喷雾干燥技术在药剂学中的应用
喷雾干燥技术是指将药物溶液或混悬液等用雾化器喷雾于干燥室内的热气流中,使水分蒸发以直接制成干燥细颗粒的一种造粒技术。
其最早用于蛋品处理,20世纪40年代以来应用于药学领域,是目前制药行业常用的干燥方式之一。
经过多年的研究和发展,喷雾干燥技术已从当初简易的喷雾干燥发展到当今多功能、组合型及高效性的喷雾干燥。
1. 技术介绍
1.1 基本原理
喷雾干燥器属于热风直接式干燥设备。
喷雾干燥可分为四个过程:①药液雾化成微小粒子(液滴);②热风与液滴接触;③水分蒸发;④干品与热风的分离与干品的回收。
工作时,料液由贮槽进入雾化器,经过雾化器喷成雾状的液滴,液滴群的表面积增大,其与高温热风接触后水分迅速蒸发,在极短的时间内便成为干燥产品,落入干燥器底部,可连续出料或间歇出料。
其中,热风与液滴接触后温度迅速降低而引起湿度增大,作为湿热废气由排风机抽出,废气所夹带细粉用分离装置回收。
整个干燥分为等速和减速二阶段。
在等速阶段,水分蒸发是在液滴表面发生,蒸发速度由蒸汽通过周围气膜的扩散速度所控制,其动力是周围热风与液滴的温度差,温度差越大蒸发速度越快,水分通过颗粒的扩散速度大于蒸发速度。
然后,当扩散速度降低而不能再维持颗粒表面的饱和时,蒸发速度开始减慢,干燥开始进入减速阶段。
在减速阶段,颗粒温度开始上升,干燥结束,此时物料温度接近周围空气温度。
喷雾干燥的原料液可以是溶液、乳浊液、悬浊液、熔融液或膏糊液。
干燥产品可根据工艺要求制成粉状、颗粒状、团粒状甚至空心球状。
由于物料的干燥是在瞬间完成,受热时间非常短,特别适用于热敏性物料。
1.2 特点
喷雾干燥的主要特点是:
(1)生产过程简化、操作控制方便。
喷雾干燥能将液态物料直接干燥成固态产品,简化了传统工艺所需的蒸发、结晶、分离、干燥、粉碎等一系列单元操作,且通过改变操作条件,方便地调节产品的粒径、松密度、水分含量等。
(2)干燥迅速,与热风接触时间短,且干燥过程中物料的温度不超过热空气的湿球温度,不会产生过热现象,物料有效成分损失少,故特别适合于热敏性物料的干燥。
(3)干燥产品粒度较小,中空球状粒子多,具有良好的分散性、流动性和溶解性。
(4)由于喷雾干燥在密闭的容器中进行,因此可防止污染环境。
(5)喷雾干燥可连续操作,能适应工业化大规模生产的要求。
此外,喷雾干燥也有其不可忽视的缺点:设备体积较大,清洗工作量大,空气和动力的耗用量大;设备热效率低(约40%以下);操作弹性小,易发生沾壁现象,应用时需注意。
1.3 主要影响因素
喷雾干燥设备的操作参数以及料液的性质对产品性质会产生一定的影响。
(1)进料速度。
成品的颗粒大小和松密度随进料速率的增加而增加。
(2)料液中的固含量。
成品的颗粒大小和松密度随料液中固含量的增加而增加。
由于料液中固含量增加,蒸发负荷将减少,因而得到含水率较低的产品。