噴霧干燥在制藥工業(yè)應(yīng)用的區(qū)別及其設(shè)備的特點(diǎn)

  噴霧干燥在制藥工業(yè)應(yīng)用已有幾十年的歷史，經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，從當(dāng)初簡易的噴霧干燥發(fā)展到當(dāng)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(shè)備所呈現(xiàn)的性能和應(yīng)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(qū)別，同時(shí)闡述了噴霧干燥設(shè)備的特點(diǎn)，從而使人們能更好地應(yīng)用此類設(shè)備，也使得此類設(shè)備為我國制藥工業(yè)更好服務(wù)。

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(fēng)中噴霧成細(xì)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(chǎn)品。

    在干燥塔頂部導(dǎo)入熱風(fēng)，同時(shí)將料液泵將料漿送至塔頂，經(jīng)過霧化器噴成霧狀的液滴，液滴群的表面積增大，其與高溫?zé)犸L(fēng)接觸后水分迅速蒸發(fā)，在極短的時(shí)間內(nèi)便成為干燥產(chǎn)品，從塔底排出。其中，熱風(fēng)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(fēng)機(jī)抽出，廢氣所夾帶細(xì)粉用分離裝置回收。

    整個(gè)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(kuò)散速度所控制，其動(dòng)力是周圍熱風(fēng)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(kuò)散速度大于蒸發(fā)速度。爾后，當(dāng)擴(kuò)散速度降低而不能再維持顆粒表面的飽和時(shí)，蒸發(fā)速度開始減慢，干燥開始進(jìn)入減速階段。在減速階段，顆粒溫度開始上升，干燥結(jié)束，此時(shí)物料溫度接近周圍空氣溫度。

1.2噴霧干燥的特點(diǎn)

1.2.1干燥過程中液滴的溫度不高，產(chǎn)品質(zhì)量好

    噴霧干燥所使用的溫度范圍廣，即使采用高溫?zé)犸L(fēng)，其排風(fēng)溫度仍不會(huì)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(chǎn)品質(zhì)量較好。它在制藥工業(yè)應(yīng)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(duì)熱敏性藥物的質(zhì)量基本接近真空干燥的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2干燥后產(chǎn)品具有良好的分散性、流動(dòng)性和溶解性

    由于干燥過程是在潔凈空氣中完成的，產(chǎn)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(shí)間一般僅需10~40s（相對(duì)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(chǎn)

    噴霧干燥常用于含濕量40%~60%的物料，特殊物料可高達(dá)90%，可不經(jīng)濃縮也能一次干燥成粉體。噴霧干燥后產(chǎn)品大都不需再進(jìn)行粉碎或篩選工序，從而使整個(gè)生產(chǎn)過程簡單化。同時(shí)，能在一定范圍內(nèi)可改變操作條件來控制產(chǎn)品的粒徑、松密度和水分等性能指標(biāo)。此外，由于，干燥產(chǎn)品能連續(xù)排料，故噴霧干燥能適用連續(xù)規(guī)模生產(chǎn)。

1.2.5整個(gè)操作密閉性，適用于潔凈生產(chǎn)區(qū)域

    由于噴霧干燥操作在密閉的塔內(nèi)進(jìn)行，避免了交叉污染和粉塵飛揚(yáng)，適合于制藥工業(yè)中原料藥生產(chǎn)，特別是無菌原料藥的生產(chǎn)。

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(dāng)熱風(fēng)溫度低于150℃時(shí)，熱容量系數(shù)低（相應(yīng)蒸發(fā)強(qiáng)度低），故塔的體積會(huì)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(yīng)用范圍

    噴霧干燥可廣泛應(yīng)用于原料藥的生產(chǎn)，可應(yīng)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。

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(dòng)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(diǎn)談霧化器。

2.1.1霧化器的作用

    霧化器的作用是整個(gè)噴霧干燥的心臟，它直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。霧化器分散度越高，干燥效率越大；霧化越均勻，產(chǎn)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“三類”霧化器的特點(diǎn)

2.1.2.1離心式霧化器的特點(diǎn)

    離心式霧化：料液在高速轉(zhuǎn)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(zhuǎn)盤作用，當(dāng)液處注入盤面時(shí)，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(shí)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(shí)際上這二者是同時(shí)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(guān)。離心式霧化過程的“三大”特點(diǎn)：

    ①直接分裂成液滴，當(dāng)料液流量較少時(shí)，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(dāng)離心力大于表面張力時(shí)，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(dāng)料液流量較大而轉(zhuǎn)速加快時(shí)，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(dá)到一定數(shù)量后，液絲變粗，而絲數(shù)不再增加。拋出的液絲極不穩(wěn)定，在離周邊不遠(yuǎn)處即被分離成球狀小液滴。

    ③膜絲分裂成液滴，當(dāng)料液流量繼續(xù)增大時(shí)，液絲數(shù)量與絲經(jīng)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(dòng)能減到zui小時(shí)，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(diǎn)

    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(shí)，將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能而高速噴出時(shí)分散為霧滴。當(dāng)液體從單一孔中經(jīng)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(yuǎn)的距離，克服表面張力，從液膜分裂成細(xì)線，加上湍流徑向分速度和周圍空氣相對(duì)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(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡單，操作無噪聲；②改變噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)，易得到所需的霧化形狀；③大規(guī)模生產(chǎn)可采用多噴嘴噴霧。

    壓力式霧化器的缺點(diǎn)：①生產(chǎn)過程中流量無法調(diào)節(jié)；②噴嘴噴孔口徑小于1mm時(shí)，易產(chǎn)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(diǎn)

    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(chǎn)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(yùn)動(dòng)，使料液在噴嘴出口處相遇而產(chǎn)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(duì)速度，液膜被拉成絲，然后分裂成細(xì)小霧滴，霧滴大小取決于相對(duì)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(shí)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(shí)，液滴平均直徑為10-60μm。

2.2以霧化器分類的噴霧干燥比較

3.幾種常用噴霧干燥設(shè)備特點(diǎn)的簡述

以下結(jié)合一步公司的幾種噴霧干燥設(shè)備在制藥工業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)，作一簡述，能使使用者有更好了解，也使一步公司的產(chǎn)品更好應(yīng)用與服務(wù)于制藥工業(yè)。

3.1LPG高速離心噴霧干燥機(jī)

    LPG高速離心噴霧干燥機(jī)zui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(chǎn)品。因此，當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)時(shí)。

工藝流程如（圖2），空氣經(jīng)過濾后加熱，由干燥器頂部空氣分配器分配進(jìn)入干燥室。料液經(jīng)離心霧化器噴霧成極細(xì)微的霧狀滴，與熱空氣并流接觸在極短的時(shí)間內(nèi)可干燥成成品。成品連續(xù)地由干燥塔底部和旋風(fēng)分離器中收集，廢氣由風(fēng)機(jī)排出。
    LPG高速離心噴霧干燥機(jī)特點(diǎn)：
    ①干燥速度快，料液經(jīng)霧化后表面積大大增大，在熱風(fēng)氣流中，瞬間就可蒸發(fā)95%-98%的水分，完成干燥時(shí)間僅需數(shù)秒，特別適用于熱敏性物料的干燥。

  ②產(chǎn)品具有良好的均勻度、流動(dòng)性和溶解性，產(chǎn)品純度高，質(zhì)量好。

  ③生產(chǎn)過程簡化，操作控制方便。對(duì)于含濕量40%—60%的液體能一次干燥成粉粒產(chǎn)品，干燥后不需粉碎和篩選，減少生產(chǎn)工序，提高產(chǎn)品純度。對(duì)產(chǎn)品粒徑、堆積密度、水分，可通過改變操作條件進(jìn)行調(diào)整，控制和管理方便。

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

WPG無菌噴霧干燥機(jī)無菌生產(chǎn)是醫(yī)藥工業(yè)中粉針劑生產(chǎn)的主要設(shè)備，抗生素藥品如硫酸鏈霉素、卡那霉素硫酸鹽等，在其生產(chǎn)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(tǒng)中，所有進(jìn)入系統(tǒng)的物料和空氣都必須除菌過濾。產(chǎn)品的收集也必須在無菌室內(nèi)進(jìn)行，對(duì)噴霧用的壓縮空氣也需凈化后方能使用。

    工藝流程如（圖3），干燥空氣經(jīng)初效、中效，三級(jí)過濾凈化，經(jīng)加熱器加熱與物料霧化傳熱傳質(zhì)，干燥后的成品和濕熱空氣由旋風(fēng)分離。成品在無菌室凈化工作臺(tái)收集包裝，尾氣經(jīng)袋式濾塵器捕集后排空。

裝置采用二流體氣流噴霧器，結(jié)構(gòu)簡單，氣流分布好，霧化均勻，能達(dá)到無菌噴霧要求。噴霧塔內(nèi)設(shè)清掃裝置，便于清理塔壁附粉。熱空氣凈化選用初效，中效和三級(jí)過濾系統(tǒng)，故空氣凈化質(zhì)量高，達(dá)到GMP藥品生產(chǎn)要求。

3.3 ZLG中藥浸膏噴霧干燥機(jī)

ZLG中藥浸膏噴霧干燥機(jī)（圖4）該機(jī)采用全封閉形式,所有部件均采用不銹鋼制造,配有三級(jí)凈化裝置,過濾后的空氣達(dá)十萬級(jí)要求.簡體與頂部裝有冷卻裝置,使壁溫達(dá)〈80℃,物料在塔壁上停留不焦化變質(zhì),增加了收粉率（達(dá)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(shù)在特定物料干燥中的應(yīng)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。
    中藥浸膏干燥機(jī)是中藥浸膏和產(chǎn)物提取液的噴霧干燥機(jī)，它解決了物料在原LPG高速噴霧干燥機(jī)在中藥中出現(xiàn)的以下情況：①物料粘壁，收粉率低；②、物料在塔壁上停留時(shí)間產(chǎn)生焦化變質(zhì)現(xiàn)象；③難以清洗，不符合GMP要求；④產(chǎn)量低：LPG-150型噴霧干燥機(jī)，其產(chǎn)量只能處理50-60kg/h料液。
    鑒于以上狀況，我公司根據(jù)中藥浸膏的物料性質(zhì)與工藝要求設(shè)計(jì)中藥浸膏干燥機(jī)，設(shè)計(jì)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(zhì)、提高了干燥設(shè)備使用的經(jīng)濟(jì)效益，中藥浸膏與LPG高速離心噴霧干燥機(jī)相比有以下特點(diǎn)：①采用了三級(jí)空氣過濾凈化度，達(dá)到30萬級(jí)；②采用了冷卻裝置，使內(nèi)壁溫度達(dá)到80℃，物料在壁上停留過濾不“焦化”；③整個(gè)體積是原LPG標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)要求；⑤除塵采用了濕法除塵，使粉塵無外出，符合環(huán)保要求，同時(shí)采用氣掃裝置，其效果更令人滿意；⑥提供霧化器2臺(tái)，并采用變頻調(diào)速；⑦采用了PLC控制，程控系統(tǒng)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(jī)

PGL系列有B型/C型二種，PGL-B噴霧干燥制粒機(jī)集噴霧干燥/流化制粒于一體，實(shí)現(xiàn)液態(tài)物料一步法制粒；PGL-C噴霧干燥制粒機(jī)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(jī)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(jī)高1—2倍；產(chǎn)品終水分可達(dá)0．1%，配備返粉裝置，成粒率≥95％，可制0.2-2mm顆粒。同時(shí)，改進(jìn)設(shè)計(jì)的內(nèi)混式多流體霧化器，可處理浸膏比重達(dá)1.3g／cm³。

PGL-B噴霧干燥制粒機(jī)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(jī)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(tuán)制藥有限公司等多家企業(yè)使用。

2）PGL-C噴霧干燥制粒機(jī)可進(jìn)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(tài)物料作為潤濕粘合劑，可節(jié)約大量乙醇溶媒。

設(shè)備于密閉負(fù)壓下工作，內(nèi)表面光潔、*、符合GMP要求；整個(gè)干燥空間溫度均勻、配套多流體霧化器、可有效提高生產(chǎn)效率并保障產(chǎn)品質(zhì)量；自動(dòng)化程度得到進(jìn)一步提高，操作簡單，可有效保障產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3.5YPG壓力式噴霧干燥造粒機(jī)

YPG壓力式噴霧干燥造粒機(jī)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(fēng)平行而下完成干燥。PG壓力式噴霧干燥造粒機(jī)的工藝流程如（圖7），該機(jī)具有收塵率高，無粘壁、節(jié)能等特點(diǎn)，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(jī)

QPG氣流噴霧干燥機(jī)的工藝流程如（圖8），潔凈空氣加熱后進(jìn)入干燥塔，在塔內(nèi)熱風(fēng)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(fēng)進(jìn)行快速熱交換，蒸發(fā)掉液料中的水分（或溶劑），并隨熱風(fēng)排出，得到粉狀產(chǎn)品。
    QPG氣流噴霧干燥機(jī)尤其對(duì)粘性大、膏狀、漿糊狀物料效果佳，其它設(shè)備無法替代。           該產(chǎn)品屬實(shí)驗(yàn)型多品種、低溫干燥應(yīng)用廣。其噴嘴結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，運(yùn)行費(fèi)用較高。

4.小結(jié)

本文從噴霧干燥的基本理念入手，使人們對(duì)不同型式噴霧干燥有更進(jìn)一步的了解。同時(shí)，對(duì)一步公司近年來研發(fā)的噴霧干燥設(shè)備的特點(diǎn)作了綜合性簡述。而噴霧干燥這門技術(shù)有著其特殊性，不同的產(chǎn)品具有不同的干燥工藝和粉粒規(guī)則，沒有能適用各種不同要求的單一噴霧干燥機(jī)型。噴霧至今仍被視作一種技藝，實(shí)驗(yàn)是正確造型的基礎(chǔ)。一步公司有實(shí)驗(yàn)設(shè)備用戶進(jìn)行物料的工藝性試驗(yàn)，同時(shí)也能完成此類設(shè)備的交鑰匙工程。本文寫此文的目的是為噴霧干燥系列設(shè)備能為我國制藥工業(yè)更好服務(wù)，也期待同行有更新、更好的噴霧干燥設(shè)備的問世。