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喷雾干燥机基本理念和喷雾干燥的特点

作者:admin时间:2021-09-17 11:06 次浏览

信息摘要:

喷雾干燥机是用喷雾的方法,使物料以雾滴状态分散于热气流中,物料与热气体充分接触,在瞬间完成传热和传质的过程,使溶剂(包括水和有机溶媒)迅速蒸发为气体,达到干燥的目的。...

带式干燥机的使用范围很广,目前在制药、食品、生物、化工等领域已经有了它的用武之地。但在每个领域中其选型的标准却不尽相同,这是因为各个领域。 盘式干燥机转子管组件。转子管加工的轴,一个包含一系列出口沿其长度在其上,从个人圆盘子组件被准确地定位。在操作中,蒸汽,在一端注入轴通入每。 气流干燥机技术早在上世纪初就有应用,脉冲气流干燥机欧美等发达国家将其用在食品加工上也有几十年的时间。其原理源于水的升华现象。利用这一现象。 国产干燥设备对国内市场的满足率在90%以上,但是其国际化进程却不容乐观。在国际竞争,中国干燥设备的优势主要在于价格低廉。但是产品的自动化控制。 现代干燥技术虽已有一百多年的发展史,但至今还属于实验科学的范畴。大部分干燥技术目前还缺乏能够精准指导实践的科学理论和设计方法。实际应用中。
  喷雾干燥机是用喷雾的方法,使物料以雾滴状态分散于热气流中,物料与热气体充分接触,在瞬间完成传热和传质的过程,使溶剂(包括水和有机溶媒)迅速蒸发为气体,达到干燥的目的。喷雾干燥机在我国制药行业中应用广泛,在口服固体制剂领域,常用于高热敏性药品和料液浓缩过程中易分解药品的干燥。所得产品粒度细小、均匀,流动性和速溶性好。
  喷雾干燥在制药工业应用已有几十年的历史,经过多年的研究和发展,从当初简易的喷雾干燥发展到当今多功能、组合型及高效性的喷雾干燥。然而,不同型式的喷雾干燥设备所呈现的性能和应用面也不同。本文从喷雾干燥的基本理念入手,分析了几种型式喷雾干燥的区别,同时阐述了喷雾干燥设备的特点,从而使人们能更好地应用此类设备,也使得此类设备为我国制药工业更好服务。
  1.喷雾干燥的基本理念
  1.1喷雾干燥的基本原理
  喷雾干燥的定义:将溶液、乳浊液、悬浊液等形态的浆料在热风中喷雾成细小液滴,在它落下过程中,水分被蒸发而成为粉末状或颗粒的产品。
  在干燥塔顶部导入热风,同时将料液泵将料浆送至塔顶,经过雾化器喷成雾状的液滴,液滴群的表面积增大,其与高温热风接触后水分迅速蒸发,在极短的时间内便成为干燥产品,从塔底排出。其中,热风与液滴接触后温度迅速降低而引起湿度增大,作为湿热废气由排风机抽出,废气所夹带细粉用分离装置回收。
  整个干燥分为等速和减速二阶段。在等速阶段,水分蒸发是在液滴表面发生,蒸发速度由蒸汽通过周围气膜的扩散速度所控制,其动力是周围热风与液滴的温度差,温度差越大蒸发速度越快,水分通过颗粒的扩散速度大于蒸发速度。尔后,当扩散速度降低而不能再维持颗粒表面的饱和时,蒸发速度开始减慢,干燥开始进入减速阶段。在减速阶段,颗粒温度开始上升,干燥结束,此时物料温度接近周围空气温度。
  1.2喷雾干燥的特点
  1.2.1干燥过程中液滴的温度不高,产品质量好
  喷雾干燥所使用的温度范围广,即使采用高温热风,其排风温度仍不会高。在干燥初期,物料温度不超过周围热空气的湿球温度,所干燥产品质量较好。它在制药工业应用意义在于:不容易发生蛋白蛋变化、维生素的损失或氧化等缺陷,对热敏性药物的质量基本接近真空干燥的标准。
  1.2.2干燥后产品具有良好的分散性、流动性和溶解性
  由于干燥过程是在洁净空气中完成的,产品基本上能保持与液滴相近似的球状,故之。
  1.2.3干燥速度^迅速
  料液喷雾后,表面积增大,在高温气流作用下,能瞬间蒸发掉95%~98%的水分,完成干燥时间一般仅需10~40s(相对1l料液而言)。
  1.2.4过程简单、控制方便及适用连续规模生产
  喷雾干燥常用于含湿量40%~60%的物料,特殊物料可高达90%,可不经浓缩也能一次干燥成粉体。喷雾干燥后产品大都不需再进行粉碎或筛选工序,从而使整个生产过程简单化。同时,能在一定范围内可改变操作条件来控制产品的粒径、松密度和水分等性能指标。此外,由于,干燥产品能连续排料,故喷雾干燥能适用连续规模生产。
  1.2.5整个操作密闭性,适用于洁净生产区域
  由于喷雾干燥操作在密闭的塔内进行,避免了交叉污染和粉尘飞扬,适合于制药工业中原料药生产,特别是无菌原料药的生产。
喷雾干燥机
  1.2.6喷雾干燥的不完善之处
  喷雾干燥的不完善之处:一是当热风温度低于150℃时,热容量系数低(相应蒸发强度低),故塔的体积会变大;二是废气中夹带的约15%左右微粉需高效分离收集装置。
  1.3喷雾干燥在制药工业的应用范围
  喷雾干燥可广泛应用于原料药的生产,可应用品种有:阿莫西林、安比西林、阿可匹林、双氢链霉素、卡那霉素、氨苄青霉素、青霉素类、四环素、链霉雾、琥氯霉素、磺胺噻唑、维生素A、维生素E、维生素B12、氢氧氯化铝、硫酸铝庶糖脂、淀粉酶、硫酸钡、乳酸钙、泛酸钙、荷尔蒙、左旋赖氨酸、烟酸、蛋白酶、芦丁衍生物、肝精等。
  2.喷雾干燥的型式区别与比较
  2.1喷雾干燥的型式区别
  喷雾干燥的型式分类有多种,按流程可分为:开放式、封闭循环式、自惰循环式和半封闭循环式;按喷雾和气体流动方向分为:并流型、逆流型及混合流;按雾化方法可分为:离心式、压力式和气流式。其中,雾化方法分类是常用可见的方式,下文重点谈雾化器。
  2.1.1雾化器的作用
  雾化器的作用是整个喷雾干燥的心脏,它直接影响到产品的质量和经济指标。雾化器分散度越高,干燥效率越大;雾化越均匀,产品的含水量变化越小。因此,雾化器既要保证料液的分散度,又要使粒度变化控制在^小限度。
  2.1.2“三类”雾化器的特点
  2.1.2.1离心式雾化器的特点
  离心式雾化:料液在高速转盘(圆周速度90~160m/s)中受离心力作用从盘边缘甩出而雾化。其是利用高速旋转盘作用,当液处注入盘面时,液体受到二种力作用,一是离心力和重力作用下得到加速而分裂雾化;二是液体和周围空气同时接触面处,存在摩擦力促使形成雾滴。前者为离心雾化,后者为速度雾化,实际上这二者是同时存在的。
  离心式雾化器的雾化效果与料液特性、流量、圆盘形状直径及速度直接有关。离心式雾化过程的“三大”特点:
  ①直接分裂成液滴,当料液流量较少时,料液受离心力作用,在圆盘周围隆起成半球状,其直径取决于离心力和料液粘度及表面张力。当离心力大于表面张力时,圆盘周边的液滴立即被抛出而分裂雾化。
  ②丝状割裂成液滴,当料液流量较大而转速加快时,半球状物料液被拉成许多丝状射流。液量增加,圆盘周边的液丝也增加,如果液量达到一定数量后,液丝变粗,而丝数不再增加。抛出的液丝极不稳定,在离周边不远处即被分离成球状小液滴。
  ③膜丝分裂成液滴,当料液流量继续增大时,液丝数量与丝经均不再增加,液丝间互相并成薄膜,抛出液膜离圆盘周边一定距离后,被分裂成分布较广的液滴。若液体在圆盘表面滑动能减到^小时,则可使液体高速喷出,在圆盘周边与空气摩擦而分裂雾化。
  2.1.2.2压力式雾化器的特点
  压力式雾化:用高压泵使液体获得高压,高压液体通过喷嘴时,将压力能转变为动能而高速喷出时分散为雾滴。当液体从单一孔中经加压后获得的雾化,这是由于受外力作用,液体从喷嘴出口处不远的距离,克服表面张力,从液膜分裂成细线,加上湍流径向分速度和周围空气相对速度的影响,使液线再分裂成大小不同的液滴,压力式雾化器也是从此原理出发的。
  压力式雾化器的特点:①结构简单,操作无噪声;②改变喷嘴内部结构,易得到所需的雾化形状;③大规模生产可采用多喷嘴喷雾。
  压力式雾化器的缺点:①生产过程中流量无法调节;②喷嘴喷孔口径小于1mm时,易产生堵塞;③不适用粘度高的胶状料液及有固相分解的悬浊液喷雾;④喷嘴易磨损。
  2.1.2.3气流式雾化器的特点
  气流式雾化(又称二流体喷雾):采用压缩空气以很高的速度从喷嘴喷出(≥300 m/s),依靠气液两相间的速度差所产生的摩擦力,使料液分裂为雾滴。其利用蒸汽或压缩空气的高速运动,使料液在喷嘴出口处相遇而产生液膜分裂并雾化。由于料液速度不大,而气流速度很高,这二种流体存在着的相对速度,液膜被拉成丝,然后分裂成细小雾滴,雾滴大小取决于相对速度和料液粘度。
  气流式雾化有局限性,只有在热空气温度高于300℃时采用蒸汽喷射才有意义,一般使用蒸汽压力为0.3-0.7MPa,使用压缩空气压力为0.2-0.5MPa时,液滴平均直径为10-60μm。
  口服原料药的工艺要求:口服固体制剂种类繁多,具体的工艺要求也千差万别,在喷雾干燥机机设计制造的过程中,^好针对不同的品种做不同的设计,以达到设备和工艺相适应的理想状态。固体制剂生产在选用喷雾干燥机机时,经常会提出下面所列的一些要求:
  一.洁净要求
  原料药生产的主要工序需要在十万级的洁净环境中进行,喷雾干燥机就是质量控制的重要工序。喷雾干燥机机接触物料的部分,要采用不锈钢材质,对于酸腐蚀性较强的物料,^好选用316L不锈钢。干燥腔、旋风分离器、过滤器等直接接触物料的部件,应内壁光滑,无死角,易于清扫,易于拆卸,方便清洗。喷雾干燥机机往往会体系庞大,因此不能整体都放在洁净区域,经常只将收集物料的部分放在洁净区,这就要求系统密闭性能好,以防外部污染不会系统。
  二.避免粘壁
  粘壁现象迄今为止仍然是妨碍喷雾干燥机机正常操作的一个突出问题,固体制剂(特别是中药)的喷雾干燥机过程尤为明显。物料粘壁不仅不利于收集操作,而且随着时间的延长,敏感的粘壁物料会发生变质,变为不合格物料。从工艺角度出发,解决手段包括选用合适的溶剂,增加辅料,改变工艺参数,但是这些方法可调节的余地不是很大,因此必须从设备的角度寻求根本的解决方案。国内外^对干燥过程中的粘壁和结块问题进行了深入研究,一致认为造成粘壁的主要原因是壁温。
  以下列举了防止粘壁的五种可能途径:
  1.采用夹壁干燥塔,其间用空气冷却,使壁温保持在50℃以下;
  2.通过塔壁旋气片切向引入二次空气冷却塔壁;
  3.塔内近壁处安装由一排喷嘴组成的气扫帚,并使之沿塔壁缓慢转动;
  4.塔壁增加气锤,通过气锤的敲击,强制使粘壁物料脱离;
  5.增加加工的精度,塔内壁抛光也可以减轻粘壁。
喷雾干燥机
  三.自控性能
  喷雾干燥机是个连续生产的过程,控制点比较多。比如密闭循环系统的控制点包括:进料浓度、进料速度、进风速度、进风温度、系统压力、各部件压差、气体纯度检测等等,依靠传统的手动调节非常困难。一套好的自动控制系统,可以使整个喷雾干燥机系统运转顺畅,降低产品的不合格率,减少安全隐患。目前国内产品在自控方面比较落后,而国外的一些先进设备,比如丹麦尼鲁公司的喷雾干燥机机,在自控方面技术就已经非常比较成熟。
  四.干燥效果
  由于口服原料药还需要进一步完成制剂工艺,在提高制剂效果和^终药品的服用吸收效果方面,对喷雾干燥机产品的物理性质提出不同的要求。首先,水分含量是干燥产品的第一指标,一般要求控制在一定的范围,不能过高或过低。其次,药物的分装一般按照体积来控制装量,这就要求产品的堆密度稳定,产品的流动性要好。口服冲剂则往往要求速溶性。一般说来,改变雾化的分散度或适当改变操作条件以控制干燥速率,可以制得具有不同堆密度的产品,但变化的幅度是有限的。在改善物性方面值得一提的一种技术是泡沫喷雾干燥机,即将进料液体先泡沫化后再行喷雾干燥机。该方法^初是为提高热效率而提出的,后来用以调整产品的物性。现已证明,泡沫喷雾干燥机制得的产品粒径大、多孔、多凹陷、表面粗糙,具有良好的速溶性。另外,口服原料药还会有一些特殊的要求,比如:颗粒形状。有的要求球形颗粒,颗粒大小均匀。一般来说,通过改变雾化方式,可以得到不同形状的颗粒。原料药厂家在选择喷雾干燥机机之前,^好在设备制造企业的协助下,进行参数优化的实验,以确定一个理想的参数组合,确保喷出药品的干燥效果。
  五.保护措施
  由于药品的不同性质,对设备的保护设计方面也提出一些更高的要求。用有机溶剂溶解的物料,在干燥时要求整个系统必须满足防爆要求。在电机、仪表、控制阀等配件设计时都要选择防爆型。另外,为防止溶剂和空气混合为爆炸气体,系统也不能采用开放式,而必须采用密闭循环系统,并且载体要选用惰性气体,如氮气等。除此之外,一些易氧化物料的干燥,也要采用以氮气为载体的密闭循环系统。
  六.环境保护
  喷雾干燥机的产品为细粒子,为了适应环境保护的要求,喷雾干燥机系统只用旋风分离器分离产品、净化尾气还是不够的,一般还要用袋式除尘器净化,使尾气中的含尘量低于50mg/(nm)3气体;或选用湿式洗涤器,可将尾气含尘量降到15~35mg/(nm)3气体。采用氮气做载体时,系统要注意密闭,排气口要引到室外。
  七.降低成本
  热空气进口温度在并流操作时为250~500℃,逆流操作时为200~300℃,雾化干燥后出口温度一般控制在60~100℃。喷雾干燥机的热利用率较低,工业规模的喷雾干燥机器,热效率一般为30%~50%。国外带有废热回收的喷雾干燥机,热效率可达到70%,但这种设备只有在生产能力大于100kg(水)/h时才有经济意义。但在用到氮气载体和有机溶剂时,采用密闭循环系统,可使氮气循环使用,溶剂冷凝套用,从而有效地降低了生产成本。
带式干燥机是成批生产用的连续式干燥设备,用于透气性较好的片状、条状、颗粒状物料的干燥,对于脱水蔬菜、催化剂、中药饮片等类含水率高、而物料。 混合机是一种利用机械力和重力将两种或两种以上粉末均匀混合的机器。可以将多种淤书昆合成一种均匀的混合物;它还可以增加淤斗的挂撇表面积以力口。 平时厂家会应用振动流化床干燥机进行日常的固体药物、颗粒和粉末状的药物干燥功课,而且该机械拥有较高的干燥服从;同时该机械是通过振动的方法进。 传统干燥泛指从湿物料中除去水分或其他湿分的各种操作。如在日常生活中将潮湿物料置于阳光下曝晒以除去水分,工业上用硅胶、石灰、浓硫酸等除去水。 盘式干燥机是由一个柜,连接到一个由气体加热的空气源于托盘、柴油或生物物质如稻壳。空气温度通常是由一个温控器通常设置50和2.56*10-1S/cm之间的控制。 振动流化床干燥机是一种特殊用途的强化干燥设备,通常用于物料的最终干燥。干燥过程中机械振动辅助物料流化,不仅有利于边界层湍流,增强传热传质。 喷雾干燥是一种可以同时完成干燥和造粒的方法,能直接使溶液、乳浊液、悬浊液干燥成粉状或颗粒状制品,省去蒸发、粉碎等工序。通过机械作用,可以。
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