并流、逆流 100～200
3
旋转式
可以
可以
不可以ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
改变转速
调节范围广, 处理量最大 0
离心泵等 容易 低 小 最高
不容易 最小 小 容易 小 微细 均匀 较低 最大 最低 并流
50～1000
5
以分为二流体外混式、二流体内混式、三流体 内混式、三流体内外混式以及四流体外混式、四 流体二内一外混式等等[ 3] 。气流式雾化器的结 构简单, 处理对象广泛, 但能耗大。 压力式雾化 利用压力泵将料液从喷嘴孔 内高压喷出, 直接将压力转化为动能, 使料液 与干燥介质接触并被分散为雾滴。压力式雾化 器生产能力大, 耗能小; 细粉生成少, 能产生 小颗粒, 固体物回收率高。 旋转式雾化 利用高速旋转的盘或轮产生 的离心力将料液甩出, 使之与干燥介质接触形 成雾滴。旋转式雾化器受进料影响( 如压力) 变 化小; 控制简单。 三种雾化器的比较见表 1[ 3, 4, 5 ] 。 三种雾化原理的理论研究, 主要围绕着喷 雾器 的关键参数与雾化性能而展 开, 黄立新 等[ 3] 对此做了综述报道。这方面的研究将有助 于喷雾器性能的改进, 也有利于应用过程中根 据喷雾料液及其产品要求对雾化器进行选择。
空气分离 喷雾干燥的产品大多采用塔底出料, 部分 细粉夹带在排放的废气中, 废气在排放前必须 将这些细粉收集下来, 以提高产品收率, 降低 生产成本。排放的废气必须符合环境保护的排 放标准, 以防止环境污染。
1. 2 喷雾干燥的优缺点分析 1. 2. 1 喷雾干燥的优点 只要干燥条件保持恒定, 干燥产品特性就 保持恒定; 喷雾干燥的操作是连续的, 其系统 可以是全自动控制操作; 喷雾干燥系统适用于 热敏性和非热敏性物料的干燥, 适用于水溶液 和有机溶剂物料的干燥; 原料液可以是溶液、泥 浆、乳浊液、糊状物或熔融物, 甚至是滤饼等 均可处理; 喷雾干燥操作具有非常大的灵活性, 喷雾能力可达每小时几千克至 200 吨[ 4] 。 1. 2. 2 喷雾干燥的缺点 喷雾干燥投资费用比较高; 喷雾干燥属于 对流型干燥, 热效率比较低( 除非利用非常高的 干燥温度) , 一般为 30% ～40% 。
2 喷雾干燥技术的研究进展
喷雾干燥技术的核心是流化技术, 具有从 流体到固体瞬时干燥的突出优势。其设备一般 是由雾化器( 喷头) 、干燥塔、进出气及物料收 集回收系统等组成。其中使料液雾化所用的雾 化器是喷雾干燥装置的关键部件。 2. 1 雾化器的种类和雾化形式 一般在生产中常用的雾化器有气流式雾化 器、压力式雾化器和旋转式雾化器几种。不同 的雾化器可以产生不同的雾化形式, 按照不同 的雾化形式可以将喷雾干燥分为气流式雾化、 压力式雾化和旋转式雾化。雾化形式的选择取 决于料液的性质和最终产品所要求的特性。对 于液体的雾化机理, 基本上可分为三种类型, 即 滴状分裂、丝状分裂和膜状分裂。在喷雾干燥 操作中, 雾化机理与雾化方法、操作条件、流 体的物性等有关。雾化机理可以指导我们进行 合理的雾化器的设计和操作。 气流式雾化 利用压缩空气( 或水蒸气) 高 速从喷嘴喷出并与另一通道输送的料液混合, 借助空气( 或水蒸气) 与料液两相间相对速度不 同产生的摩擦力, 把料液分散成雾滴。根据喷 嘴的流体通道数及其布局, 气流式雾化器又可
中药提取液的喷雾干燥, 基本上是以旋转 式雾化和气流式雾化形式进行的, 而后者以小 型试验设备多见。从雾化的实现而言, 压力式 雾化需要高压泵和较大的雾化空间, 气流式雾 化能耗又很高, 这些都限制了它们的应用。相 对而言, 旋转式雾化器技术要求相对较低, 是 最容易实现的。 2. 2 喷雾干燥机理的研究 影响喷雾干燥效果的因素很多, 除雾化器 外, 还有干燥塔、进出气及物料收集回收系统 以及整个干燥器系统。国内外许多学者对喷雾
( 进风温度 60～150 ℃) 、常温喷雾干燥( 进风 温度 60℃以下) 、降低能耗与多级干燥等都将 是今后的研究重点。另外, 喷雾干燥技术与具 体的应用领域结合还将用于喷雾冷却造型、喷 雾反应、喷雾吸收、喷雾涂层和喷雾造粒等领 域。 笔者认为, 在今后还应注意加强下述几方 面的研究与开发。 ( 1) 采用组合干燥。当喷雾干燥本身不能 完成干燥任务时, 首先要想到组合干燥。如喷 雾干燥加流化床( 干燥及冷却) 、喷雾干燥加带 式干燥等。 ( 2) 雾化器的改进。当某种物料雾化很困 难时, 可改进原有雾化器的结构, 以适应新物 料的雾化要求。例如, 对旋转雾化器已做了多 种改进, 能够雾化粘性大的物料及喷雾造粒等。 ( 3) 静电雾化技术的研究与开发。此项技 术正处于研究与开发阶段, 它可以制造出微米 及亚微米级粒子, 制造机能性粒子, 制造薄膜 和喷涂等, 预测其将来有广阔的发展前景。 ( 4) 开发和完善在线测量系统。使系统操 作自动化, 确保产品的质量和产量。 ( 5) 开发过热蒸汽的喷雾干燥系统。这是 一个闭路循环系统, 可以节省能量, 省去氮气 循环的操作。 ( 6) 利用计算流体力学( CF D) 的方法, 解 决喷雾干燥器的设计问题。将来可以利用一些 可靠的实验数据( 包括流动图形) , 利用CF D 的 方法, 比较准确地算出干燥器尺寸及热风分布 方式, 代替目前的半理论、半经验的方法( 目前 的方法误差太大) 。 ( 7) 开发专用喷雾干燥机, 以适应特殊物 料的需要。如软化点低的中药、番茄粉、特殊 食品等。专用干燥机应达到这样的水平—— 不 用做实验, 按物料性质直接选型购置。 ( 8) 控制环境污染。在设计时就必须考虑 到系统的噪声、粉尘、排放的气体、湿法除尘 的液体等对环境不构成污染。
三种雾化器的比较
气流式
可以
可以
可以
改变压缩气压力
调节范围较大 0. 1～0. 5 离心泵 容易 低 中等 低 最容易 最大 中等 中等 中等 较细 不均匀 最低 小 较高
并流、逆流 200～400
1
压力式
可以
可以
不可以
适于低黏度料液
调节范围最窄 2～40 计量泵 困难 高 大 低 容易 较小 大 难 大 较粗 均匀 较高 小 最高
的接触 雾滴和空气的接触、混合及流动是同时进 行的传热传质过程, 即干燥过程, 此过程在干 燥塔内进行。雾滴和空气的接触方式、混合与 流动状态决定于热风分布器的结构型式、雾化 器在塔内的安装位置及废气排出方式等。 在干燥塔内, 雾滴- 空气的流向有并流、逆 流及混合流。雾滴与空气的接触方式不同, 对 干燥塔内的温度分布、雾滴( 或颗粒) 的运动轨 迹、颗粒在塔内的停留时间及产品性质等均有 很大影响。 雾滴的干燥 过程也经历着恒速和降速阶 段。研究雾滴的运动及干燥过程, 主要是确定 干燥时间及干燥塔的主要尺寸。 1. 1. 3 喷雾干燥的第三阶段—— 干燥产品与
关键词 喷雾干燥 雾化技术 喷雾造粒 中药制药 一步造粒
喷雾干燥是 将原料液用雾化器分散成雾 滴, 并用热空气( 或其它气体) 与雾滴直接接触 的方式而获得粉粒状产品的一种干燥过程。原 料液可以是溶液、乳浊液或悬浮液, 也可以是 熔融液或膏状物。干燥产品可以根据需要, 制 成粉状、颗粒状、空心球状或团粒状。 喷雾干燥技术已有一百多年 的历史。自 1865 年喷雾干燥最早用于蛋品处理以来, 这种 由液态经雾化和干燥在极短时间直接变为固体 粉末的过程, 已经取得了长足的进步。它使许 多有价值但不易保存的物料得以大大延长保质 期, 使一些物料便于包装、使用和运输, 同时 也简化了一些物料的加工工艺。由于喷雾干燥 具有 “瞬时干燥”、“干燥产品质量好”、“干燥 过程简单”等特点, 明显优于其它干燥方式, 到 20 世纪三四十年代, 该技术已经被广泛地应用 于乳制品、洗涤剂、脱水食品以及化肥、染料、 水泥的生产, 目前常见的速溶咖啡、奶粉、方
便食品汤料等就是由喷雾干燥得到的产品[ 1 , 2] 。 我国最早将喷雾干燥用于工业化规模生产的是 乳品行业, 之后是洗涤剂和染料行业等, 目前 应用已十分广泛, 遍及了以上所涉及的所有行 业, 尤其在陶瓷和制药行业喷雾干燥的应用更 为普遍。 对于中药制药行业, 喷雾干燥技术的应用 有其独特的作用, 大大简化并缩短了中药提取 液到制剂半成品或成品的工艺和时间, 提高了 生产效率和产品质量。本文对喷雾干燥的过程 阶段及优缺点进行分析, 综述喷雾干燥技术的 研究进展, 并对喷雾干燥技术的应用前景进行 分析, 最后给出喷雾干燥技术在中药制药生产 中的应用实例——中药液一步喷雾干燥造粒。
1 喷雾干燥的过程阶段及优缺点分析
1. 1 喷雾干燥的过程阶段 喷雾干燥可分为三个基本过程阶段: 一是
* 广东省 “十五”重大科技专项项目 ( A 301020302) 资助。 * * 蔡业彬, 男, 1968 年生, 硕士, 副教授。茂名市, 525000。
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喷雾干燥技术研究现状及其在中药制药中的应用
《化工装备技术》第 27 卷 第 2 期 2006 年
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喷雾干燥技术研究现状及其在中药制药中的应用*
蔡业彬* * 曾亚森 胡智华 李瑞芳
( 茂名学院)
摘 要 对喷雾干燥的过程阶段及优缺点进行了分析, 综述了喷雾干燥技术的研究 进展, 并对喷雾干燥技术的应用前景进行了分析, 最后给出了喷雾干燥技术在中药 制药生产中的应用实例——中药液一步喷雾干燥造粒。该项技术将中药稀药液直接 喷雾干燥制成干颗粒, 将中药加工中药液的浓缩、多效浓缩、造粒、干燥四步合为一 步, 大大简化并缩短了中药提取液到半成品或成品的工艺和时间, 提高了生产效率和 产品质量。可为喷雾干燥技术的推广应用以及提高中药制药水平提供借鉴与帮助。
料液雾化成雾滴; 二是雾滴和干燥介质接触、混 合及流动, 即进行干燥; 三是干燥产品与空气 分离。 1. 1. 1 喷雾干燥的第一阶段——料液的雾化 料液雾化为雾滴和雾滴与热空气的接触、 混合, 是喷雾干燥独有的特征。雾化的目的在 于将料液分散成微细的雾滴, 使其具有很大的 表面积, 当其与热空气接触时, 雾滴中水分迅 速汽化而干燥成粉末或颗粒状产品。雾滴的大 小及其均匀程度对产品质量和技术经济指标影 响很大, 特别是对热敏性物料的干燥尤为重要。 如果喷出的雾滴其大小很不均匀, 就会出现大 颗粒还没达到干燥要求、小颗粒却已干燥过度 而变质的现象。因此料液雾化所用的雾化器是 喷雾干燥的关键部件。目前常用的雾化器有气 流式、压力式、旋转式和声能雾化器等。 1. 1. 2 喷雾干燥的第二阶段—— 雾滴和空气