Nghiên cứu thiết kế thiết bị sấy tầng sôi tạo hạt trong ngành dược phẩm

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 ngành dược phẩm - Phân

LÊ NGUYỄN ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY TẦNG SÔI

TẠO HẠT TRONG NGÀNH DƯỢC PHẨM

Chuyên ngành : Công Nghệ Chế Tạo Máy

Mã số: 605204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2013

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ĐHQG TP.HCM ngày……tháng……năm……

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm : (Ghi rõ họ tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội Đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa ( nếu có)

TRONG NGÀNH DƯỢC PHẨM

II 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 ngành dược

phẩm

- Phân tích so sánh các hệ máy sấy tạo hạt tầng sôi đang được sử dụng trong nước

- Nghiên cứu, tính toán các thông số để thiết kế thiết bị sấy tầng sôi tạo hạt cho sảnphẩm cốm sủi Myvita có tỷ trọng 1.730 g/cm3, kích thước đường kính trung bình

780 µm

- Thiết kế các bản vẽ thiết bị

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

LỜI CÁM ƠN

Thời gian theo học khoá đào tạo Sau Đại Học chuyên ngành Công Nghệ Chế TạoMáy tại Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh rồi cũng khép lại với đề tài luậnvăn tốt nghiệp này Nhìn lại chặng đường học tập, nghiên cứu đã qua, lời đầu tiên, emxin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể Ban giám hiệu nhà trường, các thầy côkhoa Cơ Khí, các thầy cô phòng Đào tạo Sau Đại Học và đặc biệt gửi lời tri ân sâu sắc

đến thầy PGS.TS Đặng Văn Nghìn đã tận tình hướng dẫn cũng như hỗ trợ và giúp đỡ

em vượt qua nhiều khó khăn trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Em cũng xin gửi lời cám ơn đến cha mẹ, những người luôn bên cạnh động viên tinhthần và hỗ trợ mọi mặt trong những giai đoạn khó khăn nhất

Kiến thức vô bờ, giữa những tính toán lý thuyết và thực tế có những khoảng cáchrất rộng lớn Trong những lúc tỏ ra do dự với những sai khác giữa lý thuyết tính toán

và thực tế, em xin trân trọng ghi nhận và chân thành cám ơn những giúp đỡ tư vấn của

các anh Ong Kiến Thành - Kỹ sư thiết kế tại công ty TNHH Chế tạo máy Dược Phẩm

Tiến Tuấn và anh Nguyễn Thanh Phong - Trưởng Phòng Cơ Điện công ty TNHH Dược Phẩm SPM (nhãn hàng Myvita).

Và cũng không quên gửi lời cám ơn đến bạn Ngô Hoàng Thuỳ Như đã gửi lời động

viên mỗi sáng trong suốt giai đoạn thực hiện luận văn này

Với bao sự hỗ trợ, luận văn tốt nghiệp thạc sĩ với đề tài Nghiên Cứu Thiết Kế Thiết

Bị Sấy Tầng Sôi Tạo Hạt Trong Ngành Dược Phẩm đã hoàn thành, nhưng chắc chắn

sẽ còn nhiều thiếu sót do kiến thức của em còn hạn chế Kính mong quý thầy cô xemxét chỉ dạy thêm để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày….tháng….năm 2013

thiết kế thiết bị và điều khiển các thông số quy trình Luận văn này được thực hiện,trên cơ sở nghiên cứu các lý thuyết tầng sôi, lý thuyết quá trình sấy và các liên hệ vớicác thiết kế thực tế để làm sáng tỏ các thông số làm ảnh hưởng đến quá trình sấy vàkhả năng khí động của các hạt vật liệu như các thông số động học, kết cấu ghi phânphối khí, kết cấu nồi chứa sản phẩm…, nhằm đưa ra một cái nhìn đầy đủ và mộtphương pháp tiếp cận hiệu quả khi bắt tay vào thiết kế thiết bị sấy tầng sôi tạo hạttrong ngành dược phẩm.

ABSTRACT

Fluid Bed Dryers are used in the pharmaceutical industry to remove excess moisturefrom granule prior to tablet formation On the other hand, fluid bed dryers are used in agranulation and agglomeration process because of its extremely hydrodynamics.Although fluid bed technology is common in used, but, the hydrodynamics associatedwith Fluid Bed Dryers are not fully understood and consequently a number of productquality and control issues still exits This thesis attempts to illumine the importantdesign parameters which impact on the process such as distributor design and vesselgeometry,…based on drying and fluidization theory, then give a fully direction and aneffective methods to design a fluid bed dryers common used in pharmaceuticalindustry

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên Lê Nguyễn Anh Tuấn, là học viên cao học chuyên ngành Công Nghệ ChếTạo Máy khoá 2010, tại trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Tôi xin camđoan:

 Luận văn này do chính tôi thực hiện

 Các kết quả hoàn toàn trung thực

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về luận văn của mình

Học viên thực hiện

Lê Nguyễn Anh Tuấn

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 7

1.3 Mục tiêu của luận văn 9

1.4 Nội dung thực hiện của luận văn 9

1.5 Phương pháp nghiên cứu 9

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SẤY TẦNG SÔI TẠO HẠT TRONG NGÀNH DƯỢC PHẨM 10

2.1 Tình hình sản xuất dược phẩm nước ta hiện nay 10

2.2 Quy trình công nghệ sản xuất dược phẩm dạng thuốc viên 16

2.2.1 Thuốc viên 16

2.2.2 Quy trình công nghệ sản xuất dược phẩm dạng thuốc viên 18

2.3 Thiết bị sấy tầng sôi tạo hạt trong ngành dược 34

2.3.1 Giới thiệu 34

2.3.2 Phân loại 37

2.3.3 Lắp đặt hệ thống sấy tầng sôi 43

2.3.4 Một số bộ phận chính của thiết bị sấy tầng sôi tạo hạt 44

2.3.5 Ảnh hưởng của các thông số điều khiển đến quá trình tạo hạt trong thiết bị sấy tầng sôi 55

2.3.6 An toàn trong sử dụng thiết bị tầng sôi 57

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH SẤY VÀ THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH TẦNG SÔI 60

3.1 Động học quá trình sấy 60

3.1.1 Cơ chế của quá trình sấy 60

3.1.2 Các đặc trưng trạng thái ẩm của vật liệu 61

3.1.3 Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy 62

3.2.2 Vận tốc và trở lực của dòng tác nhân khí 70

3.2.3 Vận tốc sôi bọt khí 72

3.2.4 Vận tốc sôi tới hạn 73

3.2.5 Chiều cao lớp hạt 74

3.2.6 Chiều cao phân ly (THD_Transport Disengaging Height) 74

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH, SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 77

4.1 Các phương án lựa chọn ghi phân phối khí 77

4.1.1 Ghi phân phối dạng đột lỗ hay rãnh 77

4.1.2 Ghi phân phối khí dạng lưới nhuyễn (mesh) 79

4.1.3 Ghi phân phối khí dạng mũ 80

4.2 Các phương án lựa chọn vị trí đặt súng phun và kết cấu súng phun 83

4.2.1 Phương án lựa chọn vị trí đặt súng phun: 83

4.2.2 Phương án lựa chọn kết cấu đầu phun 88

4.3 Các phương án lựa chọn hệ thống lọc và biện pháp vệ sinh hệ thống lọc 89

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY 95

5.1 Thông số thiết kế 95

5.2 Tính toán quá trình sấy lý thuyết 96

5.2.1 Tính toán thông số tại các điểm nút 96

5.2.2 Tính toán vận tốc tác nhân sấy 99

5.2.3 Xác định thời gian sấy 101

5.3 Xác định các kích thước của thiết bị sấy: 103

5.3.1 Xác định kích thước nồi chứa sản phẩm 103

5.3.2 Xác định chiều cao đặt súng phun 104

5.3.3 Xác định kích thước ghi phân phối khí và % diện tích các khe hở 105

5.4 Tính diện tích túi lọc 106

5.5 Tính toán quá trình sấy thực 108

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Nội dung chương này nhằm giới thiệu sơ lược về kỹ thuật sấy tầng sôi và ứngdụng của kỹ thuật này trong các ngành công nghiệp, nhất là các ưu điểm khi ứng dụngtrong ngành sản xuất dược phẩm Từ đó nêu lên tính cấp thiết của đề tài khi nghiêncứu về hệ thống sấy tầng sôi trong quy trình sản xuất dược phẩm, nhằm chủ động côngnghệ trong nền công nghiệp dược, đưa ngành công nghiệp dược trong nước phát triểncùng với khu vực Chương này cũng nêu lên các phương pháp nghiên cứu và cách thứctiếp cận để đạt được mục tiêu thực hiện của luận văn

1.1 Giới thiệu chung về kỹ thuật sấy tầng sôi

1.1.1 Kỹ thuật sấy tầng sôi

a Cơ chế tầng sôi

Xét ở khía cạnh đơn giản nhất, kỹ thuật tầng sôi là một quá trình vật lý trong đócác hạt vật liệu ở dạng rắn được chuyển vào trạng thái lơ lửng nhờ vào tác động củadòng lưu chất là khí hay dòng chất lỏng Khi nhắc đến kỹ thuật tầng sôi, hầu hết mọichú ý đều xét đến hệ thống tầng sôi với dòng lưu chất là khí, mặc dù các ứng dụng về

hệ thống tầng sôi với dòng lưu chất là chất lỏng cũng được xem xét khá phổ biến vàcũng có nhiều nghiên cứu chuyên sâu về mảng đề tài này Tuy nhiên, xét đến mục tiêuchính của luận văn này, đó là hệ thống sấy tầng sôi trong ngành dược phẩm, nên tôi đềxuất các nghiên cứu về hệ thống tầng sôi với dòng lưu chất là khí

Để dễ hình dung về cơ chế này, ta đưa ra một mô hình thí dụ như sau:

Đổ một lớp vật liệu dạng hạt lên một tấm đĩa nằm ngang, đặt bên trong một ốngthẳng đứng, tiết diện ngang của ống có thể là hình trụ, hình vuông hay hình chữ nhật.Trên đĩa có các lỗ nhỏ có kích thước đường kính nhỏ hơn kích thước của hạt vật liệu

 Tiếp tục tăng vận tốc dòng khí thì trạng thái tầng sôi chấm dứt, các hạt bị dòng khícuốn theo ra khỏi ống.

b Khái niệm chung về quá trình sấy

Quá trình sấy là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp bay hơi Đốitượng của quá trình sấy là các vật ẩm, là những vật thể có chứa một lượng chất lỏngnhất định Chất lỏng chứa trong vật ẩm thường là nước hoặc các dung môi hữu cơ

Qua khái niệm trên, ta thấy bản chất của quá trình sấy là quá trình tách pha lỏng

ra khỏi vật liệu sấy bằng phương pháp cấp nhiệt Như phơi nắng cũng là m ột biện phápsấy tự nhiên đơn giản được áp dụng lâu đời trong nền sản xuất dân gian Tuy nhiên,phơi nắng bị hạn chế do cần diện tích phơi lớn, thời gian phơi lâu và phụ thuộc vàođiều kiện thời tiết, thường gặp bất lợi trong mùa mưa Vì vậy, trong lĩnh vực sản xuấtcông nghiệp, chúng ta cần áp dụng các phương pháp sấy nhân tạo để nâng cao tínhhiệu quả và tính kinh tế

Khi xét đến các phương pháp sấy nhân tạo, điều chúng ta cần phải làm rõ là cáctác động cơ bản đến vật ẩm trong quá trình sấy, đó là:

 Cấp nhiệt cho vật ẩm làm cho ẩm trong vật hoá hơi

 Lấy hơi ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường bên ngoài

Để cấp nhiệt cho vật ẩm, ta có thể dùng các phương pháp sau: dẫn nhiệt (cho vật

ẩm tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn), trao đổi nhiệt đối lưu (cho vật ẩm tiếpxúc với dòng chất lỏng hay dòng khí có nhiệt độ cao hơn), trao đổi nhiệt bức xạ (dùngcác nguồn bức xạ cấp nhiệt cho vật ẩm), dùng điện trường cao tần để nung nóng vậtẩm

Để lấy ẩm ra khỏi vật ẩm và thải vào môi trường có thể dùng nhiều biện pháp như:dùng môi chất sấy, dùng máy hút chân không, hoặc khí sấy ở nhiệt độ cao hơn 1000Chơi ẩm thoát ra có áp suất lớn hơn áp suất khí quyển sẽ tự thoát ra môi trường.

Dựa vào các phân tích các phương pháp cấp nhiệt cho vật ẩm và các phương pháplấy hơi ẩm ra khỏi vật để thải vào môi trường bên ngoài, ta có phân loại các phươngpháp sấy một cách khoa học nhất:

 Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt:

- Phương pháp sấy đối lưu: Trong phương pháp này việc cấp nhiệt cho vật ẩm bằng

cách trao đổi nhiệt đối lưu Trường hợp này, môi chất sấy làm nhiệm vụ cấp nhiệt

- Phương pháp sấy bức xạ: Trong phương pháp này việc gia nhiệt cho vật ẩm bằng

trao đổi nhiệt bức xạ Người ta dùng đèn hồng ngoại hay các bề mặt rắn có nhiệt độcao hơn để bức xạ nhiệt đến vật ẩm Trường hợp này môi chất sấy không làm nhiệm

vụ gia nhiệt cho vật ẩm

- Phương pháp sấy tiếp xúc: Trong phương pháp sấy này việc cấp nhiệt cho vật liệu

sấy bằng cách cho vật liệu sấy tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn

- Phương pháp sấy dùng dòng điện cao tần: Trong phương pháp này người ta để vật

ẩm trong điện trường tần số cao Vật ẩm sẽ được gia nhiệt trong điện trường này Môichất trong trường hợp này không tham gia quá trình gia nhiệt cho vật ẩm

 Phân loại theo chế độ thải ẩm:

- Phương pháp sấy dưới áp suất khí quyển: Trong phương pháp này, áp suất trong

buồng sấy bằng áp suất khí quyển Việc thoát ẩm do môi chất sấy đảm nhiệm, hoặcsấy ở nhiệt độ cao hơn 1000C thì ẩm tự thoát ra môi trường ngoài

- Phương pháp sấy chân không: Trong phương pháp này, áp suất trong buồng sấy

nhỏ hơn áp suất khí quyển, vì vậy không thể dùng môi chất để thải ẩm Việc thải ẩm ramôi trường ngoài bằng cách sử dụng máy hút chân không

Hình 1.1 Quá trình sấy hạt vật liệu

1.1.2 Các trạng thái tầng sôi

Hình 1.2 Tính chất lớp hạt sôi theo độ lớn của vận tốc dòng khí đi qua lớp hạt

Như đã đư ợc giới thiệu ở trên, trạng thái tầng sôi của lớp hạt vật liệu xảy ra khi tatăng dần vận tốc của dòng khí đi qua lớp hạt Khi vận tốc dòng khí nhỏ, áp lực tácdụng lên lớp hạt nhỏ, lớp hạt vẫn duy trì nguyên trạng thái tĩnh ban đầu, mô tả đoạn

OA hình 1.2, lúc này vận tốc dòng khí nhỏ hơn vận tốc tối thiểu vtt Tăng vận tốc dòngkhí lớn dần thêm, lực kéo của dòng khí xuất hiện, ngược chiều với trọng lực của hạt vàlàm cho lớp hạt bắt đầu giãn nở về thể tích, các hạt bắt đầu chuyển động tách rời xanhau Tại thời điểm này, lực ma sát giữa các hạt và lực tác dụng của dòng khí cân bằngvới trọng lượng lớp hạt, thành phần lực nén theo phương thẳng đứng giữa các hạt gần

kề nhau biến mất, tổn thất áp suất qua bất cứ mặt cắt nào của lớp hạt xấp xỉ với trọng

lượng của không khí và các hạt tại mặt cắt này hình thành lớp hạt giãn nở (expanded

bed) hay còn gọi là lớp hạt sôi tối thiểu (incipiently fluided bed) Vận tốc dòng khí lúc

này được gọi là vận tốc tối thiểu vk= vtt(mô tả tại điểm A hình 1.2) Lớp hạt lúc này ở

vào trạng thái chớm sôi.

Tăng vận tốc dòng tác nhân khí lên thêm đến trạng thái làm cho toàn bộ khối hạtbùng sôi mãnh liệt vk = vsnhưng vận tốc dòng khí lúc này vẫn nhỏ hơn một giá trị vậntốc tới hạn vth(vk = vs < vth) Lúc này trở lực lớp hạt đạt đến một giá trị nhất định và

giữ nguyên không đổi (đoạn AB trên hình 1.2) Ở trạng thái này, lực kéo của dòng khí

hướng lên đúng bằng trọng lực của hạt vật liệu hướng xuống làm cho toàn bộ khối vậtliệu hạt lơ lửng trong dòng tác nhân khí, độ xốp của lớp hạt tăng lên theo sự tăng lêncủa vận tốc dòng tác nhân khí, bắt đầu có sự xuất hiện các bọt khí có đường kính nhấtđịnh trong lớp hạt và lớp hạt chuyển sang trạng thái giả lỏng hoàn toàn Ở trạng tháilớp hạt sôi, các hạt có khối lượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của lớp hạt sẽ nổitrên bề mặt lớp hạt và chúng trồi lên, sụt xuống, các hạt có khối lượng riêng lớn hơn sẽchìm xuống dưới đáy của lớp hạt, do đó sự hòa trộn của giữa vật liệu và pha khí diễn

ra trong toàn bộ các hạt vật liệu Lớp hạt lúc này ở vào trạng thái sôi bọt khí.

theo dòng lưu chất để ra ngoài buồng sấy (vị trí D hình 1.2) Tại trạng thái lớp hạt bị

cuốn theo, trở lực lớp hạt giảm xuống gần bằng 0 Lúc này, lớp hạt ở vào trạng thái

sôi khí động.

Nếu tiếp tục tăng vận tốc dòng khí, trở lực của lớp sôi sẽ giảm dần về 0 khi các hạt

bị thổi tung ra khỏi thiết bị

1.1.3 Các ứng dụng của kỹ thuật sấy tầng sôi trong công nghiệp

Kỹ thuật sấy tầng sôi là một phương pháp sấy tách ẩm vật liệu ướt dưới dạng hạt rời

có kích thước từ 50 đến 5000 μm, được sử dụng khá rộng rãi trong nhiều ngành côngnghiệp :

 Khai thác khoáng sản

 Hóa chất

 Thực phẩm, sữa,

 Dược phẩm

Với kỹ thuật tạo tầng sôi trong quá trình sấy, sự trao đổi nhiệt- ẩm giữa vật liệu sấy

và tác nhân sấy (nguồn khí được gia nhiệt) xảy ra rất mãnh liệt, dòng tác nhân sấy tiếpxúc hầu như toàn bộ diện tích bề mặt của vật liệu sấy, nên hiệu suất sấy vật liệu củaphương pháp sấy này cao hơn gấp nhiều lần so với các phương pháp sấy khác như: sấytĩnh, sấy thùng quay, sấy băng tải,…

1.1.4 Ưu điểm của kỹ thuật sấy tầng sôi

So với các kỹ thuật sấy khác, sấy tầng sôi có các ưu điểm chính sau đây:

 Năng suất tách ẩm cao



 Các thông số của quá trình sấy như lưu lượng dòng khí, áp suất, nhiệt độ,…đượcđiều khiển dễ dàng, có khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao

 Cấu tạo thiết bị tương đối đơn giản, dễ chế tạo, chiếm ít diện tích nhà xưởng

 Chi phí bảo trì bảo dưỡng thiết bị thấp

 Bên cạnh khả năng sấy vật liệu, kỹ thuật sấy tầng sôi còn được sử dụng rộng rãitrong các ứng dụng tạo hạt, đặc biệt ứng dụng trong ngành sản xuất dược phẩm

 Cho phép sấy ở nhiệt độ cao, do thời gian tiếp xúc giữa vật liệu và nhiệt độ sấyngắn, đây cũng là một ưu điểm khi sấy các dạng vật liệu nhạy cảm với nhiệt

 Làm việc ở chế độ sấy liên tục nên năng suất sấy cao, dễ tự động hóa, chất lượngsản phẩm đồng đều và thời gian sấy ngắn

Bên cạnh những ưu điểm nổi bật, sấy tầng sôi cũng còn một số hạn chế nhất định như:

 Khó tạo trạng thái tầng sôi cho các hạt có kích thước quá nhỏ (< 20μm) hoặc quálớn (> 5000μm)

 Có hiện tượng tích điện và tĩnh điện dẫn đến khả năng dễ gây cháy nổ

 Các hạt rắn trong quá trình khuấy trộn bị va đập, bào mòn, vỡ vụn tạo nhiều bụi, do

đó thiết bị phải có cơ cấu thu hồi bụi, đồng thời thành thiết bị tầng sôi phải chịu đượcmài mòn

 Việc tạo ra sự chảy rối và phân bố đồng đều dòng tác nhân sấy còn gặp nhiều khókhăn trong việc dự đoán và mô phỏng

 Các thông số khi tính toán thiết kế thiết bị dựa vào các cơ sở lý thuyết còn nhiều sai

số so với thực nghiệm

1.2 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

Do đó, đầu tư hợp lý (cả về chính sách, đường lối hỗ trợ đến các đầu tư nghiêncứu khoa học kỹ thuật) cho ngành dược phẩm nước nhà vừa đáp ứng điều kiện pháttriển thể trạng 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 tồntại 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 xuấtthuốc thế giới) và khoảng 25 công ty đạt tiêu chuẩn GMP-ASEAN (Tiêu chuẩn thựchành tốt sản xuất thuốc Đông Nam Á) Nhìn chung, trình độ kỹ thuật, công nghệ sảnxuất thuốc của Việt Nam còn thấp và chưa được đầu tư đúng hướng, đặc biệt là kinhphí cho các đề tài nghiên cứu dược chất, trang thiết bị sản xuất còn thấp và hạn hẹp.Dây chuyền công nghệ sản xuất chưa được làm chủ, hầu như phụ thuộc hoàn toàn vàocông nghệ nước ngoài như Trung Quốc, Đài Loan, Ấn Độ, Hàn Quốc, Đức,…khôngphù hợp với các điều kiện sản xuất tại Việt Nam, cũng như gây khó khăn trong côngtác điều khiển chất lượng mẻ thuốc

Trong lộ trình đã đư ợc Đảng và Nhà nước đề ra đối với ngành dược, cơ bản đếnnăm 2015, toàn bộ các công ty dược trong nước phải đạt Tiêu chuẩn GMP-WHO đểtăng chất lượng sản xuất thuốc phục vụ cho nhu cầu trong nước, cũng như đủ sức cạnhtranh với thị trường thuốc ngoại nhập Để hoàn thành được mục tiêu này, cần thiết phải

có sự chung tay hợp tác nghiên cứu giữa các bộ, ngành, đặc biệt là giữa các trường đạihọc và các công ty sản xuất dược trong nước

Vì vậy đề tài “Nghiên cứu thiết kế máy sấy tầng sôi tạo hạt trong ngành dược phẩm” được đặt ra nhằm giải quyết một khâu trong bài toán phát triển ngành dược

1.3 Mục tiêu của luậ n văn

Nghiên cứu thiết kế thiết bị sấy tầng sôi tạo hạt trong ngành dược phẩm

1.4 Nội dung thực hiện của luận văn

Để đạt được mục tiêu đề ra cần thực hiện các nội dung sau:

 Khảo sát tổng quan về ngành công nghiệp dược Việt Nam, cũng như tình hình ch ếtạo thiết bị tầng sôi tạo hạt phục vụ trong ngành dược Việt Nam hiện nay

 Nghiên cứu tổng quan về thiết bị sấy tầng sôi trong ngành dược

 Phân tích so sánh các hệ máy sấy tầng sôi đang được sử dụng trong ngành dược

 Nghiên cứu tính toán các thông số thiết kế máy sấy tầng sôi tạo hạt ( hạt có tỉ trọng1,730g/cm3, đường kính hạt trung bình 780 µm, năng suất 200kg/mẻ)

 Thiết kế các bản vẽ

1.5 Phương pháp nghiên cứu

 Áp dụng các phương pháp nghiên cứu kế thừa:

 Kế thừa có chọn lọc từ các bài báo khoa học, các nghiên cứu thực nghiệm, các sổtay thiết kế trong và ngoài nước về phương pháp sấy tầng sôi ứng dụng trong ngànhsản xuất dược phẩm

 Tìm hiểu về thiết bị sấy tầng sôi đã được sản xuất chế tạo trong nước

 Tiếp cận và tiếp thu các ý kiến phản hồi về công tác sử dụng thiết bị sấy tầng sôi tạimột số công ty sản xuất dược phẩm trong nước

 Trên cơ sở nghiên cứu đó, rút ra các kinh nghiệm thực tế để khắc phục trong mẫuthiết kế thiết bị sấy tầng sôi được đề cập trong nội dung của luận văn

 Các nội dung lý thuyết giới hạn trong nghiên cứu:

 Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy

 Động học trong quá trình sấy tầng sôi

Hình 2.1

Cơ cấu các loại bào chế thuốc do Việt Nam sản xuất

Theo WTO (Tổ chức y tế Thế Giới) và UNCTAD (Hội nghị Thương mại vàPhát triển Liên Hợp Quốc), ngành công nghiệp dược được phân chia thành 4 cấpđộ:

- Cấp độ 1: Nước đó hoàn toàn phải nhập khẩu thuốc

- Cấp độ 2: Sản xuất được một số thuốc tên gốc (generic); đa số thuốc phải nhậpkhẩu

- Cấp độ 3: Có công nghiệp dược nội địa; có sản xuất thuốc generic; xuất khẩuđược một số dược phẩm

- Cấp độ 4: Sản xuất được nguyên liệu và phát minh thuốc mới

Theo đánh giá, hiện nay ngành công nghiệp dược Việt Nam chỉ đứng ở gần mức

3, tức nghĩa là “công nghi ệp dược nội địa sản xuất đa số thành phẩm từ nguyên liệungoại nhập”

Bên cạnh chưa làm chủ được về nguồn nguyên liệu, việc đầu tư công nghệ, địnhhướng nghiên cứu phát triển của ngành cũng chưa đư ợc quan tâm và đầu tư đúngmức Thực tế, phần lớn cơ sở vật chất và các trang thiết bị của các cơ sở sản xuấtthuốc cũng như các cơ sở nghiên cứu để triển khai sản xuất hiện nay còn thiếu vàkhông đồng bộ nên áp dụng các công nghệ tiên tiến vào sản xuất còn nhiều trở ngại.Nguyên nhân một phần do chi phí đầu tư công nghệ và nghiên cứu khá cao và tốnkém Bình quân đầu tư cho một dây chuyền sản xuất thuốc đảm bảo chất lượngkhoảng 30 đến 35 tỷ VNĐ tuỳ theo quy mô của nhà máy, đầu tư một hay nhiều dâychuyền thì chi phí còn có thể tăng cao hơn

nước ngoài như trước đây.

Phần lớn người dân Việt Nam tập trung ở nông thôn, thường có mức sống thấp,

có nhu cầu cao các loại thuốc có giá thành rẻ, đây là điều kiện thuận lợi cho cácdoanh nghiệp dược Việt Nam mở rộng thị trường Hơn nữa, người tiêu dùng Việtngày càng có mức sống nâng cao, tình trạng sức khỏe ngày càng được quan tâm vìvậy có nhu cầu sử dụng thuốc cao để đảm bảo sức khỏe Đây cũng là m ột trongnhững điều kiện thuận lợi để phát triển ngành dược Việt Nam

Bên cạnh các yếu tố thuận lợi về kinh tế- xã hội, Đảng và Nhà nước cũng đã s ớmnhận ra tầm quan trọng của ngành công nghiệp dược trong nhiệm vụ cung cấp cácloại sản phẩm thuốc chữa bệnh, nâng cao sức khỏe của nhân dân, góp phần pháttriển chất lượng giống nòi của dân tộc, nên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, các chínhsách ưu đãi về thuế để thúc đẩy sự phát triển của ngành Dưới sự khuyến khích và

hỗ trợ của nhà nước, các doanh nghiệp trong nước đã đ ầu tư phát triển nhà xưởng,lắp đặt các dây chuyền sản xuất mới, đạt các chỉ tiêu chất lượng quốc tế theo tiêuchuẩn GMP, tạo tiền đề cho sự phát triển năng lực cạnh tranh với các doanh nghiệpnước ngoài

Bảng 2.1 Số lượng các doanh nghiệp đạt GPs qua các năm

Năm 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Trong lộ trình qui hoạch ngành dược trước những cạnh tranh thách thức từcác doanh nghiệp nước ngoài của chính phủ, ngành công nghiệp sản xuất trang thiết

bị phục vụ sản xuất ngành dược cũng được chú ý phát triển

Ngành cơ khí chế tạo máy Việt Nam nói chung đặc biệt là cơ khí dược trongnhững năm qua đã có sự phát triển mạnh mẽ: Trước đây hầu như toàn bộ các loạimáy 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 cốidập viên, các Công ty dược cũng phải nhập khẩu Nhưng nay hầu như toàn bộ cácloại máy trong dây chuyền sản xuất dược phẩm trong nước đã sản xuất được Vềchất 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 ề giá cả thì thấp hơn nhiều

Phát triển sản xuất máy móc thiết bị phục vụ sản xuất thuốc là một trong sốcác yếu tố để phát triển mạnh mẽ hơn nữa sản xuất thuốc trong nước Một số doanhnghiệp đã đầu tư thành công sản xuất các máy móc đòi hỏi độ chính xác cao và đápứng được công nghệ hiện đại trong sản xuất thuốc Đây là lĩnh vực đầy tiềm năngkhi các nhà sản xuất mở rộng, đổi mới sản xuất đáp ứng yêu cầu thị trường

Hiện tại khoảng 50% máy móc thiết bị trong dây chuyền sản xuất dược phẩmcủa các công ty sản xuất dược phẩm trong nước vẫn là nhập khẩu, nhưng xu hướngcác Công ty dược chọn thiết bị ngoại để đầu tư cho nhà máy của mình đang giảmdần, các nguyên nhân chính như sau :

- Đầu tư cho một dây chuyền thiết bị sản xuất theo tiêu chuẩn GMP- WHOchiếm 35% tổng giá trị đầu tư Chỉ tính mỗi doanh nghiệp GMP có 1 dây chuyền vàtính toán theo suất đầu tư thấp nhất trên dây chuyền thì tổng giá trị các thiết bị của

trưởng 19,72%/năm và giai đoạn từ 2015-2020 cũng tăng tương ứng là 18,11%/năm.

Bảng 2.2 Một số cơ sở sản xuất thiết bị ngành dược

1 Công ty TNHH Chế Tạo Máy

Dược Phẩm Tiến Tuấn

Áp dụng triệt để các tiêu chuẩn hiệnhành về thiết bị sản xuất dược phẩm củathế giới như tiêu chuẩn CE, UL,…cùng

hệ thống sản xuất theo tiêu chuẩn ISO9001:2008 nên có thị phần máy thiết bịngành dược trong và ngoài rất cao Rấtchú trọng đầu tư nghiên cứu, cập nhậtcông nghệ mới của thế giới để áp dụngcho sản phẩm của mình Sản phẩm đadạng về chất lượng và mẫu mã, đặc biệtđược đánh giá cao ở dòng máy ép vỉ tựđộng và hệ thống sấy tầng sôi Có thểsản xuất từ các bộ chày cối dập viên,khuôn vô nang, khuôn ép vỉ, cho đến cảdây chuyền sản xuất dược phẩm nhưdây chuyền xát hạt khô, xát hạt ướt

2 Công ty Cổ Phần Cơ Khí Chính

Xác Kỳ Bắc

Cơ quan chủ quản: Viện Cơ Học ỨngDụng (thuộc Viện KH-CN Việt Nam)

Sản phẩm đa dạng trong ngành chế tạomáy dược phẩm Chất lượng sản phẩmcạnh tranh được với sản phẩm ngoạinhập, nhưng giá thành chỉ khoảng mộtnửa Chưa sản xuất máy dập ép vỉ tựđộng.

Phẩm T&T

Trước là công ty thương mại, nhập khẩuThiết Bị Y Tế Ban đầu là nhà cung cấpcác dòng máy dược phẩm của HànQuốc, Đài Loan, Ấn Độ và Trung Quốc,

về sau mở thêm xưởng sản xuất, chủđộng trong việc cung cấp các trang thiết

bị phục vụ cho các doanh nghiệp trongnước

4 Công ty cơ khí chính xác Chí

Trung

Sản phẩm chủ yếu là máy ép vỉ, khuônmẫu ngành dược và chày cối máy dậpviên

dược Thị phần về máy chưa đáng kể

Tuấn Thắng

Là doanh nghiệp đi sâu vào nghiên cứuchế tạo các loại máy móc thiết bị ngànhdược phẩm và thực phẩm Sản phẩm đadạng, chất lượng, mẫu mã đáp ứng các

2.2 Quy trình công nghệ sản xuất dược phẩ m 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 chuyền sản xuất dược phẩm

dạng thuốc viên mà trong đó có nhấn mạnh vai trò của hệ thống sấy tầng sôi tạo hạt.

2.2.1 Thuốc viên

a.Khái niệm

Thuốc viên nén là dạng thuốc ở thể rắn có hình dạng kích thước khác nhaunhưng thông thường là hình trụ dẹt, hình bầu dục, hình thoi, hình khối dẹt… Cóhàm lượng xác định, được điều chế bằng cách nén 1 hay nhiều dược chất với tádược dưới dạng hạt nhỏ thành viên

Đối với viên chứa thuốc độc, hoặc viên dùng ngoài thì nhuộm màu hoặcdùng hình dáng khác nhau để phân biệt Đối với viên có mùi khó uống hoặc khó bảoquản thì có thể bao áo bên ngoài

Hình 2.3 Sản phẩm thuốc viên

b Ưu điểm, nhược điểm

 Ưu 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 sựnhầm 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 1 lớp 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

 Nhược điểm:

 Khó uống đối với trẻ em và người bệnh bị hôn mê

 Tác dụng chậm



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 cótác 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 tạothành khối rắn từ các hạt nhỏ thành viên, viên thuốc tạo được không những đạtđược độ bền cơ học để khỏi bị vỡ viên trong quá trình đóng gói, vận chuyển và bảoquản, 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

Bảng 2.3 Các thông số kỹ thuật của hạt cần kiểm soát

STT Thông số kỹ thuật của bột,

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

Có 2 phương pháp để sản xuất viên nén:

 Phương pháp dập thẳng (dập trực tiếp) : thuốc được trộn đều tất cả cácthành 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 côngđoạn 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 tạohạt với tá dược dính ở thể khô )

Bảng 2.4

Phương pháp dập trực tiếp thường ít được sử dụng vì hỗn hợp bột thuốc thườngkhông đáp ứng đủ các tiêu chí kỹ thuật cần thiết nên phương pháp tạo hạt thườngđược áp dụng trong bào chế viên nén.

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 giaiđoạn 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 kiệmđược 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 nénđiều chế bằng phương pháp dập thẳng ít thay đổi theo thời gian bảo quản Phươngpháp này thích hợp với những dược chất dễ bị phá huỷ bởi nhiệt, áp dụng với cácviên 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 hoạtchất có thể dùng để nén trực tiếp như :

- 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

Một hạn chế nữa là các tá dược cần dùng cho phương pháp này thường rất đắt,khó thu hồi, sửa chữa khi dập viên không đạt

b) Quy trình gồm 4 công đoạn cơ bản như sơ đồ

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

Thích hợp cho các hoạt chất kém bền với nhiệt, ẩm (không qua công đoạn sấy)như các vitamin, natri hydro carbonat, kháng sinh, …

Phương pháp xát hạt khô ít thông dụng, là lựa chọn cuối cùng so với phươngpháp 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 khô

2.2.2.3 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

– Sự phân bố dược chất trong khối hạt đồng nhất nên rất thích hợp cho sản phẩm

có hàm lượng hoạt chất thấp, sự phân bố các chất màu cũng đồng đều hơn

– Tốc độ hoà tan của dược chất khó tan có thể được cải thiện tốt hơn nếu chọnđược dung môi và tá dược dính thích hợp

– Các tính chất vật lý của viên như độ mài mòn, thời gian rã thường ổn định hơn

so với viên dập thẳng hoặc xát hạt khô

 Nhược điểm và biện pháp khắc phục:

– Phương pháp xát hạt ướt là một quy trình nhiều công đoạn nên cần có nhiều

thiết bị và diện tích đủ để thực hiện tất cả các công đoạn của quy trình

– Thời gian thực hiện quy trình t hường dài, nhất là giai đoạn tạo hạt và sấy hạt

– Khả năng nhiễm chéo và hao hụt sản phẩm có thể xảy ra do phải di chuyển

Rất thông dụng, là phương pháp lựa chọn hàng đầu cho các chất không kỵ nhiệt

và ẩm Đồng thời có thể áp dụng cho cả những hoạt chất ổn định không cao lắm nhưcác vitamin, kháng sinh, natri hydro carbonat…bằng các biện pháp khắc phục như

đã phân tích ở trên

b) Quy trình sản xuất:

Quy trình sản xuất thuốc viên nén theo phương pháp xát hạt ướt mang lại nhiều

ưu điểm, được thể hiện qua 8 công đoạn sau:

c) Một số trang thiết bị được sử dụng phổ biến trong quy trình:

 Chuẩn bị nguyên vật liệu:

Nội dung :

Công đoạn này gồm các hoạt động chủ yếu sau : Cân hoạt chất và tá dược độn

rã, nghiền, rây để kiểm soát kích cỡ hạt Chuẩn bị đưa vào các thiết bị trộn

Thiết bị sử dụng:

Hình 2.8 Máy trộn lập phương

Hình 2.9 Máy trộn chữ V

 Xát cốm ướt:

Nội dung:

Trộn đều hỗn hợp trộn khô trước đó với các tá dược lỏng, đồng thời xát hạt đểtạo hạt có kích thước yêu cầu Độ ẩm của sản phẩm ở công đoạn này phải được

kiểm soát tương đối chặt chẽ khoảng từ 10% đến 15%

Thiết bị sử dụng:

Hình 2.10a Máy xát hạt ướt cao tốc

Hình 2.10b Cánh trộn

xử lý ở khâu này bằng cách chọn phương pháp sấy, nhiệt độ sấy và thời gian sấy

cho phù hợp Độ ẩm của cốm thuốc là một trong các thông số đầu ra của quá trình,trong ngành dược, độ ẩm của cốm sau quá trình sấy khống chế trong khoảng từ 1%đến 7%

Thiết bị sử dụng:

Hình 2.12b Nguyên lý hoạt động cánh xát hạt

a) b) c) Hình 2.12c Các dạng lưới xát hạt thông dụng

a) Lưới lỗ tròn b) Lưới lỗ vuông c) Lưới xát hạt ướt

 Trộn hoàn tất:

Nội dung: Thêm vào các tá dược trơn bóng, tá dược độn và trộn đều hỗn hợplại với nhau để chuẩn bị cho công đoạn dập viên Ở một số quy trình bào chế cácloại thuốc có yêu cầu đặc thù, thiết bị sử dụng trong công đoạn này khác với các