Пилотная распылительная сушилка: полное руководство по лабораторной и пилотной распылительной сушке

Пилотная распылительная сушилка — это небольшая система распылительной сушки, обычно испаряющая от нескольких до нескольких десятков килограммов воды в час и применяемая для разработки процесса и получения данных для масштабирования до покупки производственной машины. Она занимает место между лабораторной установкой, на которой рецептуры проверяют на пробах в миллилитры, и промышленной сушилкой, работающей на сотнях килограммов в час.

Разрабатываете ли вы фармацевтическую рецептуру, масштабируете пищевой ингредиент или испытываете современный материал, пилотный этап отвечает на вопросы, на которые лабораторная установка ответить не может: сохраняется ли процесс при реалистичной скорости подачи, какие свойства будет иметь порошок и что должна обеспечивать машина полного масштаба? В этом руководстве описано, чем различаются лабораторные и пилотные установки, что включает процесс, какие характеристики важны и как выбирать.

Кратко: зачем нужен пилотный этап

Результат распылительной сушки зависит от размера капель, времени пребывания, температуры газа и геометрии камеры. При смене масштаба несколько из этих факторов меняются одновременно. Рецептура, хорошо высыхающая в настольной установке, в камере большего размера может налипать на стенку, давать другой размер частиц или терять выход.

Пилотный прогон закрывает этот разрыв. Он даёт измеренные температуры на входе и выходе, скорость подачи, влажность порошка, размер частиц, насыпную плотность и выход на вашем собственном материале. Эти цифры — основа для спецификации производственной сушилки. Пропуск этого этапа — самая частая причина, по которой проект полного масштаба не достигает целей.

Что такое пилотная распылительная сушилка?

Пилотная распылительная сушилка — это полная линия распылительной сушки в уменьшенном масштабе: питающий насос, распылитель, нагреватель, сушильная камера, циклон и сбор порошка. Она используется, чтобы:

• разрабатывать и испытывать новые рецептуры в реалистичных условиях
• определять рабочее окно по температуре, скорости подачи и распылению
• получать опытные партии для оценки заказчиками и контроля качества
• получать данные для масштабирования производственной сушилки
• выпускать небольшие коммерческие партии ценной продукции

Лабораторная и пилотная распылительная сушилка

Используйте лабораторную установку, пока у вас мало пробы и вы ещё выбираете между рецептурами. Переходите на пилотную, когда нужны данные, которые можно масштабировать.

Пилотные модели SINOTHERMO

Стандартные пилотные распылительные сушилки SINOTHERMO — PSD-5 и PSD-10. Обе — установки с прямотоком и открытым циклом, с электрическим нагревом, управлением от ПЛК, полностью сварной полированной камерой и сбором в циклоне. Полная спецификация приведена на странице пилотной распылительной сушилки.

Производительность по испарению зависит от свойств материала и температуры воздуха на входе и выходе, поэтому приведённые цифры относятся к стандартным конфигурациям. Параметры могут меняться по мере обновления продукции, поэтому уточняйте действующую спецификацию при запросе коммерческого предложения. На фото ниже показана установленная пилотная установка PSD; варианты пылеулавливания различаются, поэтому проверяйте спецификацию для вашей конфигурации.

Выше PSD-10 линейка центробежных распылительных сушилок начинается с LPG-25, который испаряет до 25 кг/ч воды. Если для пилотной работы нужно форсуночное распыление для более крупных гранул, альтернативой на форсунках служит форсуночная распылительная сушилка, а для растворителей и чувствительного к кислороду сырья подойдёт распылительная сушилка с замкнутой циркуляцией.

Как работает распылительная сушилка

Процесс состоит из четырёх стадий.

1. 1.Распыление. Подаваемый материал дробится на мелкие капли форсункой или вращающимся диском. Размер капель определяет конечный размер частиц.
2. 2.Контакт капель с воздухом. В камере капли встречаются с горячим газом. Большинство пилотных и лабораторных систем работает по прямотоку: капли и газ движутся в одну сторону, поэтому самый горячий газ встречает самую влажную каплю. Это защищает термочувствительные материалы.
3. 3.Испарение. Вода уходит с поверхности капли, и за несколько секунд капля становится сухой частицей.
4. 4.Сбор порошка. Циклон, а часто и рукавный фильтр, отделяют порошок от отработанного газа.

Подробнее — в материалах как работает распылительная сушка и в нашем сравнении способов распыления в статье распыление в распылительных сушилках.

Основные области применения пилотных и лабораторных распылительных сушилок

Фармацевтика. Аморфные твёрдые дисперсии для повышения растворимости, ингаляционные порошки, инкапсуляция действующих веществ. См. фармацевтическая распылительная сушка.

Пищевая промышленность и нутрицевтика. Порошки молока, кофе и фруктов, инкапсуляция ароматизаторов и масел, пробиотики. См. распылительная сушка в пищевой промышленности.

Химия и современные материалы. Катализаторы, пигменты, керамические порошки и прекурсоры катодов аккумуляторов с контролируемой морфологией частиц. См. распылительные процессы в материалах для литиевых аккумуляторов.

Разбивку по отраслям смотрите в материале применение лабораторных и пилотных распылительных сушилок по отраслям.

Как выбрать пилотную или лабораторную распылительную сушилку

1. 1.Свойства материала. Сырьё водное или на растворителе? Каковы содержание твёрдых веществ, вязкость и липкость? Липкому или термочувствительному сырью нужны охлаждаемые стенки, более низкие температуры или другое распыление. Для сырья на растворителях нужен контур инертного газа, о нём — в нашем руководстве по распылительной сушилке с замкнутым контуром.
2. 2.Целевой размер частиц. Двухжидкостные форсунки обычно дают мелкие частицы. Центробежные распылители дают более широкий диапазон и справляются с вязким сырьём. Форсунки высокого давления дают более крупные гранулы.
3. 3.Производственная цель. Определите масштаб, к которому вы идёте. Выбирайте пилотную установку с тем же типом распылителя, что и производственная машина, иначе данные не переносятся.
4. 4.Требования безопасности. Горючие растворители требуют инертного контура. Токсичные или высокоактивные вещества требуют изоляции.
5. 5.Бюджет и площадь. Лабораторные установки дешевле и умещаются на столе. Пилотным нужны площадь пола и коммуникации.

Общие принципы выбора — в руководстве по распылительным сушилкам. О различиях масштабов — в материалах лабораторная, пилотная и промышленная распылительная сушилка и что указывать в спецификации лабораторных, пилотных и настольных распылительных сушилок.

Купить пилотную установку или сначала испытать в лаборатории?

Многим командам на первом этапе не нужно владеть пилотной сушилкой. Если вам нужно проверить один продукт, платное пилотное испытание в испытательной лаборатории обходится дешевле покупки машины и даёт данные для её спецификации. Наша испытательная лаборатория проводит испытания на материале заказчиков по распылительной сушке, кипящему слою, грануляции и другим процессам и выдаёт отчёт с параметрами и образцами порошка. Покупка пилотной сушилки оправдана, если вы будете регулярно проводить испытания, работать с несколькими продуктами или выпускать опытные партии на месте.

Типичные ошибки при выборе распылительной сушилки

Недооценка сложности сырья. Липкие материалы, богатые сахаром или жиром, могут требовать специальных конфигураций: охлаждаемых стенок, осушенного воздуха или вакуумной и холодной распылительной сушки.

Игнорирование факторов масштабирования. Лабораторные данные не всегда напрямую переносятся на промышленный масштаб. Используйте пилотную установку с тем же типом распылителя, что и у производственной машины.

Невнимание к выходу порошка. Плохой сбор расточает ценный продукт. Проверьте заявленный выход и то, на чём он измерялся.

Пренебрежение требованиями безопасности. Не сушите органические растворители в системах с открытым циклом. Используйте контур инертного газа.

Выбор только по производительности. Производительность по испарению — лишь один из параметров. Тип распылителя, источник тепла, конструкционные материалы и возможность очистки не менее важны в R&D и фармацевтике.

Отсутствие плана измерений. Заранее решите, какие измерения нужны: влажность, гранулометрический состав, насыпная плотность, выход и остаточный растворитель. Испытание без плана измерений напрасно расходует пробу.

Что должно измерять пилотное испытание

Пилотный прогон полезен, только если даёт цифры, на которые можно опираться. Согласуйте план измерений с лабораторией до начала испытания.

• Рабочие условия: температуры на входе и выходе, скорость подачи, скорость распылителя или давление форсунки и расход газа.
• Свойства порошка: остаточная влажность, гранулометрический состав, насыпная плотность и плотность после уплотнения, сыпучесть и, если это важно для вашего применения, морфология.
• Показатели процесса: выход порошка, отложения на стенках и любые признаки налипания или разложения.
• Качество продукта: анализ, определяющий приемлемость продукта, например содержание активного вещества, жизнеспособность, растворимость или цвет.

По этим результатам можно рассчитать производительность по испарению, нужную производственной сушилке, выбрать тип распылителя и задать рабочее окно. Без них предложение на большую машину — это оценка, а не спецификация.

Заключение

Пилотная распылительная сушилка — шаг, превращающий лабораторный результат в производственную спецификацию. Выбирайте масштаб по стадии проекта, подбирайте распылитель под целевую машину и измеряйте важные свойства. Если вам нужно проверить один продукт, сначала испытайте его в лаборатории.

Следующий шаг: запросите пилотное испытание на вашем материале. Пилотное испытание — платная услуга, вы получаете отчёт с рабочими параметрами, свойствами порошка и образцами.

Вопросы и ответы

В чём разница между лабораторной и пилотной распылительной сушилкой?

Лабораторная распылительная сушилка — настольная установка для проверки осуществимости и скрининга рецептур на небольших пробах. Пилотная испаряет примерно от 5 до 50 кг/ч воды и применяется для валидации процесса, получения данных для масштабирования и небольших производственных партий.

Сколько стоит пилотная распылительная сушилка?

Цена зависит от производительности, типа распылителя, источника тепла, конструкционных материалов и опций, например контура инертного газа. Мы не публикуем диапазон цен, потому что конфигурации сильно различаются. Запросите предложение с указанием вашего материала и целевой производительности.

Может ли лабораторная распылительная сушилка работать с органическими растворителями?

Только при правильной конструкции. Горючим растворителям нужен герметичный контур инертного газа, обычно азота, с контролем кислорода и конденсацией растворителя. Лабораторная установка с открытым циклом не подходит.

Какой размер частиц может давать пилотная распылительная сушилка?

Это зависит от распылителя и настроек процесса. Двухжидкостные форсунки дают самые мелкие частицы, центробежные распылители — более широкий диапазон, форсунки высокого давления — более крупные гранулы. Испытание на вашем материале измерит фактический гранулометрический состав.

Проводит ли SINOTHERMO испытания образцов?

Да. У SINOTHERMO есть испытательная лаборатория, где инженеры проводят испытания распылительной сушки на вашем материале и сообщают параметры, свойства порошка и образцы. Пилотные испытания — платная услуга.

Можно ли применять распылительную сушку для термочувствительных материалов?

Часто да. Капли остаются холоднее газа, пока содержат влагу, а сушка занимает всего секунды. Более низкая температура на входе, прямоток и вещества-носители защищают пробиотики, ферменты и витамины. Испытание подтвердит результат для вашего продукта.

Какова производительность по испарению пилотных распылительных сушилок SINOTHERMO?

PSD-5 испаряет около 5 кг/ч воды, PSD-10 — до 10 кг/ч. Для большей производительности линейка центробежных распылительных сушилок начинается с LPG-25 — до 25 кг/ч. Производительность зависит от материала и температур на входе и выходе.