噴霧干燥在制藥工業(yè)應用已有幾十年的歷史,經過多年的研究和發(fā)展,從當初簡易的噴霧干燥發(fā)展到當今多功能、組合型及性的噴霧干燥。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。
2.噴霧干燥的型式區(qū)別與比較 2.1噴霧干燥的型式區(qū)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(huán)式、自惰循環(huán)式和半封閉循環(huán)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zui小限度。
2.1.2.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(wěn)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(xù)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zui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。 2.1.2.1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?yōu)閯幽芏咚賴姵鰰r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(fā)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(guī)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(jié);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。 2.1.2.2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。
3.幾種常用噴霧干燥設備特點的簡述 以下結合寶干公司的幾種噴霧干燥設備在制藥工業(yè)應用特點,作一簡述,能使使用者有更好了解,也使寶干公司的產品更好應用與服務于制藥工業(yè)。 3.1LPG高速離心噴霧干燥機 干燥速度快,料液經霧化后表面積大大增加,在熱風氣流中,瞬間就可蒸發(fā)95%-98%的水份,完成干燥時間僅需數秒,特別適用于熱敏性物料的干燥。 ★ 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。 ★ 生產過程簡化,操作控制方便。對于含濕量40—60%(特殊物料可達90%)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,松密度,水份,在一定范圍內可通過改變操作條件進行調整,控制和管理都很方便 3.2YPG壓力噴霧干燥機 YPG系列噴霧干燥機是采用壓力式噴嘴借助高壓泵的壓力將溶液、懸浮液、乳濁液、膏糊狀物料霧化成細小液滴,然后與高溫熱空氣進行快速熱交換,在極短時間內以簡單的工藝迅速連續(xù)干燥成細顆粒狀物料的設備。 該機具有收塵率高,無粘壁、節(jié)能等特點,特別適用于熱敏性物料干燥。廣泛應用于食品染料、中間體等行業(yè)。 3.3 ZPG中藥浸膏噴霧干燥機 干燥速度快,一般只需幾秒到十幾秒鐘,具有瞬間干燥的特點。 干燥過程中液滴的溫度比較低,特別適宜熱敏性物料的干燥,能夠保持物料色、香、味。 為防止干燥塔產生粘壁現象,本裝置設有特殊的結構,有效地杜絕產品的粘壁現象。 *的成品風送系統(tǒng)將干燥成品與系統(tǒng)內的熱濕空氣及時分離,避免了干燥成品的吸濕或結塊的可能性.
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(jié)范圍大 | 調節(jié)范圍zui小,但處理量zui大 | 調節(jié)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(jié)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 | 高 | 便宜 | 便宜 | 維修保養(yǎng) | 高速旋轉的高精度,保養(yǎng)難 | 噴嘴易磨損,高壓泵需保養(yǎng) | 容易 | 動力消耗 | 小 | zui小 | zui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 | 大 | 小 | 小 | 塔長 | 低 | 高 | 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 | ● | ● | |
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(tài)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(fā)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(fā),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(fā)是在液滴表面發(fā)生,蒸發(fā)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(fā)速度越快,水分通過顆粒的擴散速度大于蒸發(fā)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(fā)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(yè)應用意義在于:不容易發(fā)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干燥速度十分迅速 料液噴霧后,表面積增大,在高溫氣流作用下,能瞬間蒸發(fā)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(xù)規(guī)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(xù)排料,故噴霧干燥能適用連續(xù)規(guī)模生產。 1.2.5整個操作密閉性,適用于潔凈生產區(qū)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(yè)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(fā)強度低),故塔的體積會變大;二是廢氣中夾帶的約15%左右微粉需分離收集裝置。
1.3噴霧干燥在制藥工業(yè)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(huán)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。 |