Trong ngành dược phẩm hiện đại, máy sấy tầng sôi tạo hạt (Fluid Bed Granulator – FBG) được xem là thiết bị then chốt trong các dây chuyền sản xuất viên nén, cốm hòa tan và tá dược nén trực tiếp. Công nghệ tầng sôi cho phép thực hiện đồng thời ba quá trình quan trọng: sấy – tạo hạt – phủ hạt, với hiệu suất cao, đồng đều và đảm bảo chất lượng hạt dược theo tiêu chuẩn GMP – EU, FDA – US.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên sự phân phối dòng khí nóng qua tấm phân phối (air distributor plate) tạo thành trạng thái “tầng sôi” cho nguyên liệu bột. Dưới tác động của lực nâng và dao động khí động, từng hạt bột được treo lơ lửng, va chạm liên tục, giúp truyền nhiệt nhanh, đồng đều và tránh hiện tượng kết tụ. Trong quá trình phun dung dịch kết dính, lớp màng mỏng được hình thành quanh mỗi hạt, tạo thành cấu trúc hạt cầu chắc, mịn và kiểm soát được độ ẩm cuối cùng.
So với phương pháp sấy khay hoặc sấy quay truyền thống, công nghệ tầng sôi cho phép:
-
Giảm thời gian sấy tới 60–70%, nhờ diện tích tiếp xúc nhiệt lớn.
-
Tăng độ đồng nhất hạt và khả năng tái lập quy trình
-
Kiểm soát chính xác các thông số nhiệt – ẩm
-
Đảm bảo an toàn vệ sinh, do toàn bộ cấu trúc tiếp xúc với nguyên liệu được chế tạo từ inox 316L, các ron silicon và gasket PTFE đạt chuẩn FDA.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY SẤY TẦNG SÔI TẠO HẠT TRONG SẢN XUẤT DƯỢC PHẨM
Máy sấy tạo hạt tầng sôi (Fluid Bed Granulator – FBG) vận hành dựa trên cơ chế truyền nhiệt – truyền khối trong dòng khí chuyển động ngược chiều trọng lực. Không khí được gia nhiệt qua bộ trao đổi nhiệt (heat exchanger) và đi vào buồng sấy thông qua tấm phân phối khí (air distributor plate). Khi vận tốc dòng khí vượt qua giá trị tới hạn (minimum fluidization velocity), các hạt bột mịn bắt đầu chuyển sang trạng thái “tầng sôi”, lơ lửng trong không gian sấy, tạo nên vùng trao đổi năng lượng đồng đều và hiệu quả.
1. Giai đoạn khởi động và tiền sấy (Pre-Drying Stage)
Trong giai đoạn này, khí nóng được cấp dần để loại bỏ ẩm tự do trên bề mặt hạt. Các hạt nguyên liệu (tá dược hoặc hỗn hợp hoạt chất + tá dược) được làm tơi đều, chuẩn bị cho quá trình tạo hạt.
2. Giai đoạn phun tạo hạt (Granulation Stage)
Dung dịch kết dính (binder solution) được bơm từ bình chứa qua đầu phun áp lực hoặc đầu phun hai chất (two-fluid nozzle). Dưới áp suất khí nén, dung dịch được phun thành sương mịn phủ lên từng hạt đang ở trạng thái tầng sôi. Khi khí nóng đi qua, dung môi bay hơi tức thì, tạo lớp kết dính vi mô giữa các hạt bột. Quá trình này được điều chỉnh liên tục bằng hệ thống PID controller nhằm giữ ổn định độ ẩm tương đối (RH) trong buồng sấy ở mức 2–5%.
Cấu hình phun được tối ưu khí động học, bảo đảm góc phun 45° – 60°, giúp phân bố dung dịch đồng đều, giảm hiện tượng “spray drying” hay kết tụ cục. Các ron silicone chịu nhiệt EVOVN tại cụm đầu phun và cửa quan sát được thiết kế để duy trì độ kín khí tuyệt đối, đáp ứng yêu cầu an toàn vận hành theo chuẩn GMP Annex 1.
3. Giai đoạn sấy hoàn thiện (Final Drying Stage)
Sau khi đạt kích thước hạt mong muốn, hệ thống tự động chuyển sang chế độ sấy cuối. Lưu lượng khí nóng được duy trì ổn định, giúp giảm độ ẩm hạt xuống mức yêu cầu (thường 1.5–2.5%). Giai đoạn này đòi hỏi túi lọc vải tầng sôi hoạt động hiệu quả để ngăn bụi mịn thoát ra hệ thống thu hồi. EVOVN sử dụng túi lọc bằng Nomex hoặc PTFE phủ chống tĩnh điện, chịu được 150–200°C, giúp duy trì độ sạch không khí xả và bảo vệ quạt hút.
4. Hệ thống kiểm soát và an toàn
Toàn bộ quy trình được giám sát bằng cảm biến nhiệt độ, áp suất vi sai và cảm biến độ ẩm online. Dữ liệu được lưu trữ theo chuẩn 21 CFR Part 11 – yêu cầu bắt buộc trong sản xuất dược phẩm có truy xuất điện tử. Các gasket PTFE tại nắp buồng sấy, van xả và cửa quan sát đảm bảo độ kín tuyệt đối, ngăn xâm nhập tạp chất và duy trì áp suất dương trong vùng sấy.
Một số hệ thống điều khiển tích hợp module SCADA cho phép vận hành tự động, cảnh báo khi vượt ngưỡng áp suất, kiểm soát tĩnh điện và kích hoạt van xả áp an toàn (explosion vent) trong trường hợp có sự cố cháy bụi.
XEM THÊM: ỐNG DẪN BỘT THUỐC
5. Cân bằng năng lượng và hiệu suất sấy
Công nghệ tầng sôi có hiệu suất trao đổi nhiệt cao nhờ hệ số truyền nhiệt đối lưu lớn (50–200 W/m²·K). Với luồng khí lưu động liên tục, năng lượng tiêu hao riêng thấp hơn 30–40% so với sấy khay.
XEM THÊM: TÚI LỌC CHO HỆ SẤY TẦNG SÔI
