Современные способы сушки // Распылительная сушка
Распылительная сушка в последние годы стала получать все большее распространение в фармацевтической промышленности за счет универсальности и возможности сушки практически любых жидкотекучих объектов. Она позволяет получить порошкообразный продукт с заданными структурными, дисперсными и качественными характеристиками. При распылительном способе сушки достигается высокая интенсивность испарения влаги за счет тонкого распыления высушиваемого материала в сушильной камере, через которую движется сушильный агент. При сушке в распыленном состоянии удельная поверхность испарения достигает столь большой величины, что процесс высушивания завершается чрезвычайно быстро (примерно 10—30 с). В условиях почти мгновенной сушки температура поверхности частиц материала, несмотря на высокую температуру сушильного агента (около 150 °С), лишь немного превышает температуру адиабатического испарения чистой жидкости. В результате достигается быстрая сушка в мягких температурных условиях, позволяющая получить качественный порошкообразный продукт, хорошо растворимый и не требующий дальнейшего измельчения. Возможна сушка и холодным носителем, когда распыляемый материал предварительно нагрет.
Наиболее часто распыление осуществляется механическими и пневматическими форсунками, а также с помощью центробежных дисков, скорость вращения которых составляет 4000—20 ООО об./мин, размер капель — от 1 до 150 мкм.
Форсунка (от ант. force — нагнетать) — устройство для распыления жидкостей. Подача жидкости осуществляется под давлением. Вещество из форсунки поступает непрерывно или периодически. Существует множество способов распыла жидкости. Выбор типа распыляющего устройства и его конструкционное оформление определяются свойствами распыляемой жидкости, необходимостью получения однородного факела распыла определенной дисперсности, требуемой производительностью, степенью сложности конструкции и обслуживания, а также стоимостью.
Главными показателями форсунок являются скорость распыла жидкости, макроструктура (угол и длина струи; пространственное распределение капель) и микроструктура (размер капель и распределение их по размеру). Принцип действия пневматической форсунки основан на том, что сжатый воздух дробит на отдельные мелкие частицы раствор, который выбрасывается из сопла форсунки с большой скоростью и рассеянным факелом. Положение форсунки при распыле может регулироваться.
Распылительные сушилки работают по принципу прямотока, противотока и смешанного тока.
Конструкционное оформление распылительных сушильных установок обусловлено технологическими требованиями (вид продукта, его термолабильность, вязкость жидкости и др.), типом распыляющего устройства, производительностью по испаренной влаге и другими параметрами.
Для очистки отработанного воздуха, отсасываемого из башни вентилятором, используются циклон 6. Насосы нагнетают материал и воздух в пневматическую форсунку (распыл производят в противоток сушильного агента).
Схема процесса следующая: высушиваемый раствор или суспензия подается через пневматическую форсунку в сушильную камеру. При распылении образуется большое количество полидисперсных капель. Распыленные частицы имеют большую поверхность, вследствие чего происходит интенсивный тепло- и массообмен с сушильным агентом, поступающим в камеру через насадку. Они быстро теряют влагу и за несколько секунд из обезвоженных во взвешенном состоянии капель взвеси образуются сферические пористые гранулы, которые падают на дно камеры и попадают в емкость для сбора продукта. Гранулы имеют хорошую сыпучесть и прессуемость, поэтому таблетки, полученные из такого гранулята, обладают высокой прочностью и прессуемостью при низких давлениях.
Односекционные, однонаправленные (прямоточное движение капель взвеси относительно потока теплоносителя) сушилки также используются в процессе гранулирования распылением, который будет рассмотрен в следующем разделе.
Специфика процесса обусловливает ряд характерных преимуществ способа сушки распылением:
К недостаткам способа распылительной сушки следует отнести контакт термолабильного материала с горячим сушильным агентом, сложность и высокую стоимость оборудования для диспергирования жидкости и улавливания пыли.
Распылительная сушка имеет хорошо отработанную технологию, однако традиционная распылительная сушка позволяет получать только микрочастицы. В последнее время разрабатываются новые Методики и совершенствуется оборудование для проведения процесса распылительной сушки, целью которой является получение частиц наноразмеров. Для этого необходимо соблюсти следующие два условия:
Уменьшить размер капель возможно, если использовать новые распылительные устройства, такие как ультразвуковое распылительное устройство, позволяющее добиться капель размером от 3 мкм и ниже, или электрораспыл, который дает капли еще меньшего размера.
Второе условие — низкое содержание в растворе твердой фазы — обеспечивает значительное уменьшение начальных размеров капли по мере ее обезвоживания, что позволяет получать частицы нанометровых размеров. Например, при сушке водного раствора с концентрацией твердой фазы не более 7 % и начальным размером капель 1,5 мкм удается получить частицы размером 100 нм.
