喷雾干燥技术在口服固体制剂生产中的应用
时间：2019.05.10
喷雾干燥技术是用喷雾的方法，使物料以雾滴状态分散于热气流中，物料与热气体充分接触，在瞬间完成传热和传质的过程，使溶剂(包括水和有机溶媒)迅速蒸发为气体，达到干燥的目的。喷雾干燥技术在我国制药行业中应用广泛，在口服固体制剂领域，常用于高热敏性药品和料液浓缩过程中易分解药品的干燥。所得产品粒度细小、均匀，流动性和速溶性好。
喷雾干燥机的特点及分类
喷雾干燥机是将溶液或悬浮液直接干燥为固体颗粒的干燥设备。可由料液直接获得干燥产品，省去蒸发、结晶、分离及粉碎等单元操作，可连续、自动化生产，操作稳定。采用这种干燥方法，喷雾干燥机中气固两相接触表面积大，干燥时间短，一般干燥时间为5～30s，适宜于干燥热敏性物料。干燥所得产品质量良好，可获得30～50μm的微粒，产品流动性和速溶性好。缺点是干燥器的体积大，传热系数低，导致热效率低，动力消耗大。
喷雾干燥机的分类方法有很多种，按气液流向可分为并流式、逆流式和混流式；按雾化器的安装方式可分为上喷下式、下喷上式；按雾化器的结构可分为离心式、压力式和气流式；按加热气体是否循环可分为开放式、部分循环式和密闭式。
喷雾干燥的基本流程
料液通过雾化器雾化，分散为细小雾滴进入干燥腔，同时，加热气体经鼓风机送入加热器升温，然后进入干燥腔。料液雾滴与热气体在干燥腔内充分混合、接触。液滴中的液体瞬间蒸发为气体，物料干燥成细小的颗粒。混合的气固两相被引风机吸入旋风分离器，两相分离，固体物料沉降到底部收集器，气相被引送至粉尘过滤器，捕集逃逸的物料。过滤气相经过冷凝器冷凝后，气相携带的溶剂变成液体，可收集套用，作为载体的气体被干燥后则在系统中循环使用。流程图如下：
口服原料药的工艺要求
口服固体制剂种类繁多，具体的工艺要求也千差万别，在喷雾干燥机设计制造的过程中，最好针对不同的品种做不同的设计，以达到设备和工艺相适应的最佳状态。固体制剂生产在选用喷雾干燥机时，经常会提出下面所列的一些要求：
1.洁净要求
原料药生产的主要工序需要在十万级的洁净环境中进行，喷雾干燥就是质量控制的重要工序。喷雾干燥机接触物料的部分，要采用不锈钢材质，对于酸腐蚀性较强的物料，最好选用316L不锈钢。干燥腔、旋风分离器、过滤器等直接接触物料的部件，应内壁光滑，无死角，易于清扫，易于拆卸，方便清洗。喷雾干燥机往往会体系庞大，因此不能整体都放在洁净区域，经常只将收集物料的部分放在洁净区，这就要求系统密闭性能好，以防外部污染不会系统。
2.避免粘壁
粘壁现象迄今为止仍然是妨碍喷雾干燥机正常操作的一个突出问题，固体制剂(特别是中药)的喷雾干燥过程尤为明显。物料粘壁不仅不利于收集操作，而且随着时间的延长，敏感的粘壁物料会发生变质，变为不合格物料。从工艺角度出发，解决手段包括选用合适的溶剂，增加辅料，改变工艺参数，但是这些方法可调节的余地不是很大，因此必须从设备的角度寻求根本的解决方案。国内外专家对干燥过程中的粘壁和结块问题进行了深入研究，一致认为造成粘壁的主要原因是壁温。以下列举了防止粘壁的五种可能途径：
* 采用夹壁干燥塔，其间用空气冷却，使壁温保持在50℃以下;
* 通过塔壁旋气片切向引入二次空气冷却塔壁;
* 塔内近壁处安装由一排喷嘴组成的气扫帚，并使之沿塔壁缓慢转动;
* 塔壁增加气锤，通过气锤的敲击，强制使粘壁物料脱离;
* 增加加工的精度，塔内壁抛光也可以减轻粘壁。
3.自控性能
喷雾干燥是个连续生产的过程，控制点比较多。比如密闭循环系统的控制点包括：进料浓度、进料速度、进风速度、进风温度、系统压力、各部件压差、气体纯度检测等等，依靠传统的手动调节非常困难。一套好的自动控制系统，可以使整个喷雾干燥系统运转顺畅，降低产品的不合格率，减少安全隐患。目前国内产品在自控方面比较落后，而国外的一些先进设备，比如丹麦尼鲁公司的喷雾干燥机，在自控方面技术就已经非常比较成熟。
4.干燥效果
由于口服原料药还需要进一步完成制剂工艺，在提高制剂效果和最终药品的服用吸收效果方面，对喷雾干燥产品的物理性质提出不同的要求。
首先，水分含量是干燥产品的第一指标，一般要求控制在一定的范围，不能过高或过低。其次，药物的分装一般按照体积来控制装量，这就要求产品的堆密度稳定，产品的流动性要好。口服冲剂则往往要求速溶性。一般说来，改变雾化的分散度或适当改变操作条件以控制干燥速率，可以制得具有不同堆密度的产品，但变化的幅度是有限的。在改善物性方面值得一提的一种技术是泡沫喷雾干燥，即将进料液体先泡沫化后再行喷雾干燥。该方法最初是为提高热效率而提出的，后来用以调整产品的物性。现已证明，泡沫喷雾干燥制得的产品粒径大、多孔、多凹陷、表面粗糙，具有良好的速溶性。另外，口服原料药还会有一些特殊的要求，比如：颗粒形状。有的要求球形颗粒，颗粒大小均匀。一般来说，通过改变雾化方式，可以得到不同形状的颗粒。原料药厂家在选择喷雾干燥机之前，最好在设备制造企业的协助下，进行参数优化的实验，以确定一个最佳的参数组合，确保喷出药品的干燥效果。
5.保护措施
由于药品的不同性质，对设备的保护设计方面也提出一些更高的要求。用有机溶剂溶解的物料，在干燥时要求整个系统必须满足防爆要求。在电机、仪表、控制阀等配件设计时都要选择防爆型。另外，为防止溶剂和空气混合为爆炸气体，系统也不能采用开放式，而必须采用密闭循环系统，并且载体要选用惰性气体，如氮气等。除此之外，一些易氧化物料的干燥，也要采用以氮气为载体的密闭循环系统。
6.环境保护
喷雾干燥的产品为细粒子，为了适应环境保护的要求，喷雾干燥系统只用旋风分离器分离产品、净化尾气还是不够的，一般还要用袋式除尘器净化，使尾气中的含尘量低于50mg/(nm)3气体；或选用湿式洗涤器，可将尾气含尘量降到15～35mg/(nm)3气体。采用氮气做载体时，系统要注意密闭，排气口要引到室外。
7.降低成本
热空气进口温度在并流操作时为250～500℃，逆流操作时为200～300℃，雾化干燥后出口温度一般控制在60～100℃。喷雾干燥的热利用率较低，工业规模的喷雾干燥器，热效率一般为30%～50%。国外带有废热回收的喷雾干燥，热效率可达到70%，但这种设备只有在生产能力大于100kg(水)/h时才有经济意义。但在用到氮气载体和有机溶剂时，采用密闭循环系统，可使氮气循环使用，溶剂冷凝套用，从而有效地降低了生产成本。
国内喷雾干燥机生产厂家正在不断提高技术水平，解决喷雾干燥在口服原料药领域的技术难题，相信在不远的将来，一定能够生产出更为适用的、质优价廉的产品，使我国的喷雾干燥技术达到世界的领先水平。
喷雾干燥机的特点及分类
喷雾干燥机是将溶液或悬浮液直接干燥为固体颗粒的干燥设备。可由料液直接获得干燥产品，省去蒸发、结晶、分离及粉碎等单元操作，可连续、自动化生产，操作稳定。采用这种干燥方法，喷雾干燥机中气固两相接触表面积大，干燥时间短，一般干燥时间为5～30s，适宜于干燥热敏性物料。干燥所得产品质量良好，可获得30～50μm的微粒，产品流动性和速溶性好。缺点是干燥器的体积大，传热系数低，导致热效率低，动力消耗大。
喷雾干燥机的分类方法有很多种，按气液流向可分为并流式、逆流式和混流式；按雾化器的安装方式可分为上喷下式、下喷上式；按雾化器的结构可分为离心式、压力式和气流式；按加热气体是否循环可分为开放式、部分循环式和密闭式。
喷雾干燥的基本流程
料液通过雾化器雾化，分散为细小雾滴进入干燥腔，同时，加热气体经鼓风机送入加热器升温，然后进入干燥腔。料液雾滴与热气体在干燥腔内充分混合、接触。液滴中的液体瞬间蒸发为气体，物料干燥成细小的颗粒。混合的气固两相被引风机吸入旋风分离器，两相分离，固体物料沉降到底部收集器，气相被引送至粉尘过滤器，捕集逃逸的物料。过滤气相经过冷凝器冷凝后，气相携带的溶剂变成液体，可收集套用，作为载体的气体被干燥后则在系统中循环使用。流程图如下：
口服固体制剂种类繁多，具体的工艺要求也千差万别，在喷雾干燥机设计制造的过程中，最好针对不同的品种做不同的设计，以达到设备和工艺相适应的最佳状态。固体制剂生产在选用喷雾干燥机时，经常会提出下面所列的一些要求：
1.洁净要求
原料药生产的主要工序需要在十万级的洁净环境中进行，喷雾干燥就是质量控制的重要工序。喷雾干燥机接触物料的部分，要采用不锈钢材质，对于酸腐蚀性较强的物料，最好选用316L不锈钢。干燥腔、旋风分离器、过滤器等直接接触物料的部件，应内壁光滑，无死角，易于清扫，易于拆卸，方便清洗。喷雾干燥机往往会体系庞大，因此不能整体都放在洁净区域，经常只将收集物料的部分放在洁净区，这就要求系统密闭性能好，以防外部污染不会系统。
2.避免粘壁
粘壁现象迄今为止仍然是妨碍喷雾干燥机正常操作的一个突出问题，固体制剂(特别是中药)的喷雾干燥过程尤为明显。物料粘壁不仅不利于收集操作，而且随着时间的延长，敏感的粘壁物料会发生变质，变为不合格物料。从工艺角度出发，解决手段包括选用合适的溶剂，增加辅料，改变工艺参数，但是这些方法可调节的余地不是很大，因此必须从设备的角度寻求根本的解决方案。国内外专家对干燥过程中的粘壁和结块问题进行了深入研究，一致认为造成粘壁的主要原因是壁温。以下列举了防止粘壁的五种可能途径：
* 采用夹壁干燥塔，其间用空气冷却，使壁温保持在50℃以下;
* 通过塔壁旋气片切向引入二次空气冷却塔壁;
* 塔内近壁处安装由一排喷嘴组成的气扫帚，并使之沿塔壁缓慢转动;
* 塔壁增加气锤，通过气锤的敲击，强制使粘壁物料脱离;
* 增加加工的精度，塔内壁抛光也可以减轻粘壁。
3.自控性能
喷雾干燥是个连续生产的过程，控制点比较多。比如密闭循环系统的控制点包括：进料浓度、进料速度、进风速度、进风温度、系统压力、各部件压差、气体纯度检测等等，依靠传统的手动调节非常困难。一套好的自动控制系统，可以使整个喷雾干燥系统运转顺畅，降低产品的不合格率，减少安全隐患。目前国内产品在自控方面比较落后，而国外的一些先进设备，比如丹麦尼鲁公司的喷雾干燥机，在自控方面技术就已经非常比较成熟。
4.干燥效果
由于口服原料药还需要进一步完成制剂工艺，在提高制剂效果和最终药品的服用吸收效果方面，对喷雾干燥产品的物理性质提出不同的要求。
首先，水分含量是干燥产品的第一指标，一般要求控制在一定的范围，不能过高或过低。其次，药物的分装一般按照体积来控制装量，这就要求产品的堆密度稳定，产品的流动性要好。口服冲剂则往往要求速溶性。一般说来，改变雾化的分散度或适当改变操作条件以控制干燥速率，可以制得具有不同堆密度的产品，但变化的幅度是有限的。在改善物性方面值得一提的一种技术是泡沫喷雾干燥，即将进料液体先泡沫化后再行喷雾干燥。该方法最初是为提高热效率而提出的，后来用以调整产品的物性。现已证明，泡沫喷雾干燥制得的产品粒径大、多孔、多凹陷、表面粗糙，具有良好的速溶性。另外，口服原料药还会有一些特殊的要求，比如：颗粒形状。有的要求球形颗粒，颗粒大小均匀。一般来说，通过改变雾化方式，可以得到不同形状的颗粒。原料药厂家在选择喷雾干燥机之前，最好在设备制造企业的协助下，进行参数优化的实验，以确定一个最佳的参数组合，确保喷出药品的干燥效果。
5.保护措施
由于药品的不同性质，对设备的保护设计方面也提出一些更高的要求。用有机溶剂溶解的物料，在干燥时要求整个系统必须满足防爆要求。在电机、仪表、控制阀等配件设计时都要选择防爆型。另外，为防止溶剂和空气混合为爆炸气体，系统也不能采用开放式，而必须采用密闭循环系统，并且载体要选用惰性气体，如氮气等。除此之外，一些易氧化物料的干燥，也要采用以氮气为载体的密闭循环系统。
6.环境保护
喷雾干燥的产品为细粒子，为了适应环境保护的要求，喷雾干燥系统只用旋风分离器分离产品、净化尾气还是不够的，一般还要用袋式除尘器净化，使尾气中的含尘量低于50mg/(nm)3气体；或选用湿式洗涤器，可将尾气含尘量降到15～35mg/(nm)3气体。采用氮气做载体时，系统要注意密闭，排气口要引到室外。
7.降低成本
热空气进口温度在并流操作时为250～500℃，逆流操作时为200～300℃，雾化干燥后出口温度一般控制在60～100℃。喷雾干燥的热利用率较低，工业规模的喷雾干燥器，热效率一般为30%～50%。国外带有废热回收的喷雾干燥，热效率可达到70%，但这种设备只有在生产能力大于100kg(水)/h时才有经济意义。但在用到氮气载体和有机溶剂时，采用密闭循环系统，可使氮气循环使用，溶剂冷凝套用，从而有效地降低了生产成本。