噴霧干燥技術是用噴霧的方法,有機溶劑噴霧干燥機使物料以霧滴狀態分散于熱氣流中,物料與熱氣體充分接觸,在瞬間完成傳熱和傳質的過程,使溶劑迅速蒸發為氣體,達到干燥的目的。噴霧干燥技術在制藥行業中應用廣泛,在固體制劑領域,常用于高熱敏性藥品和料液濃縮過程中易分解藥品的干燥。所得產品粒度細小、均勻,流動性和速溶性好。
噴霧干燥機是將溶液或懸浮液直接干燥為固體顆粒的干燥設備,可省去蒸發、結晶、分離及粉碎等單元操作,可連續、自動化生產,操作穩定。采用這種干燥方法,噴霧干燥機中氣固兩相接觸表面積大,干燥時間短,一般為5~30s,適宜于干燥熱敏性物料。干燥所得產品性能良好,可獲得30~50mm的微粒,產品流動性和速溶性好。缺點是干燥器的體積大,傳熱系數低,導致熱效率低,動力消耗大。
噴霧干燥機的分類方法很多,按氣液流向可分為并流式、逆流式和混流式;按霧化器的安裝方式可分為上噴下式、下噴上式;按霧化器的結構可分為離心式、壓力式和氣流式;按加熱氣體是否循環可分為開放式、部分循環式和密閉式。
料液通過霧化器霧化,分散為細小霧滴進入干燥腔,同時,加熱氣體經鼓風機送入加熱器升溫,然后進入干燥腔。料液霧滴與熱氣體在干燥腔內充分混合、接觸。霧滴瞬間蒸發為氣體,物料干燥成細小的顆粒。混合的氣固兩相被引風機吸入旋風分離器分離,固體物料沉降到底部收集器,氣相被引送至粉塵過濾器,捕集逃逸的物料。過濾氣相經冷凝器冷凝后,攜帶的溶劑變成液體,可收集套用,作為載體的氣體經干燥后在系統中循環使用。流程圖如下:
固體制劑的工藝要求
固體制劑種類繁多,工藝要求也千差萬別,在噴霧干燥機設計制造的過程中,最好針對不同的品種做不同的設計,以達到設備和工藝相適應的最佳狀態。固體制劑生產用噴霧干燥機應滿足下列要求:
潔凈要求
原料藥生產的主要工序需要在十萬級的潔凈環境中進行,噴霧干燥就是質量控制的重要工序。噴霧干燥機接觸物料的部分要采用不銹鋼材質,對于酸腐蝕性較強的物料最好選用316L不銹鋼。干燥腔、旋風分離器、過濾器等直接接觸物料的部件,應內壁光滑,無死角,易于拆卸,方便清洗。噴霧干燥機往往體系龐大,因此不能整體都放在潔凈區域,經常只將收集物料的部分放在潔凈區,這就要求系統密閉性能好,以防外部污染系統。
避免粘壁
粘壁現象是妨礙噴霧干燥機正常操作的一個突出問題,固體制劑(特別是中藥)的噴霧干燥過程尤為明顯。物料粘壁不僅不利于收集操作,而且隨著時間的延長,敏感的粘壁物料會變質成為不合格物料。從工藝角度出發,解決手段包括選用合適的溶劑,有機溶劑噴霧干燥機增加輔料,改變工藝參數,但是這些方法可調節的余地不是很大,因此必須從設備的角度尋求根本的解決方案。國內外專家對干燥過程中的粘壁和結塊問題進行了研究,認為造成粘壁的主要原因是壁溫。
以下列舉了防止粘壁的五種可能途徑:
采用夾壁干燥塔,其間用空氣冷卻,使壁溫保持在50℃以下;
通過塔壁旋氣片切向引入二次空氣冷卻塔壁;
塔內近壁處安裝由一排噴嘴組成的氣掃帚,并使之沿塔壁緩慢轉動;
塔壁增加氣錘,通過氣錘的敲擊,強制使粘壁物料脫離;
增加加工的精度,塔內壁拋光也可以減輕粘壁。
噴霧干燥是連續生產過程,其密閉循環系統的控制點包括:進料濃度、進料速度、進風速度、進風溫度、系統壓力、各部件壓差、氣體純度檢測等,依靠傳統的手動調節非常困難。一套好的自控系統,可以使整個噴霧干燥系統運轉順暢,降低產品的不合格率,減少安全隱患。
原料藥還需要進一步完成制劑工藝,在提高制劑效果和最終藥品的服用吸收效果方面,對噴霧干燥產品的物理性質提出不同的要求。首先,水分含量是干燥產品的第一指標,要控制在一定的范圍。其次,藥物的分裝一般按照體積來控制裝量,這就要求產品的堆密度穩定,產品的流動性要好。口服沖劑則往往要求速溶性。改變霧化的分散度或適當改變操作條件以控制干燥速率,可以制得具有不同堆密度的產品,但變化的幅度有限。在改善物性方面值得一提的一種技術是泡沫噴霧干燥,即將進料液體先泡沫化后再行噴霧干燥。該方法最初是為提高熱效率而提出的,后來用以調整產品的物性。現已證明,泡沫噴霧干燥制得的產品粒徑大、多孔、多凹陷、表面粗糙,具有良好的速溶性。另外,口服原料藥還會有一些特殊的要求,比如顆粒形狀等。一般來說,通過改變霧化方式可以得到不同形狀的顆粒。原料藥廠家在選擇噴霧干燥機之前,最好在設備制造企業的協助下,進行參數優化的實驗,以確定最佳的參數組合,確保噴出藥品的干燥效果。
藥品的特殊性對設備的保護設計也提出了更高的要求。用有機溶劑溶解的物料,在干燥時要求整個系統必須滿足防爆要求。在電機、儀表、控制閥等配件設計時都要選擇防爆型。另外,為防止溶劑和空氣混合為爆炸氣體,系統必須采用密閉循環系統,載體要選用惰性氣體,如氮氣等。除此之外,一些易氧化物料的干燥,也要采用以氮氣為載體的密閉循環系統