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噴霧幹燥在製藥工業應用的區別及其設備的特點

信息來源: | 發布日期: 2019-08-22 | 瀏覽量:10935
關鍵詞:噴霧幹燥,製藥工業,特點

    噴霧幹燥在製藥工業應用已有幾十年的曆史,經過多年的研究和發展,從當初簡易的噴霧幹燥發展到當今多功能、組合型及高效性的噴霧幹燥。然而,不同型式的噴霧幹燥設備所呈現的性能和應用麵也不同。本文從噴霧幹燥的基本理念入手,分析了幾種型式噴霧幹燥的區別,同時闡述了噴霧幹燥設備的特點,從而使人們能更好地應用此類設備,也使得此類設備為我國製藥工業更好服務。

1.噴霧幹燥的基本理念
1.1噴霧幹燥的基本原理

    噴霧幹燥的定義:將溶液、乳濁液、懸濁液等形態的漿料在熱風中噴霧成細小液滴,在它落下過程中,水分被蒸發而成為粉末狀或顆粒的產品。

    在幹燥塔頂部導入熱風,同時將料液泵將料漿送至塔頂,經過霧化器噴成霧狀的液滴,液滴群的表麵積增大,其與高溫熱風接觸後水分迅速蒸發,在極短的時間內便成為幹燥產品,從塔底排出。其中,熱風與液滴接觸後溫度迅速降低而引起濕度增大,作為濕熱廢氣由排風機抽出,廢氣所夾帶細粉用分離裝置回收。

    整個幹燥分為等速和減速二階段。在等速階段,水分蒸發是在液滴表麵發生,蒸發速度由蒸汽通過周圍氣膜的擴散速度所控製,其動力是周圍熱風與液滴的溫度差,溫度差越大蒸發速度越快,水分通過顆粒的擴散速度大於蒸發速度。爾後,當擴散速度降低而不能再維持顆粒表麵的飽和時,蒸發速度開始減慢,幹燥開始進入減速階段。在減速階段,顆粒溫度開始上升,幹燥結束,此時物料溫度接近周圍空氣溫度。

1.2噴霧幹燥的特點

1.2.1幹燥過程中液滴的溫度不高,產品質量好

    噴霧幹燥所使用的溫度範圍廣,即使采用高溫熱風,其排風溫度仍不會高。在幹燥初期,物料溫度不超過周圍熱空氣的濕球溫度,所幹燥產品質量較好。它在製藥工業應用意義在於:不容易發生蛋白蛋變化、維生素的損失或氧化等缺陷,對熱敏性藥物的質量基本接近真空幹燥的標準。

1.2.2幹燥後產品具有良好的分散性、流動性和溶解性

    由於幹燥過程是在潔淨空氣中完成的,產品基本上能保持與液滴相近似的球狀,故之。

1.2.3幹燥速度^迅速

    料液噴霧後,表麵積增大,在高溫氣流作用下,能瞬間蒸發掉95%~98%的水分,完成幹燥時間一般僅需10~40s(相對1l料液而言)。

1.2.4過程簡單、控製方便及適用連續規模生產

    噴霧幹燥常用於含濕量40%~60%的物料,特殊物料可高達90%,可不經濃縮也能一次幹燥成粉體。噴霧幹燥後產品大都不需再進行粉碎或篩選工序,從而使整個生產過程簡單化。同時,能在一定範圍內可改變操作條件來控製產品的粒徑、鬆密度和水分等性能指標。此外,由於,幹燥產品能連續排料,故噴霧幹燥能適用連續規模生產。

1.2.5整個操作密閉性,適用於潔淨生產區域

    由於噴霧幹燥操作在密閉的塔內進行,避免了交叉汙染和粉塵飛揚,適合於製藥工業中原料藥生產,特別是無菌原料藥的生產。

1.2.6噴霧幹燥的不完善之處

    噴霧幹燥的不完善之處:一是當熱風溫度低於150℃時,熱容量係數低(相應蒸發強度低),故塔的體積會變大;二是廢氣中夾帶的約15%左右微粉需高效分離收集裝置。

1.3噴霧幹燥在製藥工業的應用範圍

    噴霧幹燥可廣泛應用於原料藥的生產,可應用品種有:阿莫西林、安比西林、阿可匹林、雙氫鏈黴素、卡那黴素、氨苄青黴素、青黴素類、四環素、鏈黴霧、琥氯黴素、磺胺噻唑、維生素A、維生素E、維生素B12、氫氧氯化鋁、硫酸鋁庶糖脂、澱粉酶、硫酸鋇、乳酸鈣、泛酸鈣、荷爾蒙、左旋賴氨酸、煙酸、蛋白酶、蘆丁衍生物、肝精等。

2.噴霧幹燥的型式區別與比較

2.1噴霧幹燥的型式區別

    噴霧幹燥的型式分類有多種,按流程可分為:開放式、封閉循環式、自惰循環式和半封閉循環式;按噴霧和氣體流動方向分為:並流型、逆流型及混合流;按霧化方法可分為:離心式、壓力式和氣流式。其中,霧化方法分類是常用可見的方式,下文重點談霧化器。

2.1.1霧化器的作用

    霧化器的作用是整個噴霧幹燥的心髒,它直接影響到產品的質量和經濟指標。霧化器分散度越高,幹燥效率越大;霧化越均勻,產品的含水量變化越小。因此,霧化器既要保證料液的分散度,又要使粒度變化控製在^小限度。

2.1.2“三類”霧化器的特點

2.1.2.1離心式霧化器的特點

    離心式霧化:料液在高速轉盤(圓周速度90~160m/s)中受離心力作用從盤邊緣甩出而霧化。其 是利用高速旋轉盤作用,當液處注入盤麵時,液體受到二種力作用,一是離心力和重力作用下得到加速而分裂霧化;二是液體和周圍空氣同時接觸麵處,存在摩擦力促使形成霧滴。前者為離心霧化,後者為速度霧化,實際上這二者是同時存在的。

    離心式霧化器的霧化效果與料液特性、流量、圓盤形狀直徑及速度直接有關。離心式霧化過程的“三大”特點:

    ①直接分裂成液滴,當料液流量較少時,料液受離心力作用,在圓盤周圍隆起成半球狀,其直徑取決於離心力和料液粘度及表麵張力。當離心力大於表麵張力時,圓盤周邊的液滴立即被拋出而分裂霧化。

    ②絲狀割裂成液滴,當料液流量較大而轉速加快時,半球狀物料液被拉成許多絲狀射流。液量增加,圓盤周邊的液絲也增加,如果液量達到一定數量後,液絲變粗,而絲數不再增加。拋出的液絲極不穩定,在離周邊不遠處即被分離成球狀小液滴。

    ③膜絲分裂成液滴,當料液流量繼續增大時,液絲數量與絲經均不再增加,液絲間互相並成薄膜,拋出液膜離圓盤周邊一定距離後,被分裂成分布較廣的液滴。若液體在圓盤表麵滑動能減到^小時,則可使液體高速噴出,在圓盤周邊與空氣摩擦而分裂霧化。

2.1.2.2壓力式霧化器的特點

    壓力式霧化:用高壓泵使液體獲得高壓,高壓液體通過噴嘴時,將壓力能轉變為動能而高速噴出時分散為霧滴。當液體從單一孔中經加壓後獲得的霧化,這是由於受外力作用,液體從噴嘴出口處不遠的距離,克服表麵張力,從液膜分裂成細線,加上湍流徑向分速度和周圍空氣相對速度的影響,使液線再分裂成大小不同的液滴,壓力式霧化器也是從此原理出發的。

    壓力式霧化器的特點:①結構簡單,操作無噪聲;②改變噴嘴內部結構,易得到所需的霧化形狀;③大規模生產可采用多噴嘴噴霧。

    壓力式霧化器的缺點:①生產過程中流量無法調節;②噴嘴噴孔口徑小於1mm時,易產生堵塞;③不適用粘度高的膠狀料液及有固相分解的懸濁液噴霧;④噴嘴易磨損。

2.1.2.3氣流式霧化器的特點

    氣流式霧化(又稱二流體噴霧):采用壓縮空氣以很高的速度從噴嘴噴出(≥300 m/s),依靠氣液兩相間的速度差所產生的摩擦力,使料液分裂為霧滴。其利用蒸汽或壓縮空氣的高速運動,使料液在噴嘴出口處相遇而產生液膜分裂並霧化。由於料液速度不大,而氣流速度很高,這二種流體存在著的相對速度,液膜被拉成絲,然後分裂成細小霧滴,霧滴大小取決於相對速度和料液粘度。

氣流式霧化有局限性,隻有在熱空氣溫度高於300℃時采用蒸汽噴射才有意義,一般使用蒸汽壓力為0.3-0.7MPa,使用壓縮空氣壓力為0.2-0.5MPa時,液滴平均直徑為10-60μm。

2.2以霧化器分類的噴霧幹燥比較

項目

離心式噴霧

壓力式噴霧

氣流式噴霧

料液

 

處理量

調節範圍大

 

調節範圍^小,但處理量^大

調節範圍較狹

粘度變化

可改變轉速,適用於高粘度物料

高粘度噴霧困難

可調節壓縮空氣壓力

供料

壓力(MPa

低壓,約0.3

高壓,1-20

低壓,約0.3

高壓泵

不需要

需要柱塞泵

不需要

霧化器

價格

便宜

便宜

維修保養

高速旋轉的高精度,保養難

噴嘴易磨損,高壓泵需保養

容易

動力消耗

^小

^大

產品

粒度

微粒

粗粒

微粒

均勻性

均勻

大致相同

不均勻

堆積密閉

輕,粒子中孔呈球狀

重,粒子中空氣含量少

 

幹燥塔

熱風流向

逆流與水平流均不適宜

並流、逆流、混合流及水平流都可以

並流、逆流

塔徑

塔長

較低

安裝位置及粘壁現象

霧化器裝在塔頂,塔頂內壁易粘附

噴嘴可裝在任意位置,粘壁可防止

小直徑易粘壁

型式

水平並流型

 

垂直向上逆流

 

垂直向下並流

垂直向上混合流

 

 

垂直向不混合流

 

3.幾種常用噴霧幹燥設備特點的簡述

以下結合公司的幾種噴霧幹燥設備在製藥工業應用特點,作一簡述,能使使用者有更好了解,也使公司的產品更好應用與服務於製藥工業。

3.1LPG高速離心噴霧幹燥機

    LPG高速離心噴霧幹燥機^適用於從溶液、乳液、懸浮液和可塑性糊狀液體原料中生成粉狀、顆粒狀或塊狀固體產品。因此,當成品的顆粒大小分布、殘留水分含量、堆積密度和顆粒形狀必須符合^的標準時。

空氣經過濾後加熱,由幹燥器頂部空氣分配器分配進入幹燥室。料液經離心霧化器噴霧成極細微的霧狀滴,與熱空氣並流接觸在極短的時間內可幹燥成成品。成品連續地由幹燥塔底部和旋風分離器中收集,廢氣由風機排出。
    LPG高速離心噴霧幹燥機特點:
    ①幹燥速度快,料液經霧化後表麵積大大增大,在熱風氣流中,瞬間就可蒸發95%-98%的水分,完成幹燥時間僅需數秒,特別適用於熱敏性物料的幹燥。

    ②產品具有良好的均勻度、流動性和溶解性,產品純度高,質量好。

    ③生產過程簡化,操作控製方便。對於含濕量40%60%的液體能一次幹燥成粉粒產品,幹燥後不需粉碎和篩選,減少生產工序,提高產品純度。對產品粒徑、堆積密度、水分,可通過改變操作條件進行調整,控製和管理方便。

3.2WPG無菌噴霧幹燥機

    WPG無菌噴霧幹燥機無菌生產是醫藥工業中粉針劑生產的主要設備,抗生素藥品如硫酸鏈黴素、卡那黴素硫酸鹽等,在其生產過程中都要使用無菌噴霧幹燥來製造成品。在無菌噴霧幹燥係統中,所有進入係統的物料和空氣都必須除菌過濾。產品的收集也必須在無菌室內進行,對噴霧用的壓縮空氣也需淨化後方能使用。
    幹燥空氣經初效、中效,高效三級過濾淨化,經加熱器加熱與物料霧化傳熱傳質,幹燥後的成品和濕熱空氣由旋風分離。成品在無菌室淨化工作台收集包裝,尾氣經袋式濾塵器捕集後排空。

    裝置采用二流體氣流噴霧器,結構簡單,氣流分布好,霧化均勻,能達到無菌噴霧要求。噴霧塔內設清掃裝置,便於清理塔壁附粉。熱空氣淨化選用初效,中效和高效三級過濾係統,故空氣淨化質量高,達到GMP藥品生產要求。

3.3ZLG中藥浸膏噴霧幹燥機    

    ZLG中藥浸膏噴霧幹燥該機采用全封閉形式,所有部件均采用不鏽鋼製造,配有三級淨化裝置,過濾後的空氣達十萬級要求.簡體與頂部裝有冷卻裝置,使壁溫達〈80℃,物料在塔壁上停留不焦化變質,增加了收粉率(達95%以上)。
    基本原理:中藥浸膏高速離心噴霧裝置是離心式噴霧幹燥技術在特定物料幹燥中的應用,也是利用高速離心式霧化器使物料分散成霧狀,與熱空氣充分接觸,完成瞬間幹燥,形成粉狀成品的幹燥裝置。
    中藥浸膏專用幹燥機是中藥浸膏和產物提取液的噴霧幹燥機,它解決了物料在原LPG高速噴霧幹燥機在中藥中出現的以下情況:①物料粘壁,收粉率低;②、物料在塔壁上停留時間產生焦化變質現象;③難以清洗,不符合GMP要求;④產量低:LPG-150型噴霧幹燥機,其產量隻能處理50-60kg/h料液。
    鑒於以上狀況,我公司根據中藥浸膏的物料性質與工藝要求設計中藥浸膏幹燥機,設計中藥浸膏的幹燥造粒工藝,幹燥後的物料顏色好、不變質、提高了幹燥設備使用的經濟效益,中藥浸膏與LPG高速離心噴霧幹燥機相比有以下特點:①采用了三級空氣過濾淨化度,達到30萬級;②采用了冷卻裝置,使內壁溫度達到80℃,物料在壁上停留過濾不“焦化”;③整個體積是原LPG標準離心噴霧的3.5倍;④采用快開清洗裝置,適用於多品種生產要求;⑤除塵采用了濕法除塵,使粉塵無外出,符合環保要求,同時采用氣掃裝置,其效果更令人滿意;⑥提供霧化器2台,並采用變頻調速;⑦采用了PLC控製,程控係統屏幕顯示;⑧采用幹空氣密封閉輸送。

3.4PGL係列噴霧幹燥製粒機

    PGL係列有B/C型二種,PGL-B噴霧幹燥製粒機集噴霧幹燥/流化製粒於一體,實現液態物料一步法製粒;PGL-C噴霧幹燥製粒機集混合、噴霧幹燥、製粒、顆粒包衣多功能於一體。
    1)PGL-B噴霧幹燥製粒機采用噴霧工藝,特別適用微生物料、熱敏性物料,功效比FL沸騰製粒機高12倍;產品終水分可達01%,配備返粉裝置,成粒率≥95%,可製0.2-2mm顆粒。同時,改進設計的內混式多流體霧化器,可處理浸膏比重達1.3gcm3。

    PGL-B噴霧幹燥製粒機可適用於片劑、衝劑、膠囊劑顆粒,也可適用低糖、無糖的中成藥顆粒。

    2)PGL-C噴霧幹燥製粒機可進行片劑、衝劑、膠囊顆粒製備,緩釋顆粒製備,低糖、無糖、小劑量顆粒製備等。製出的顆粒速溶、衝劑易於溶化、片劑易於崩解,利用液態物料作為潤濕粘合劑,可節約大量乙醇溶媒。

    設備於密閉負壓下工作,內表麵光潔、無死角、符合GMP要求;整個幹燥空間溫度均勻、配套多流體霧化器、可有效提高生產效率並保障產品質量;自動化程度得到進一步提高,操作簡單,可有效保障產品質量的穩定性。

3.5YPG壓力式噴霧幹燥造粒機

    YPG壓力式噴霧幹燥造粒機是將料液壓入位於塔體頂部的噴嘴霧化成微小霧滴,同塔頂熱風平行而下完成幹燥。YPG壓力式噴霧幹燥造粒機的工藝流程,該機具有收塵率高,無粘壁、節能高效等特點,特別適用於熱敏性物料如中藥浸膏、藥膠、酵母、維生素、抗生素、澱粉酶、脂肪酶等幹燥。

3.6QPG氣流噴霧幹燥機

    QPG氣流噴霧幹燥機的工藝流程,潔淨空氣加熱後進入幹燥塔,在塔內熱風中用二流體(或三流體)噴嘴將各種料液霧化成微小液滴,與熱風進行快速熱交換,蒸發掉液料中的水分(或溶劑),並隨熱風排出,得到粉狀產品。
    QPG氣流噴霧幹燥機尤其對粘性大、膏狀、漿糊狀物料效果佳,其它設備無法替代。該產品屬實驗型多品種、低溫幹燥應用廣。其噴嘴結構簡單,維修方便,運行費用較高。

4.小結

    本文從噴霧幹燥的基本理念入手,使人們對不同型式噴霧幹燥有更進一步的了解。同時,對公司近年來研發的噴霧幹燥設備的特點作了綜合性簡述。而噴霧幹燥這門技術有著其特殊性,不同的產品具有不同的幹燥工藝和粉粒規則,沒有能適用各種不同要求的單一噴霧幹燥機型。噴霧至今仍被視作一種技藝,實驗是正確造型的基礎。公司有實驗設備專供用戶進行物料的工藝性試驗,同時也能完成此類設備的交鑰匙工程。本文寫此文的目的是為噴霧幹燥係列設備能為我國製藥工業更好服務,也期待同行有更新、更好的噴霧幹燥設備的問世。


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