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      噴霧干燥在制藥工業應用的區別及其設備的特點

      信息來源: | 發布日期: 2009-08-14 | 瀏覽量:
      關鍵詞:噴霧干燥在制藥工業應用的區別及其設備的特點

        噴霧干燥在制藥工業應用已有幾十年的歷史,經過多年的研究和發展,從當初簡易的噴霧干燥發展到當今多功能、組合型及高效性的噴霧干燥。然而,不同型式的噴霧干燥設備所呈現的性能和應用面也不同。本文從噴霧干燥的基本理念入手,分析了幾種型式噴霧干燥的區別,同時闡述了噴霧干燥設備的特點,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制藥工業更好服務。

       

      1.噴霧干燥的基本理念
      1.1噴霧干燥的基本原理

          噴霧干燥的定義: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。

          在干燥塔頂部導入熱風,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,液滴群的表面積增大,其與高溫熱風接觸后水分迅速蒸發,在極短的時間內便成為干燥產品,從塔底排出。其中,熱風與液滴接觸后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。

          整個干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面發生,蒸發速度由蒸汽通過周圍氣膜的擴散速度所控制,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于蒸發速度。爾后,當擴散速度降低而不能再維持顆粒表面的飽和時,蒸發速度開始減慢,干燥開始進入減速階段。在減速階段,顆粒溫度開始上升,干燥結束,此時物料溫度接近周圍空氣溫度。

       

      1.2噴霧干燥的特點

      1.2.1干燥過程中液滴的溫度不高,產品質量好

        噴霧干燥所使用的溫度范圍廣,即使采用高溫熱風,其排風溫度仍不會高。在干燥初期,物料溫度不超過周圍熱空氣的濕球溫度,所干燥產品質量較好。它在制藥工業應用意義在于: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干燥的標準。


      1.2.2干燥后產品具有良好的分散性、流動性和溶解性

        由于干燥過程是在潔凈空氣中完成的,產品基本上能保持與液滴相近似的球狀,故之。


      1.2.3干燥速度^迅速

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


      1.2.4過程簡單、控制方便及適用連續規模生產

        噴霧干燥常用于含濕量40%~60%的物料,特殊物料可高達90%,可不經濃縮也能一次干燥成粉體。噴霧干燥后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,能在一定范圍內可改變操作條件來控制產品的粒徑、松密度和水分等性能指標。此外,由于,干燥產品能連續排料,故噴霧干燥能適用連續規模生產。


      1.2.5整個操作密閉性,適用于潔凈生產區域

        由于噴霧干燥操作在密閉的塔內進行,避免了交叉污染和粉塵飛揚,適合于制藥工業中原料藥生產,特別是無菌原料藥的生產。


      1.2.6噴霧干燥的不完善之處

        噴霧干燥的不完善之處:一是當熱風溫度低于150℃時,熱容量系數低(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噴霧干燥在制藥工業的應用范圍

        噴霧干燥可廣泛應用于原料藥的生產,可應用品種有:阿莫西林、安比西林、阿可匹林、雙氫鏈霉素、卡那霉素、氨芐青霉素、青霉素類、四環素、鏈霉霧、琥氯霉素、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、淀粉酶、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.噴霧干燥的型式區別與比較

      2.1噴霧干燥的型式區別

        噴霧干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:并流型、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干燥的心臟,它直接影響到產品的質量和經濟指標。霧化器分散度越高,干燥效率越大;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,又要使粒度變化控制在^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,當液處注入盤面時,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面處,存在摩擦力促使形成霧滴。前者為離心霧化,后者為速度霧化,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,其直徑取決于離心力和料液粘度及表面張力。當離心力大于表面張力時,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后,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,液絲間互相并成薄膜,拋出液膜離圓盤周邊一定距離后,被分裂成分布較廣的液滴。若液體在圓盤表面滑動能減到^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后獲得的霧化,這是由于受外力作用,液體從噴嘴出口處不遠的距離,克服表面張力,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噴嘴噴孔口徑小于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并霧化。由于料液速度不大,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,然后分裂成細小霧滴,霧滴大小取決于相對速度和料液粘度。

        氣流式霧化有局限性,只有在熱空氣溫度高于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干燥比較

      項目

      離心式噴霧

      壓力式噴霧

      氣流式噴霧

      料液

       

      處理量

      調節范圍大

       

      調節范圍^小,但處理量大

      調節范圍較狹

      粘度變化

      可改變轉速,適用于高粘度物料

      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

       

      干燥塔

      熱風流向

      逆流與水平流均不適宜

      并流、逆流、混合流及水平流都可以

      并流、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

      水平并流型

       

      垂直向上逆流

       

      垂直向下并流

      垂直向上混合流

       

       

      垂直向不混合流

       

       

      3.幾種常用噴霧干燥設備特點的簡述

        以下結合一步公司的幾種噴霧干燥設備在制藥工業應用特點,作一簡述,能使使用者有更好了解,也使一步公司的產品更好應用與服務于制藥工業。

      3.1LPG高速離心噴霧干燥機

        LPG高速離心噴霧干燥機^適用于從溶液、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。

      工藝流程,空氣經過濾后加熱,由干燥器頂部空氣分配器分配進入干燥室。料液經離心霧化器噴霧成極細微的霧狀滴,與熱空氣并流接觸在極短的時間內可干燥成成品。成品連續地由干燥塔底部和旋風分離器中收集,廢氣由風機排出。
        LPG高速離心噴霧干燥機特點:
        ①干燥速度快,料液經霧化后表面積大大增大,在熱風氣流中,瞬間就可蒸發95%-98%的水分,完成干燥時間僅需數秒,特別適用于熱敏性物料的干燥。

        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,操作控制方便。對于含濕量40%—60%的液體能一次干燥成粉粒產品,干燥后不需粉碎和篩選,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,控制和管理方便。

        LPG高速離心噴霧干燥機已在北京華豐制藥有限公司、河南羚銳藥業有限公司、中科院廣潤生物實業公司、吉林威威制藥有限公司及河南濮陽中藥廠等企業使用。

       

      3.2WPG無菌噴霧干燥機

        WPG無菌噴霧干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霉素、卡那霉素硫酸鹽等,在其生產過程中都要使用無菌噴霧干燥來制造成品。在無菌噴霧干燥系統中,所有進入系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凈化后方能使用。
        工藝流程,干燥空氣經初效、中效,高效三級過濾凈化,經加熱器加熱與物料霧化傳熱傳質,干燥后的成品和濕熱空氣由旋風分離。成品在無菌室凈化工作臺收集包裝,尾氣經袋式濾塵器捕集后排空。

      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,便于清理塔壁附粉。熱空氣凈化選用初效,中效和高效三級過濾系統,故空氣凈化質量高,達到GMP藥品生產要求。


      3.3ZLG中藥浸膏噴霧干燥機

        ZLG中藥浸膏噴霧干燥機,該機采用全封閉形式,所有部件均采用不銹鋼制造,配有三級凈化裝置,過濾后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干燥技術在特定物料干燥中的應用,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,完成瞬間干燥,形成粉狀成品的干燥裝置。
        中藥浸膏專用干燥機是中藥浸膏和產物提取液的噴霧干燥機,它解決了物料在原LPG高速噴霧干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型噴霧干燥機,其產量只能處理50-60kg/h料液。
        鑒于以上狀況,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干燥機,設計中藥浸膏的干燥造粒工藝(見圖5),干燥后的物料顏色好、不變質、提高了干燥設備使用的經濟效益,中藥浸膏與LPG高速離心噴霧干燥機相比有以下特點:①采用了三級空氣過濾凈化度,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,適用于多品種生產要求;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臺,并采用變頻調速;⑦采用了PLC控制,程控系統屏幕顯示;⑧采用干空氣密封閉輸送。


      3.4PGL系列噴霧干燥制粒機

      PGL系列有B型/C型二種,PGL-B噴霧干燥制粒機集噴霧干燥/流化制粒于一體,實現液態物料一步法制粒;PGL-C噴霧干燥制粒機集混合、噴霧干燥、制粒、顆粒包衣多功能于一體。
        1)PGL-B噴霧干燥制粒機采用噴霧工藝,特別適用微生物料、熱敏性物料,功效比FL沸騰制粒機高1—2倍;產品終水分可達0.1%,配備返粉裝置,成粒率≥95%,可制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1.3g/cm3。

        PGL-B噴霧干燥制粒機可適用于片劑、沖劑、膠囊劑顆粒,也可適用低糖、無糖的中成藥顆粒。

        PGL-B噴霧干燥制粒機已在常州健民制藥廠、正大青春寶制藥有限公司、上海蔡同德堂制藥廠、湖南九芝堂制藥有限公司、海南誠成制藥有限公司、安徽鳳凰松制有限公司哈爾濱一洲制藥有限公司河北藥都集團制藥有限公司等多家企業使用。

        2)PGL-C噴霧干燥制粒機可進行片劑、沖劑、膠囊顆粒制備,緩釋顆粒制備,低糖、無糖、小劑量顆粒制備等。制出的顆粒速溶、沖劑易于溶化、片劑易于崩解,利用液態物料作為潤濕粘合劑,可節約大量乙醇溶媒。

        設備于密閉負壓下工作,內表面光潔、無死角、符合GMP要求;整個干燥空間溫度均勻、配套多流體霧化器、可有效提高生產效率并保障產品質量;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壓力式噴霧干燥造粒機

        YPG壓力式噴霧干燥造粒機是將料液壓入位于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干燥。PG壓力式噴霧干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,特別適用于熱敏性物料如中藥浸膏、藥膠、酵母、維生素、抗生素、淀粉酶、脂肪酶等干燥。


      3.6QPG氣流噴霧干燥機

        QPG氣流噴霧干燥機的工藝流程,潔凈空氣加熱后進入干燥塔,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),并隨熱風排出,得到粉狀產品。
         QPG氣流噴霧干燥機尤其對粘性大、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、低溫干燥應用廣。其噴嘴結構簡單,維修方便,運行費用較高。


      4.小結

        本文從噴霧干燥的基本理念入手,使人們對不同型式噴霧干燥有更進一步的了解。同時,對一步公司近年來研發的噴霧干燥設備的特點作了綜合性簡述。而噴霧干燥這門技術有著其特殊性,不同的產品具有不同的干燥工藝和粉粒規則,沒有能適用各種不同要求的單一噴霧干燥機型。噴霧至今仍被視作一種技藝,實驗是正確造型的基礎。一步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干燥系列設備能為我國制藥工業更好服務,也期待同行有更新、更好的噴霧干燥設備的問世。


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