阶段的压平滤层和干燥阶段的翻动滤饼层。桨叶中也设有加热介质通道，以提高干燥速度。 ⑵ 过滤—洗涤—干燥三合一机 采用此种装置时，结晶需在结晶罐中进行。结晶完成后再输入此机进行过滤，过滤后再注入洗涤液并利用搅拌装置进行充分洗涤，然后再过滤，最后进行脱水干燥。 由于物料是在结晶以后送入器中，设在下部的滤网可以截留晶体，因此器身可以不作180°旋动，简化了结构。干燥结束后，产品由设在滤网以上的器壁开孔处排出，搅拌器桨叶对物料的排出可起助推作用。现有的几种品牌，在开孔阀门处虽然也用蒸汽灭菌，但所用蒸汽在阀腔内未能达到灭菌所需的压力和温度。 这二种三合一机都能免除过滤—干燥二个环节因不同设备而造成的滤饼层的输送，减少了产品污染的机会。 4 胶塞清洗—灭菌—干燥机 用来封闭无菌粉针剂药瓶的胶塞虽不是药物，但与药物密切接触，同时还要承受注射针头的穿刺，因此有严格的质量要求，其干燥后的含水量根据不同药物的要求需控制在0.1～0.05%以下，而且处理胶塞的批量要和被分装药物的批量相对应，以保证均一。 在20世纪80年代，德国Huber及意大利Nicumac推出了大致相同的多室水平转筒机，现国内也有类似产品。其后，德国SMEJA公司与CIBA—GEIGY制药厂联合开发了PHAMA—CLEAN型胶塞清洗—灭菌—干燥机。后者的主要结构是用单轴支承的具有锥顶的圆筒；另一端是用法兰连接的椭圆形盖，其上设分布板；卸料时将器身转180°使锥顶向下，通过控制阀逐桶卸出。在清洗、干燥过程中可使器身左右转动各45°，以使操作均匀。 在对比分析几种国外机型的基础上，上海医药工业研究院开发研制了JS型胶塞清洗—灭菌—干燥机。采用单轴支承锥底圆筒型式，将国外二软管连接进出气、液及吸入胶塞的结构改进为多套管多轴封的结构，使进出管道可用固定的不锈钢管连接，从而使干燥温度可以提高，满足了胶塞最终含水量控制在0.05%的要求。另外，根据胶塞歇止角大的特点将左右转动角度提高到各90°，有助于清洗彻底及干燥均匀。现该机型已在江西东风、鲁抗、华北制药厂等投入运行。此机所用清洗用水、蒸汽、干燥用空气均需经洁净过滤。 [ Last edited by shich68 on 2007-1-26 at 19:37 ] |
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