淺析噴霧干燥生產(chǎn)中影響產(chǎn)品質(zhì)量的若干因素

摘 要：文章以無(wú)菌抗生素噴霧干燥工藝為例，對(duì)噴霧干燥過(guò)程中干燥出風(fēng)溫度、霧化空氣壓力、物料流速及熱風(fēng)風(fēng)量四個(gè)因素對(duì)干燥產(chǎn)品質(zhì)量的影響進(jìn)行了分析，指明了其在抗生素噴霧干燥設(shè)計(jì)及實(shí)際生產(chǎn)中的重要性。

關(guān)鍵詞：噴霧干燥；出風(fēng)溫度；霧化空氣壓力；物料流速；熱風(fēng)風(fēng)量；

中圖分類號(hào)：TF 123.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2015）-07-00-01

噴霧干燥是在噴霧干燥室內(nèi)，采用霧化器將原料液分散成極細(xì)的霧滴后，與干燥介質(zhì)（熱風(fēng)）接觸干燥而獲得固體產(chǎn)品的過(guò)程。隨著噴霧干燥技術(shù)的不斷研究和發(fā)展，其大大簡(jiǎn)化了工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，節(jié)省了投資費(fèi)用，改善了勞動(dòng)條件，同時(shí)提高了產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，因此已在化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)、醫(yī)藥化工產(chǎn)品加工、林業(yè)、農(nóng)藥、陶瓷、水泥、冶金等多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，從而不斷擴(kuò)展噴霧干燥技術(shù)的應(yīng)用范圍，使其具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景[1-4]。

在噴霧干燥技術(shù)眾多的應(yīng)用領(lǐng)域中，其在熱敏性抗生素原料藥生產(chǎn)中的應(yīng)用已愈發(fā)成熟。依據(jù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的不同可以選擇離心式、氣流式、壓力式等不同的霧化器以及選配其他輔助設(shè)施。本文以無(wú)菌抗生素噴霧干燥工藝為例，對(duì)噴霧干燥過(guò)程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的幾個(gè)因素加以分析。

無(wú)菌抗生素噴霧干燥設(shè)施及流程一般由送風(fēng)機(jī)、翅片式蒸汽加熱器、補(bǔ)償式電加熱器、高效過(guò)濾器、熱風(fēng)分配器、氣流式噴嘴、干燥室（干燥塔）、旋風(fēng)分離器、布袋除塵器、引風(fēng)機(jī)組成。在設(shè)備設(shè)施固定的情況下，影響噴霧干燥產(chǎn)品質(zhì)量的因素分別為：干燥出風(fēng)溫度、霧化空氣壓力、物料流速以及熱風(fēng)風(fēng)量。下面分別做詳細(xì)說(shuō)明。

一、干燥出風(fēng)溫度

無(wú)菌抗生素噴霧干燥過(guò)程中，需要監(jiān)測(cè)或控制的溫度一般有三個(gè)：干燥室進(jìn)風(fēng)溫度、旋風(fēng)分離器進(jìn)風(fēng)溫度、旋風(fēng)分離器出風(fēng)溫度。有些文獻(xiàn)或流程中，認(rèn)為旋風(fēng)分離器只起到固氣分離的作用，沒有干燥作用。但筆者在多年抗生素噴霧干燥中發(fā)現(xiàn)，旋風(fēng)分離器在固氣分離的同時(shí)，也起到部分干燥作用，因此稱旋風(fēng)分離器出風(fēng)溫度為干燥出風(fēng)溫度，即干燥溫度。

噴霧干燥產(chǎn)品最終的含水量（干燥失重）由干燥尾氣的水蒸汽分壓pw或相對(duì)濕度決定。由于在絕大多數(shù)的抗生素噴霧干燥過(guò)程中，熱空氣的相對(duì)濕度是不加以控制的，而在其他因素相同的情況下，干燥溫度對(duì)空氣相對(duì)濕度產(chǎn)生決定性影響，因此出風(fēng)溫度就成為決定產(chǎn)品干燥失重的關(guān)鍵指標(biāo)。出風(fēng)溫度越高，干燥尾氣的相對(duì)濕度越低，水蒸氣分壓pw越低，有利于水分從產(chǎn)品表面向熱空氣中擴(kuò)撒，最終產(chǎn)品的干燥失重越低，反之則干燥失重越高。在無(wú)菌抗生素生產(chǎn)中，干燥失重是產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。因此，在一般無(wú)菌抗生素噴霧干燥生產(chǎn)中，干燥的出風(fēng)溫度都作為關(guān)鍵指標(biāo)來(lái)控制。

二、霧化空氣壓力

霧化器一般被認(rèn)為是噴霧干燥設(shè)備的核心。氣流式霧化器一般分為二流體、三流體、四流體霧化器，用來(lái)霧化粘度不同的料液[5]。出于無(wú)菌系統(tǒng)滅菌的需要，低粘度的抗生素噴霧干燥一般采用二流體霧化器。這就涉及到霧化空氣壓力這個(gè)影響干燥產(chǎn)品粒度分布的關(guān)鍵指標(biāo)。

一般噴霧干燥的霧化空氣壓力為0.3-0.7MPa，但在低粘度抗生素噴霧干燥中，霧化空氣壓力一般維持在0.1～0.2 MPa。其原因一是考慮到干燥粉體的流動(dòng)性。霧化空氣壓力越高，干燥粉體粒度越小，其流動(dòng)性就差，給后續(xù)制劑產(chǎn)品的分裝及下一步加工帶來(lái)不便。因此為滿足下一步制劑產(chǎn)品的分裝要求，降低霧化空氣壓力，增大粉體粒度從而增加粉體流動(dòng)性。降低霧化空氣壓力的另一個(gè)原因在于適應(yīng)干燥過(guò)程的分裝。眾所周知，粉體粒徑在小到一定程度時(shí)，由于微粒間的相互作用，粒度越小，粉體的堆密度越小，反之粒度越大，粉體堆密度越大。因此在噴霧干燥中為滿足產(chǎn)品分裝問題，降低生產(chǎn)成本而降低霧化空氣壓力。同時(shí)，霧化空氣壓力對(duì)產(chǎn)品的干燥失重也起到一定的作用，即霧化空氣壓力越高，料液霧化粒徑越小，干燥過(guò)程中熱交換的表面積越大，干燥效果越好。因此在抗生素噴霧干燥過(guò)程中，霧化空氣壓力的適當(dāng)調(diào)整，也可以起到微調(diào)產(chǎn)品干燥失重的效果。

三、物料流速

物料流速即噴霧干燥過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入干燥室的液體物料量。這是衡量一套噴霧干燥系統(tǒng)產(chǎn)能的重要指標(biāo)，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，表現(xiàn)為在其他因素不變的情況下，純水的蒸發(fā)量。理論上，由于霧化空氣在噴嘴處高速旋轉(zhuǎn)形成負(fù)壓可以帶動(dòng)物料噴出從而形成霧化，但在實(shí)際生產(chǎn)中，物料需要外部動(dòng)力才能克服管道阻力、高度落差等因素進(jìn)入霧化器形成霧化，同時(shí)可以通過(guò)控制外部動(dòng)力，來(lái)實(shí)現(xiàn)物料流速的可控性。這個(gè)動(dòng)力可以是壓縮空氣，也可以是泵。

在干燥出風(fēng)溫度、霧化空氣壓力相同的情況下，物料流速越高，其干燥冷量或者說(shuō)待蒸發(fā)水量越大，因此需要的熱量越大，造成干燥室的進(jìn)風(fēng)溫度越高，整套設(shè)備的負(fù)荷隨之增大，在設(shè)備安全及保養(yǎng)方面會(huì)相應(yīng)增大壓力。更重要的是，待蒸發(fā)水量越大，在相同的干燥出風(fēng)溫度下，干燥尾氣的相對(duì)濕度越高，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的干燥失重隨之升高。

另外，如前面所說(shuō)，噴霧干燥一般對(duì)外界空氣的相對(duì)濕度不加以控制，因此噴霧干燥過(guò)程受外界空氣濕度的影響也比較大。調(diào)整物料流速可以消除大部分由于外界空氣濕度對(duì)產(chǎn)品干燥失重的負(fù)面影響。即，在外界空氣濕度較大時(shí)，適當(dāng)降低干燥的物料流速，反之則提高物料流速，以達(dá)到產(chǎn)品批間干燥失重的良好均一性。

四、干燥熱風(fēng)風(fēng)量

上文所說(shuō)，物料流速是一套噴霧干燥系統(tǒng)產(chǎn)能的重要指標(biāo)，那熱風(fēng)風(fēng)量即為保證物料流速的重要因素。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，熱風(fēng)即干燥介質(zhì)，單位時(shí)間內(nèi)干燥介質(zhì)越多，在相同的冷量下其干燥速度越快，干燥效果越好。同時(shí)，干燥風(fēng)量越大，在其他條件相同的情況下，干燥室進(jìn)風(fēng)溫度越低，對(duì)熱敏性的抗生素來(lái)說(shuō)，在提高產(chǎn)品的質(zhì)量方面也有一定的貢獻(xiàn)。另外，干燥風(fēng)量的另一個(gè)重要作用在于，適當(dāng)?shù)目諝饬魉偈歉稍锖笮L(fēng)分離效果的重要保障。在設(shè)備固定的情況下，其干燥風(fēng)量決定了后續(xù)旋風(fēng)分離器的氣固分離效果。反應(yīng)在生產(chǎn)上即為干燥收率與生產(chǎn)成本。

綜上所述，干燥出風(fēng)溫度、霧化空氣壓力、物料流速、干燥熱風(fēng)風(fēng)量四個(gè)因素在無(wú)菌抗生素噴霧干燥生產(chǎn)中，起到至關(guān)重要的作用。因此在噴霧干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)際生產(chǎn)中需要著重考慮。

參考文獻(xiàn)：

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[5]于才淵，王寶和，王喜忠編著. 噴霧干燥技術(shù). 化學(xué)工業(yè)出版社.