（國(guó)藥控股星鯊制藥（廈門）有限公司，廈門 361021）

1 軟膠囊干燥特性

軟膠囊（以下或簡(jiǎn)稱“膠囊”）干燥是一個(gè)“動(dòng)態(tài)”的干燥過程，膠囊剛制丸后，膠皮表面堆積了大量的水分子，很容易被周圍干空氣所吸附[1]，我們一般稱此階段干燥時(shí)間為“快速干燥期”即第一階段；膠囊在經(jīng)歷“第一階段”以后將迎來較漫長(zhǎng)的“平微干燥期”即第二階段，膠囊內(nèi)外的水分子通過“內(nèi)外水分之間的壓力差”逐漸滲透并達(dá)到一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的過程；膠囊干燥在經(jīng)過第二階段以后，大部分水分都已被吸附，只有少量留在膠囊內(nèi)部深處，此時(shí)由于膠囊內(nèi)部的明膠已較干燥，逐漸形成一層植物脂“保護(hù)膜”，此時(shí)膠囊干燥將處于“難度干燥期”即第三階段，大大阻礙膠囊內(nèi)部的水分子向外滲透、散濕，此干燥階段最為困難，很多生產(chǎn)企業(yè)其膠囊不能完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，就是因?yàn)榇穗A段未能滿足生產(chǎn)工藝要求，此時(shí)需要用比前兩個(gè)階段更加干燥的空氣才能強(qiáng)行將膠囊內(nèi)部的水分吸附出來。干燥過程如圖1所示。

2 冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合除濕機(jī)組的原理

冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合除濕機(jī)組的結(jié)構(gòu)流程如圖2所示。

圖1 軟膠囊干燥過程時(shí)間-膠皮水分關(guān)系Fig.1 Sketch map of drying time-moisture relationship of soft capsule

圖2 冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合除濕機(jī)組的結(jié)構(gòu)流程Fig.2 Structure flow chart of refrigeration-adsorption (Rotary Wheel) combined dehumidification unit

如圖2所示，待處理的空氣A通過前置表冷器的預(yù)冷后，形成了空氣B，預(yù)冷后的空氣B 穿過處理風(fēng)機(jī)后，進(jìn)入密閉的吸附除濕轉(zhuǎn)輪，密閉的吸附除濕轉(zhuǎn)輪內(nèi)分為兩個(gè)區(qū)域：270°扇形的除濕區(qū)和90°扇形的再生區(qū)[2]，吸附劑則均勻分散在基體上形成一個(gè)巨大的吸附表面，當(dāng)空氣B 進(jìn)入到除濕區(qū)時(shí)，空氣中的水分則被除濕區(qū)的吸附劑吸附，得到相對(duì)濕度極低的干燥氣流C，而氣流C 再經(jīng)過后置表冷器的等濕冷卻后形成恒溫低濕的空氣D，進(jìn)而再將空氣D 傳送到所需的干燥間室內(nèi)，營(yíng)造恒溫低濕的膠丸干燥環(huán)境。

設(shè)備外部新鮮空氣E 逆向（相對(duì)空氣A）經(jīng)加熱器的升溫（145℃）后，形成了等濕高溫再生空氣F，F(xiàn)通過吸附除濕轉(zhuǎn)輪的再生區(qū)將吸附劑內(nèi)的水分解吸出來并帶走，使得轉(zhuǎn)輪上的吸附劑可循環(huán)使用，此處特別說明，吸附除濕轉(zhuǎn)輪需在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的帶動(dòng)下緩慢旋轉(zhuǎn)（一般 5～50 r/h的轉(zhuǎn)速），吸附水分后的空氣G經(jīng)再生風(fēng)機(jī)處理后排出冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合除濕機(jī)組外部。

根據(jù)冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合除濕過程的原理可以看出，該過程滿足了低溫低濕要求下，能連續(xù)穩(wěn)定，除濕量大的條件，整個(gè)過程是一個(gè)不斷反復(fù)除濕與再生的周期性過程，確保了連續(xù)的除濕效果，得到狀態(tài)穩(wěn)定的干燥氣流。該技術(shù)的應(yīng)用還彌補(bǔ)了靜態(tài)固體吸附不能連續(xù)除濕的缺陷，解決了制冷冷凝除濕在低溫低濕情況下“無能為力”的問題。

3 冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合除濕干燥的影響因素

從低溫吸附干燥機(jī)構(gòu)的流程分析，低溫吸附干燥主要受空氣濕度、干燥風(fēng)溫度、干燥風(fēng)的風(fēng)量、物料粒度、再生熱量等因素影響。

3.1 空氣濕度的影響

空氣濕度的高低是影響干燥效率的關(guān)鍵因素。處理風(fēng)的濕度越低，物料表面的水分越能隨著處理風(fēng)離開物料，而處理風(fēng)的濕度主要還是由除濕轉(zhuǎn)輪的吸附能力決定。低溫時(shí)，空氣中的水分受到低溫的影響冷凝出來，加之除濕轉(zhuǎn)輪吸附能力強(qiáng)的情況下，就能進(jìn)一步降低處理風(fēng)的濕度，因此處理風(fēng)的溫度在表冷器的處理下，降得越低越好。

3.2 干燥風(fēng)溫度的影響

干燥速率隨著干燥風(fēng)溫度的提高而增大。相比以空氣溫度差作為傳質(zhì)推動(dòng)力的熱風(fēng)干燥法，吸附干燥則是一種以濃度差為傳質(zhì)推動(dòng)力的低溫脫水干燥，因此空氣溫度對(duì)干燥影響的原理不同于熱風(fēng)干燥。

3.3 干燥風(fēng)風(fēng)量的影響

風(fēng)速越高，干燥速率越快。作為干燥介質(zhì)，空氣應(yīng)保持較高的溶水能力，可快速帶走物料蒸發(fā)的水分。因此，干燥空氣更新越快，越有利于物料干燥。當(dāng)然，并不是風(fēng)量越大越好，這與除濕轉(zhuǎn)輪的處理能力有關(guān)，當(dāng)風(fēng)量超過除濕轉(zhuǎn)輪的處理能力時(shí)，空氣中部分水分來不及被吸附即被帶出除濕轉(zhuǎn)輪，會(huì)導(dǎo)致除濕轉(zhuǎn)輪的除濕性能下降，影響干燥效果，同時(shí)風(fēng)量越大，所損耗的能源就越大。所以，在保證適宜的風(fēng)溫和風(fēng)濕的前提下，兼顧經(jīng)濟(jì)效益，調(diào)節(jié)適宜的風(fēng)量，可提高干燥效率。

3.4 待干燥軟膠囊大小的影響

軟膠囊表面積越大，干燥速率越高。當(dāng)軟膠囊平放，其與干燥風(fēng)接觸的面積越大，越能快速被干燥風(fēng)帶走表面水分，也提高了干燥速率。

3.5 再生熱量的影響

再生熱量越大，再生風(fēng)對(duì)除濕轉(zhuǎn)輪中吸附劑的解吸效果越好，除濕轉(zhuǎn)輪的性能也越好。但是再生熱量的提高并不是無限的，達(dá)到一定值后，再生熱量的增大并不能提高再生風(fēng)對(duì)吸附劑的再生作用，此時(shí)再生熱量的提高即是浪費(fèi)。

4 冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合除濕干燥工藝的應(yīng)用案例

總結(jié)多年的高溫烘房的使用經(jīng)驗(yàn)，嘗試了硅膠吸濕及履帶式箱體干燥方式，借鑒了國(guó)內(nèi)外較先進(jìn)的低溫低濕干燥技術(shù)[3-4]，并結(jié)合考慮低溫吸附干燥的影響因素及軟膠囊生產(chǎn)的實(shí)際情況，可采用冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合機(jī)組并分三段式梯度除濕的膠囊干燥模式，即在膠囊干燥階段依次進(jìn)行三個(gè)梯度條件下干燥的工藝：梯度一——溫度（t=18℃±2℃）、濕度（φ=30%～50%）；梯度二——溫度（t=20℃±2℃）、濕度（φ=10%～20%）；梯度三——溫度（t=22℃±2℃）、濕度（φ≤10%）。

針對(duì)滿足軟膠囊在三個(gè)溫濕度下的梯度干燥條件，采用了三組能獨(dú)立操作的冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合除濕機(jī)組，分別針對(duì)各梯度下的溫濕度要求對(duì)干燥室的環(huán)境進(jìn)行控制。同時(shí)為適當(dāng)緩解低溫低濕環(huán)境下操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合除濕機(jī)組均可采取補(bǔ)充部分新風(fēng)與回風(fēng)混合的模式，圖3為處理空氣混合全處理流程，圖4為該除濕系統(tǒng)在焓-濕圖中空氣的除濕過程。

如圖4所示，干燥室回風(fēng)狀態(tài)為N，狀態(tài)點(diǎn)1的混合空氣進(jìn)入冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合除濕機(jī)組，經(jīng)表冷器1 降溫減濕至狀態(tài)點(diǎn)2，然后進(jìn)入除濕轉(zhuǎn)輪絕熱（等焓）去濕至狀態(tài)點(diǎn)3，溫度高于除濕機(jī)入口的干燥熱空氣，由表冷器2 等濕冷卻至送風(fēng)狀態(tài)4。

圖3 處理空氣混合全處理流程Fig.3 Treatment air mixing total treatment process

將設(shè)計(jì)所需的三個(gè)溫、濕度梯度輸入IDDiaGram 暖通輔助設(shè)計(jì)軟件，可得到A、B、C 三個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的空氣參數(shù)，如圖5所示。

三組冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合除濕機(jī)組技術(shù)參數(shù)如表1所示。

梯度除濕空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)要求，如表2所示。

4.1 三組冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合除濕機(jī)組系統(tǒng)技術(shù)要求及運(yùn)行原理

4.1.1 1號(hào)除濕機(jī)組運(yùn)行原理

圖5 三個(gè)梯度狀態(tài)點(diǎn)空氣參數(shù)Fig.5 Three gradient state point air parameters

1號(hào)除濕機(jī)組運(yùn)行流程如圖6所示，各節(jié)點(diǎn)空氣參數(shù)如表3所示。600 m3/h 新風(fēng)①經(jīng)“表冷段01”冷卻降溫至12℃，并凝結(jié)排出一部分水分②；與3 900 m3/h 定型干燥室內(nèi)回風(fēng)⑨混和為③，經(jīng)初效段至除濕段通過除濕轉(zhuǎn)輪進(jìn)行深度除濕，得到露點(diǎn)溫度-10.765℃，絕對(duì)含濕量為1.5 g/kg的4 500 m3/h干燥空氣④，依次經(jīng)風(fēng)機(jī)段、中效段、“表冷段02”冷卻降溫⑤后調(diào)節(jié)風(fēng)溫穩(wěn)定在16℃⑥，送入預(yù)定型干燥室內(nèi)，滿足室內(nèi)溫度、濕度的指標(biāo)。另外，從室外引825 m3/h 新風(fēng)作為轉(zhuǎn)輪再生風(fēng)⑦，經(jīng)再生加熱器加熱至105℃，對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行再生后排空⑧。

4.1.2 2號(hào)除濕機(jī)組運(yùn)行原理

2號(hào)除濕機(jī)組運(yùn)行流程如圖7所示，各節(jié)點(diǎn)空氣參數(shù)如表4所示。400 m3/h 新風(fēng)①經(jīng)“表冷段01”冷卻降溫至12℃，并凝結(jié)排出一部分水分②；與7 600 m3/h 定型干燥室內(nèi)回風(fēng)⑨混和為③，依次經(jīng)風(fēng)機(jī)段、初效段至除濕段通過除濕轉(zhuǎn)輪進(jìn)行深度除濕，得到露點(diǎn)溫度-13.236℃，絕對(duì)含濕量為1.2 g/kg的8 000 m3/h 干燥空氣④，經(jīng)中效段、“表冷段02”冷卻降溫⑤后調(diào)節(jié)風(fēng)溫穩(wěn)定在18℃⑥，送入定型干燥室內(nèi)，滿足室內(nèi)溫度、濕度的指標(biāo)。另外，從室外引2 400 m3/h 新風(fēng)作為轉(zhuǎn)輪再生風(fēng)⑦，經(jīng)再生加熱器加熱至145℃，對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行再生后排空⑧。

表1 冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合除濕機(jī)組技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters of refrigeration-adsorption （rotary wheel） combined dehumidifier unit

表2 梯度除濕空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)要求Tab.2 Technical requirements for gradient dehumidification air conditioning system

表3 1號(hào)除濕機(jī)組各節(jié)點(diǎn)空氣參數(shù)表Tab.3 Air parameter table for each node of No.1 dehumidifier unit

4.1.3 3號(hào)除濕機(jī)組

3號(hào)除濕機(jī)組運(yùn)行流程如圖8所示，各節(jié)點(diǎn)空氣參數(shù)如表5所示。360 m3/h 新風(fēng)①經(jīng)“表冷段01”冷卻降溫至12℃，并凝結(jié)排出一部分水分②；與11 640 m3/h 干燥室內(nèi)回風(fēng)⑩混和為③，依次經(jīng)風(fēng)機(jī)段、初效段、“表冷段02”冷卻降溫至12℃④；通過除濕轉(zhuǎn)輪進(jìn)行深度除濕，得到露點(diǎn)溫度-24.761℃，絕對(duì)含濕量為0.4 g/kg的12 000 m3/h 干燥空氣⑤，依次經(jīng)中效段、“表冷段03”冷卻降溫⑥后調(diào)節(jié)風(fēng)溫穩(wěn)定在20℃，送入干燥室內(nèi)，滿足室內(nèi)溫度、濕度的指標(biāo)。另外，從室外引3 600 m3/h 新風(fēng)作為轉(zhuǎn)輪再生風(fēng)⑧，經(jīng)再生加熱器加熱至145℃，對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行再生后排空⑨。

圖6 1號(hào)除濕機(jī)組運(yùn)行原理圖Fig.6 Operational schematic diagram of No.1 dehumidifier unit

表4 2號(hào)除濕機(jī)組各節(jié)點(diǎn)空氣參數(shù)表Tab.4 Air Parameter table for each node of No.2 dehumidifier unit

圖7 2號(hào)除濕機(jī)組運(yùn)行原理圖Fig.7 Operational schematic diagram of No.2 dehumidifier unit

圖8 3號(hào)除濕機(jī)組運(yùn)行原理圖Fig.8 Operational schematic diagram of No.3 dehumidifier unit

表5 3號(hào)除濕機(jī)組各節(jié)點(diǎn)空氣參數(shù)表Tab.5 Air parameters for each node of No.3 dehumidifier unit

機(jī)組建設(shè)案例如圖9～11所示。

4.2 冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合機(jī)組應(yīng)用效益

4.2.1 技術(shù)效益

相比國(guó)內(nèi)軟膠囊生產(chǎn)企業(yè)一般采用的高溫烘房干燥、硅膠吸濕干燥、履帶式干燥、冷凍除濕干燥等干燥工藝，從技術(shù)先進(jìn)性、可靠性、適用性、干燥效果及GMP 要求符合性來看，冷凍－吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合干燥工藝的技術(shù)效益優(yōu)于其他干燥工藝，具體比對(duì)結(jié)果如表6所示。

圖9 1號(hào)除濕機(jī)組實(shí)圖Fig.9 Actual drawing of No.1 dehumidifier unit

圖10 2號(hào)除濕機(jī)組實(shí)圖Fig.10 Actual drawing of No.2 dehumidifier unit

圖11 3號(hào)除濕機(jī)組實(shí)圖Fig.11 Actual drawing of No.3 dehumidifier unit

4.2.2 經(jīng)濟(jì)效益

除濕機(jī)組能源運(yùn)行成本如表7所示。（注：耗汽量按供汽壓力0.6 MPa 計(jì)算）

4.2.3 能耗綜合比較

以我司目前軟膠囊生產(chǎn)線生產(chǎn)規(guī)模為統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，三種軟膠囊干燥方式能耗比較如表8所示。

冷凍-吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合除濕機(jī)組能耗成本（包含耗電及耗汽）雖比高溫烘房干燥模式高，但同比履帶式干燥模式低得多。高溫烘房干燥模式耗能雖低但不符合GMP 要求，不能在潔凈廠房?jī)?nèi)推廣。

表6 技術(shù)比對(duì)表Tab.6 Technical comparison table

表7 除濕機(jī)組運(yùn)行耗能情況表Tab.7 Energy consumption of dehumidifier unit in operation

5 總結(jié)

（1）冷凍－吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合干燥工藝能滿足軟膠囊生產(chǎn)企業(yè)的干燥溫濕度工藝要求，且相比其他軟膠囊干燥工藝，其技術(shù)效益更優(yōu)。

（2）冷凍－吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合干燥工藝的應(yīng)用適用于潔凈廠房，設(shè)備與干燥物料獨(dú)立分開，便于管理。

表8 三種干燥模式耗能情況Tab.8 Energy consumption and cost of three drying modes

（3）冷凍－吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合干燥工藝的應(yīng)用耗能較大，存在節(jié)能空間，需在實(shí)際運(yùn)行過程中摸索進(jìn)一步節(jié)能方案[5]。

冷凍－吸附（轉(zhuǎn)輪）聯(lián)合干燥工藝的應(yīng)用是否適用于非軟膠囊產(chǎn)品的干燥，如農(nóng)產(chǎn)品脫水保存等，需進(jìn)一步在實(shí)際應(yīng)用中探討。