浅析喷雾干燥生产中影响产品质量的若干因素

浅析喷雾干燥生产中影响产品质量的若干因素

　　摘 要：文章以无菌抗生素喷雾干燥工艺为例，对喷雾干燥过程中干燥出风温度、雾化空气压力、物料流速及热风风量四个因素对干燥产品质量的影响进行了分析，指明了其在抗生素喷雾干燥设计及实际生产中的重要性。

　　关键词：喷雾干燥;出风温度;雾化空气压力;物料流速;热风风量

　　喷雾干燥是在喷雾干燥室内，采用雾化器将原料液分散成极细的雾滴后，与干燥介质(热风)接触干燥而获得固体产品的过程。随着喷雾干燥技术的不断研究和发展，其大大简化了工业产品的生产流程，节省了投资费用，改善了劳动条件，同时提高了产品产量和质量，因此已在化学工业、食品工业、医药化工产品加工、林业、农药、陶瓷、水泥、冶金等多领域中广泛应用，从而不断扩展喷雾干燥技术的应用范围，使其具有广阔的应用和发展前景[1-4]。在喷雾干燥技术众多的应用领域中，其在热敏性抗生素原料药生产中的应用已愈发成熟。依据对产品质量要求的不同可以选择离心式、气流式、压力式等不同的雾化器以及选配其他辅助设施。本文以无菌抗生素喷雾干燥工艺为例，对喷雾干燥过程中影响产品质量的几个因素加以分析。无菌抗生素喷雾干燥设施及流程一般由送风机、翅片式蒸汽加热器、补偿式电加热器、高效过滤器、热风分配器、气流式喷嘴、干燥室(干燥塔)、旋风分离器、布袋除尘器、引风机组成。在设备设施固定的情况下，影响喷雾干燥产品质量的因素分别为：干燥出风温度、雾化空气压力、物料流速以及热风风量。下面分别做详细说明。

　　1 干燥出风温度

　　无菌抗生素喷雾干燥过程中，需要监测或控制的温度一般有三个：干燥室进风温度、旋风分离器进风温度、旋风分离器出风温度。有些文献或流程中，认为旋风分离器只起到固气分离的作用，没有干燥作用。但笔者在多年抗生素喷雾干燥中发现，旋风分离器在固气分离的同时，也起到部分干燥作用，因此称旋风分离器出风温度为干燥出风温度，即干燥温度。喷雾干燥产品最终的含水量(干燥失重)由干燥尾气的水蒸汽分压pw或相对湿度决定。由于在绝大多数的抗生素喷雾干燥过程中，热空气的相对湿度是不加以控制的，而在其他因素相同的情况下，干燥温度对空气相对湿度产生决定性影响，因此出风温度就成为决定产品干燥失重的关键指标。出风温度越高，干燥尾气的相对湿度越低，水蒸气分压pw越低，有利于水分从产品表面向热空气中扩撒，最终产品的干燥失重越低，反之则干燥失重越高。在无菌抗生素生产中，干燥失重是产品质量的一个关键指标。因此，在一般无菌抗生素喷雾干燥生产中，干燥的出风温度都作为关键指标来控制。

　　2 雾化空气压力

　　雾化器一般被认为是喷雾干燥设备的核心。气流式雾化器一般分为二流体、三流体、四流体雾化器，用来雾化粘度不同的料液[5]。出于无菌系统灭菌的需要，低粘度的抗生素喷雾干燥一般采用二流体雾化器。这就涉及到雾化空气压力这个影响干燥产品粒度分布的关键指标。一般喷雾干燥的雾化空气压力为0.3～0.7MPa，但在低粘度抗生素喷雾干燥中，雾化空气压力一般维持在0.1～0.2 MPa。其原因一是考虑到干燥粉体的流动性。雾化空气压力越高，干燥粉体粒度越小，其流动性就差，给后续制剂产品的分装及下一步加工带来不便。因此为满足下一步制剂产品的分装要求，降低雾化空气压力，增大粉体粒度从而增加粉体流动性。降低雾化空气压力的另一个原因在于适应干燥过程的分装。众所周知，粉体粒径在小到一定程度时，由于微粒间的相互作用，粒度越小，粉体的堆密度越小，反之粒度越大，粉体堆密度越大。因此在喷雾干燥中为满足产品分装问题，降低生产成本而降低雾化空气压力。同时，雾化空气压力对产品的干燥失重也起到一定的作用，即雾化空气压力越高，料液雾化粒径越小，干燥过程中热交换的表面积越大，干燥效果越好。因此在抗生素喷雾干燥过程中，雾化空气压力的适当调整，也可以起到微调产品干燥失重的效果。

　　3 物料流速

　　物料流速即喷雾干燥过程中单位时间内进入干燥室的液体物料量。这是衡量一套喷雾干燥系统产能的重要指标，在设计系统时，表现为在其他因素不变的情况下，纯水的蒸发量。理论上，由于雾化空气在喷嘴处高速旋转形成负压可以带动物料喷出从而形成雾化，但在实际生产中，物料需要外部动力才能克服管道阻力、高度落差等因素进入雾化器形成雾化，同时可以通过控制外部动力，来实现物料流速的可控性。这个动力可以是压缩空气，也可以是泵。在干燥出风温度、雾化空气压力相同的情况下，物料流速越高，其干燥冷量或者说待蒸发水量越大，因此需要的热量越大，造成干燥室的进风温度越高，整套设备的负荷随之增大，在设备安全及保养方面会相应增大压力。更重要的是，待蒸发水量越大，在相同的干燥出风温度下，干燥尾气的相对湿度越高，导致最终产品的干燥失重随之升高。另外，如前面所说，喷雾干燥一般对外界空气的相对湿度不加以控制，因此喷雾干燥过程受外界空气湿度的影响也比较大。调整物料流速可以消除大部分由于外界空气湿度对产品干燥失重的负面影响。即，在外界空气湿度较大时，适当降低干燥的物料流速，反之则提高物料流速，以达到产品干燥失重的良好均一性。

　　4 干燥热风风量

　　上文所说，物料流速是一套喷雾干燥系统产能的重要指标，热风风量即为保证物料流速的重要因素。简单来说，热风即干燥介质，单位时间内干燥介质越多，在相同的冷量下其干燥速度越快，干燥效果越好。同时，干燥风量越大，在其他条件相同的情况下，干燥室进风温度越低，对热敏性的抗生素来说，在提高产品的质量方面也有一定的贡献。另外，干燥风量的另一个重要作用在于适当的空气流速是干燥后旋风分离效果的重要保障。在设备固定的情况下，其干燥风量决定了后续旋风分离器的气固分离效果。反映在生产上即为干燥收率与生产成本。

　　综上所述，干燥出风温度、雾化空气压力、物料流速、干燥热风风量四个因素在无菌抗生素喷雾干燥生产中，起到至关重要的作用。因此在喷雾干燥系统设计及实际生产中需要着重考虑。

　　参考文献：

　　[1]王喜忠，于才渊，周才军编著.喷雾干燥[M].第2版.化学工业出版社.

　　[2]潘永康，王喜忠，刘相东主编.现代干燥技术[M].第2版.化学工业出版社.

　　[3]肖壮，刘景圣.酸奶粉生产技术的研究进展[J].中国食物与营养.

　　[4]赵丽霞.喷雾干燥技术流程及应用[M].内蒙古水利.

　　[5]于才渊，王宝和，王喜忠.喷雾干燥技术[M].化学工业出版社.

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