淺析噴霧干燥生產中影響產品質量的若干因素

淺析噴霧干燥生產中影響產品質量的若干因素

　　摘 要：文章以無菌抗生素噴霧干燥工藝為例，對噴霧干燥過程中干燥出風溫度、霧化空氣壓力、物料流速及熱風風量四個因素對干燥產品質量的影響進行了分析，指明了其在抗生素噴霧干燥設計及實際生產中的重要性。

　　關鍵詞：噴霧干燥;出風溫度;霧化空氣壓力;物料流速;熱風風量

　　噴霧干燥是在噴霧干燥室內，采用霧化器將原料液分散成極細的霧滴后，與干燥介質(熱風)接觸干燥而獲得固體產品的過程。隨著噴霧干燥技術的不斷研究和發展，其大大簡化了工業產品的生產流程，節省了投資費用，改善了勞動條件，同時提高了產品產量和質量，因此已在化學工業、食品工業、醫藥化工產品加工、林業、農藥、陶瓷、水泥、冶金等多領域中廣泛應用，從而不斷擴展噴霧干燥技術的應用范圍，使其具有廣闊的應用和發展前景[1-4]。在噴霧干燥技術眾多的應用領域中，其在熱敏性抗生素原料藥生產中的應用已愈發成熟。依據對產品質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施。本文以無菌抗生素噴霧干燥工藝為例，對噴霧干燥過程中影響產品質量的幾個因素加以分析。無菌抗生素噴霧干燥設施及流程一般由送風機、翅片式蒸汽加熱器、補償式電加熱器、高效過濾器、熱風分配器、氣流式噴嘴、干燥室(干燥塔)、旋風分離器、布袋除塵器、引風機組成。在設備設施固定的情況下，影響噴霧干燥產品質量的因素分別為：干燥出風溫度、霧化空氣壓力、物料流速以及熱風風量。下面分別做詳細說明。

　　1 干燥出風溫度

　　無菌抗生素噴霧干燥過程中，需要監測或控制的溫度一般有三個：干燥室進風溫度、旋風分離器進風溫度、旋風分離器出風溫度。有些文獻或流程中，認為旋風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現，旋風分離器在固氣分離的同時，也起到部分干燥作用，因此稱旋風分離器出風溫度為干燥出風溫度，即干燥溫度。噴霧干燥產品最終的含水量(干燥失重)由干燥尾氣的水蒸汽分壓pw或相對濕度決定。由于在絕大多數的抗生素噴霧干燥過程中，熱空氣的相對濕度是不加以控制的，而在其他因素相同的情況下，干燥溫度對空氣相對濕度產生決定性影響，因此出風溫度就成為決定產品干燥失重的關鍵指標。出風溫度越高，干燥尾氣的相對濕度越低，水蒸氣分壓pw越低，有利于水分從產品表面向熱空氣中擴撒，最終產品的干燥失重越低，反之則干燥失重越高。在無菌抗生素生產中，干燥失重是產品質量的一個關鍵指標。因此，在一般無菌抗生素噴霧干燥生產中，干燥的出風溫度都作為關鍵指標來控制。

　　2 霧化空氣壓力

　　霧化器一般被認為是噴霧干燥設備的核心。氣流式霧化器一般分為二流體、三流體、四流體霧化器，用來霧化粘度不同的料液[5]。出于無菌系統滅菌的需要，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影響干燥產品粒度分布的關鍵指標。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性。霧化空氣壓力越高，干燥粉體粒度越小，其流動性就差，給后續制劑產品的分裝及下一步加工帶來不便。因此為滿足下一步制劑產品的分裝要求，降低霧化空氣壓力，增大粉體粒度從而增加粉體流動性。降低霧化空氣壓力的另一個原因在于適應干燥過程的分裝。眾所周知，粉體粒徑在小到一定程度時，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品分裝問題，降低生產成本而降低霧化空氣壓力。同時，霧化空氣壓力對產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程中，霧化空氣壓力的適當調整，也可以起到微調產品干燥失重的效果。

　　3 物料流速

　　物料流速即噴霧干燥過程中單位時間內進入干燥室的液體物料量。這是衡量一套噴霧干燥系統產能的重要指標，在設計系統時，表現為在其他因素不變的情況下，純水的蒸發量。理論上，由于霧化空氣在噴嘴處高速旋轉形成負壓可以帶動物料噴出從而形成霧化，但在實際生產中，物料需要外部動力才能克服管道阻力、高度落差等因素進入霧化器形成霧化，同時可以通過控制外部動力，來實現物料流速的可控性。這個動力可以是壓縮空氣，也可以是泵。在干燥出風溫度、霧化空氣壓力相同的情況下，物料流速越高，其干燥冷量或者說待蒸發水量越大，因此需要的熱量越大，造成干燥室的進風溫度越高，整套設備的負荷隨之增大，在設備安全及保養方面會相應增大壓力。更重要的是，待蒸發水量越大，在相同的干燥出風溫度下，干燥尾氣的相對濕度越高，導致最終產品的干燥失重隨之升高。另外，如前面所說，噴霧干燥一般對外界空氣的相對濕度不加以控制，因此噴霧干燥過程受外界空氣濕度的影響也比較大。調整物料流速可以消除大部分由于外界空氣濕度對產品干燥失重的負面影響。即，在外界空氣濕度較大時，適當降低干燥的物料流速，反之則提高物料流速，以達到產品干燥失重的良好均一性。

　　4 干燥熱風風量

　　上文所說，物料流速是一套噴霧干燥系統產能的重要指標，熱風風量即為保證物料流速的重要因素。簡單來說，熱風即干燥介質，單位時間內干燥介質越多，在相同的冷量下其干燥速度越快，干燥效果越好。同時，干燥風量越大，在其他條件相同的情況下，干燥室進風溫度越低，對熱敏性的抗生素來說，在提高產品的質量方面也有一定的貢獻。另外，干燥風量的另一個重要作用在于適當的空氣流速是干燥后旋風分離效果的重要保障。在設備固定的情況下，其干燥風量決定了后續旋風分離器的氣固分離效果。反映在生產上即為干燥收率與生產成本。

　　綜上所述，干燥出風溫度、霧化空氣壓力、物料流速、干燥熱風風量四個因素在無菌抗生素噴霧干燥生產中，起到至關重要的作用。因此在噴霧干燥系統設計及實際生產中需要著重考慮。

　　參考文獻：

　　[1]王喜忠，于才淵，周才軍編著.噴霧干燥[M].第2版.化學工業出版社.

　　[2]潘永康，王喜忠，劉相東主編.現代干燥技術[M].第2版.化學工業出版社.

　　[3]肖壯，劉景圣.酸奶粉生產技術的研究進展[J].中國食物與營養.

　　[4]趙麗霞.噴霧干燥技術流程及應用[M].內蒙古水利.

　　[5]于才淵，王寶和，王喜忠.噴霧干燥技術[M].化學工業出版社.

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