噴霧干燥技術(shù)是中藥產(chǎn)業(yè)中干燥物料較為先進(jìn)的技術(shù)之一,是目前工業(yè)上液態(tài)物料常用的干燥技術(shù),特別是在中藥制藥生產(chǎn)中有著重要的地位。噴霧干燥技術(shù)的應(yīng)用大大簡(jiǎn)化并縮短了中藥提取液到制劑半成品或成品的工藝和時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
噴霧干燥的原理及優(yōu)缺點(diǎn)
原理
噴霧干燥器屬于熱風(fēng)式直接干燥設(shè)備。工作時(shí),霧化器(噴嘴)將原料液分解成霧滴,并將其噴灑于溫度為120~300℃的熱氣流中,利用霧滴運(yùn)動(dòng)時(shí)與熱氣流的速度差,使物料在幾秒至十幾秒內(nèi)迅速干燥。噴霧干燥的原料液可以是溶液、乳濁液、懸濁液,也可以是熔融液或膏糊液。干燥產(chǎn)品可根據(jù)工藝要求制成粉狀、顆粒狀、團(tuán)粒狀甚至空心球狀。噴霧干燥技術(shù)按照原理不同可分為壓力噴霧干燥法、離心噴霧干燥法、氣流式噴霧干燥法。
噴霧干燥示意圖
優(yōu)點(diǎn)
(1)生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化、操作過(guò)程方便。噴霧干燥能將液態(tài)物料直接干燥成固態(tài)產(chǎn)品,簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)工藝所需的蒸發(fā)、結(jié)晶、分離、干燥、粉碎等一系列單元操作,且通過(guò)改變操作條件,方便地調(diào)節(jié)產(chǎn)品的粒徑、松密度、水分含量等。
(2)干燥迅速,干燥過(guò)程中物料的溫度不超過(guò)熱空氣的濕球溫度,不會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象,物料有效成分損失少,故特別適合于熱敏性物料的干燥(逆流式除外)。
(3)干燥產(chǎn)品具有良好的分散性、流動(dòng)性和溶解性。
(4)由于噴霧干燥在密閉的容器中進(jìn)行,因此可防止污染環(huán)境。
(5)噴霧干燥可連續(xù)操作,能適應(yīng)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的要求。
缺點(diǎn)
單位產(chǎn)品能耗大,熱效率和體積傳熱系數(shù)較低,設(shè)備體積大,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,一次性投資較大等。
噴霧干燥設(shè)備
霧化器
噴霧干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)和型號(hào)多樣,但其工作原理與工藝流程基本相同,主要由空氣加熱系統(tǒng)、物料霧化系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、氣固分離系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。其中將料液分散為霧滴的霧化器是噴霧干燥器的關(guān)鍵部件,常見(jiàn)的霧化器有氣流式、壓力式及離心式三種。
氣流式霧化器
氣流式霧化器通過(guò)壓縮空氣在霧化器中產(chǎn)生高速氣流(200~340m·s-1),利用高速氣流和料液之間的速度差產(chǎn)生的摩擦力和剪切力,使料液分解成微小的液滴。
氣流式噴嘴
壓力式霧化器
壓力式霧化器是采用高壓液泵,以2~20MPa的壓力,將液態(tài)物料從φ0.5~φ1.5mm
的噴嘴加壓噴出時(shí),靜壓等轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能,物料分散成霧滴。
壓力式噴嘴
離心式噴霧器
離心式噴霧器是料液在離心盤(pán)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)(圓周速度90~600m/s)下,獲得較高的的離心力而被高速甩出,形成薄膜、細(xì)絲或液滴,并立刻受到周?chē)鸁釟饬鞯哪Σ、阻礙與撕裂等作用而形成霧滴。
離心式噴嘴
噴霧干燥技術(shù)在制藥中的應(yīng)用
中藥提取液的干燥
中藥提取液的干燥技術(shù)中目前應(yīng)用最多的是噴霧干燥技術(shù),同傳統(tǒng)的干燥方法相比,可以直接液體進(jìn)料,以液體的形式被熱空氣流干燥,熱空氣流與物料接觸充分,干燥快。
制粒
較早的噴霧干燥制粒方法是將中藥提取液進(jìn)行噴霧干燥后,再沿用傳統(tǒng)的濕法或干法造粒,后者即為常用的噴霧干燥即干壓制粒法,而目前更為先進(jìn)的制粒方法是直接流化床噴霧制粒,可以將中藥提取液至固體顆粒成型一步完成。流化床噴霧制粒是將噴霧干燥技術(shù)與流化技術(shù)相結(jié)合的制粒方法,是將淀粉、糖粒等微小顆粒置于流化床中呈沸騰狀態(tài),中藥提取液由霧化器噴出,先與熱氣流進(jìn)行熱交換,再?lài)娤蛩琢骰仓械念w粒母核,并在表面上干燥,使其不斷生長(zhǎng),最后成為干燥的制粒。
在噴霧干燥制粒方面,如果能夠無(wú)需引入顆粒母核而直接進(jìn)行噴霧干燥制粒,則可以徹底解決中藥提取液的濃縮、干燥、粉碎、制粒一步化工藝的技術(shù)難題。
制微囊
制備微囊的方法有溶劑法、機(jī)械法、化學(xué)法和噴霧干燥法,噴霧干燥法是應(yīng)用較早且較實(shí)用的制備膠囊的一種方法。噴霧干燥制備微囊的基本原理是將芯材均勻分散于壁材溶液后,在熱氣流中噴霧霧化,溶解壁材的溶劑迅速揮發(fā)而得到微囊產(chǎn)品。
包衣
噴霧包衣技術(shù)是噴霧干燥技術(shù)在重要領(lǐng)域中的應(yīng)用之一,噴霧包衣屬于薄膜包衣技術(shù)的范疇,是指將固體顆粒在流化床中翻滾,包衣材料通過(guò)噴嘴霧化成小液滴狀進(jìn)入流化床,在懸浮的芯材顆粒表面形成薄膜。
參考資料:林文、王志祥.噴霧干燥技術(shù)及其在制藥工業(yè)中的應(yīng)用
鄭婧、張貴君.噴霧干燥技術(shù)在制藥工藝中的應(yīng)用的研究進(jìn)展
蔡薇、韓靜.噴霧干燥技術(shù)在中藥領(lǐng)域的研究及進(jìn)展