濕顆粒的干燥-2015年執(zhí)業(yè)西藥師考試知識(shí)點(diǎn)
1.干燥的概念和方法
干燥是利用熱能去除濕物料中水分或其他溶劑的操作過(guò)程，在制劑的生產(chǎn)中需要干燥的物料多數(shù)為濕法制粒所得的物料，但也有固體原料藥以及中藥浸膏等。
干燥方法可按不同的情況進(jìn)行分類(lèi)：①按操作方式，可分類(lèi)為連續(xù)式干燥和間歇式干燥;②按操 作壓力，可分類(lèi)為真空干燥和常壓干燥;③按熱量傳遞方式，可分類(lèi)為傳導(dǎo)干燥、對(duì)流干燥、輻射干 燥、介電加熱干燥等，其中傳導(dǎo)干燥是將熱能通過(guò)與物料接觸的壁面以傳導(dǎo)方式傳給物料，使物料中 的濕分氣化并由周?chē)諝鈿饬鲙ё叨_(dá)到干燥目的的操作;對(duì)流干燥是將熱能以對(duì)流方式由熱氣體傳 給與其接觸的濕物料，物料中的濕分受熱氣化并由氣流帶走而達(dá)到干燥目的的操作，此時(shí)熱空氣既是 載熱體，又是載濕體;輻射干燥將熱能以電磁波的形式發(fā)射，入射至濕物料表面被吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮�，將物料中的濕分加熱氣化而達(dá)到干燥目的的操作;介電加熱干燥是將濕物料置于高頻電場(chǎng)內(nèi)，由于高 頻電場(chǎng)的交變作用使物料中的水分加熱、濕分氣化而達(dá)到干燥目的的操作。目前在制藥工業(yè)中應(yīng)用最 普遍的是對(duì)流干燥。
(1)常壓箱式干燥：是將濕顆粒平鋪于干燥盤(pán)內(nèi)(薄厚應(yīng)適度，一般不超過(guò)lOcm)，然后置于擱板上。熱空氣以水平方向通過(guò)最下層濕顆粒的表面，然后流經(jīng)加熱器，使之每通過(guò)一次濕顆粒后得到 再次加熱，以保證干燥室內(nèi)上、中、下各層干燥盤(pán)內(nèi)的物料干燥均勻。這樣，每次都得到補(bǔ)充加熱的空氣依次流過(guò)以下各層擱板，最后由出口排出，也可部分地或全部地進(jìn)入下一循環(huán)。
箱式干燥投資少，適用于小批量的生產(chǎn)或用于干燥時(shí)間要求比較長(zhǎng)的物料以及易生碎屑或有爆炸 危險(xiǎn)的物料，但是這種方法的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，主要有勞動(dòng)強(qiáng)度大，熱能利用率低，操作條件不良，物料干燥不均勻;尤其是干燥速度過(guò)快時(shí)，很容易造成外殼干而顆粒內(nèi)部殘留水分過(guò)多的“虛假干燥”現(xiàn)象，給下一步的制片工藝帶來(lái)不利影響，有時(shí)也會(huì)造成可溶性成份在顆粒之間發(fā)生“遷移”而影響片劑的含量均勻度。因此，下述的流化床干燥法已在國(guó)內(nèi)很多藥廠普遍使用。
(2)流化床干燥：這種方法與流化制粒的工作原理相同，但上寬下窄的流化室底部篩網(wǎng)上放置的 是待干燥的濕顆粒，這些濕顆粒在強(qiáng)熱空氣的吹動(dòng)下，上下翻騰，處于流化狀態(tài)(沸騰狀態(tài))，快速 地與熱氣流進(jìn)行熱交換，蒸發(fā)的水分則隨著上升的熱氣流帶走，這種傳熱、傳質(zhì)的過(guò)程，在流化室內(nèi) 連續(xù)不斷地進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)了濕顆粒的干燥;另外，由于顆粒在流化室內(nèi)翻騰醫(yī)學(xué)全在.線(xiàn)zxtf.net.cn，流動(dòng)性很強(qiáng)，在流化 室的下部形成連續(xù)的、進(jìn)動(dòng)性的流化沸騰層(逐漸向出口方向移動(dòng))，約20min左右，打開(kāi)出口閘門(mén)，干顆粒即可由此放出，也可在出口處裝備電磁振動(dòng)篩，使干顆粒過(guò)篩后收集于適宜的容器中，這樣就實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化的流化干燥與制粒相互聯(lián)接的自動(dòng)化生產(chǎn)。
流化干燥法效率高，速度快，時(shí)間短，對(duì)某些熱敏感物料亦可采用，操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度小，自動(dòng)化程度高，所得產(chǎn)品干濕程度均勻，流動(dòng)性良好。與箱式干燥相比，由于在干燥過(guò)程中顆粒上下翻 騰，互相并不緊密接觸，所以一般不會(huì)發(fā)生可溶性成份的“遷移”現(xiàn)象，片劑的含量均勻度較好。除了上述這些優(yōu)點(diǎn)以外，也有其不足之處，比如設(shè)備不易清洗、細(xì)顆粒比例較高等等。
(3)噴霧干燥：噴霧干燥的蒸發(fā)面積大、干燥時(shí)間非常短(數(shù)秒一數(shù)十秒)，溫度一般為50℃左右，對(duì)熱敏物料及無(wú)菌操作時(shí)較適合。干燥的制品多為松脆的顆粒，溶解性好。噴霧干燥器內(nèi)送人的 料液及熱空氣經(jīng)過(guò)除菌高效濾過(guò)器濾過(guò)可獲得無(wú)菌干品，如抗菌素粉針的制備、奶粉的制備都可利用 該干燥方法。
(4)紅外干燥：紅外干燥是利用紅外輻射元件所發(fā)出來(lái)的紅外線(xiàn)對(duì)物料直接照射加熱的一種干燥方式。紅外線(xiàn)是介于可見(jiàn)光和微波之間的一種電磁波，其波長(zhǎng)范圍在0.72～1000pμm的廣闊區(qū)域，波長(zhǎng)在0.72～5.6μm區(qū)域的叫近紅外，5.6～l000p。m區(qū)域的稱(chēng)遠(yuǎn)紅外。
紅外線(xiàn)輻射器所產(chǎn)生的電磁波以光的速度輻射至被干燥的物料，當(dāng)紅外線(xiàn)的發(fā)射頻率與物料中分子運(yùn)動(dòng)的固有頻率相匹配時(shí)引起物料分子的強(qiáng)烈振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，在物料內(nèi)部分子間發(fā)生激烈的碰撞與摩擦而產(chǎn)生熱，因而達(dá)到干燥的目的。
紅外線(xiàn)干燥時(shí)，由于物料表面和內(nèi)部的物料分子同時(shí)吸收紅外線(xiàn)，故受熱均勻、干燥快、質(zhì)量好。缺點(diǎn)是電能消耗大。
(5)微波干燥：屬于介電加熱干燥器。把物料置于高頻交變電場(chǎng)內(nèi)，從物料內(nèi)部均勻加熱，迅速干燥的方法。工業(yè)上使用的頻率為915MHz或245MHz。
水分子是中性分子，但在強(qiáng)外加電場(chǎng)力的作用下極化，并趨向于外電場(chǎng)方向一致的整齊排列，改變電場(chǎng)的方向，水分子又會(huì)按新的電場(chǎng)方向重新整齊排列。若外加電場(chǎng)不斷改變方向，水分子就會(huì)隨著電場(chǎng)方向不斷地迅速轉(zhuǎn)動(dòng)，在此過(guò)程中水分子間產(chǎn)生劇烈的碰撞和摩擦，部分能量轉(zhuǎn)化為熱能。微波干燥器內(nèi)是一種高頻交變電場(chǎng)，能使?jié)裎锪现械乃肿友杆佾@得熱量而氣化，從而使?jié)裎锪系玫礁稍铩?/P>
微波干燥器加熱迅速、均勻、干燥速度快、熱效率高;對(duì)含水物料的干燥特別有利;微波操作控制靈敏、操作方便。缺點(diǎn)是成本高，對(duì)有些物料的穩(wěn)定性有影響。因此常用于避免物料表面溫度過(guò)高或防止主藥在干燥過(guò)程中的遷移時(shí)使用。
(6)冷凍干燥：是利用固體冰升華去除水分的干燥方法，詳見(jiàn)第8章注射劑的有關(guān)內(nèi)容。
2.干燥的基本原理及影響因素
(1)干燥的基本原理：在干燥過(guò)程中，水分從物料內(nèi)部移向表面，再由表面擴(kuò)散到熱空氣中。當(dāng)熱空氣與濕物料接觸時(shí)，熱空氣將熱能傳給物料，這個(gè)傳熱過(guò)程的動(dòng)力是二者的溫度差;濕物料得到熱量后，其中的水分不斷氣化并向熱空氣中移動(dòng)，這是一個(gè)傳質(zhì)過(guò)程，其動(dòng)力為二者的水蒸氣分壓之差。換言之，當(dāng)物料表面產(chǎn)生的水蒸氣壓Pw大于熱空氣中的水蒸氣分壓P時(shí)(P我-P>0時(shí))，物料表面的水蒸氣必然擴(kuò)散到熱空氣中，在熱空氣不斷地把熱能傳遞給濕物料的同時(shí)，濕物料的水分不斷地氣化并擴(kuò)散至熱空氣并由熱空氣帶走，而物料內(nèi)部的濕分又源源不斷地以液態(tài)或氣態(tài)擴(kuò)散到物料表面，這樣就使?jié)裎锪现械臐穹植粩鄿p少而達(dá)到干燥的效果。顯然，干燥過(guò)程得以進(jìn)行的必要條件是被干物料表面所產(chǎn)生的水蒸氣分壓Pw大于干燥介質(zhì)(熱空氣)的水蒸氣分壓P，即Pw-p>0;如果Pw-P=0，表示干燥介質(zhì)與物料中水蒸氣達(dá)到平衡，干燥即行停止;如果Pw-P<0，物料不僅不能干燥反而吸潮。
為了達(dá)到有效的干燥，必須選用適宜的空氣�？諝馐墙^干空氣和水蒸氣的混合物，可稱(chēng)為濕空氣。因此，采用熱空氣作為干燥介質(zhì)的目的不僅是為了提供熱能，而且是為了降低干燥介質(zhì)的水蒸氣分壓P以提高吸濕能力。
相對(duì)濕度(relative humidity，RH)是指在一定溫度及總壓下，濕空氣中的水蒸氣分壓P與飽和空 氣中的水蒸氣分壓Ps的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示：飽和空氣的RH=100%，未飽和空氣的RH<100%，絕干空氣的RH=0%。因此相對(duì)濕度直接反映空氣中濕度的飽和程度。
(2)物料中水分的性質(zhì)：研究物料中水分的性質(zhì)對(duì)提高干燥速率很有幫助。
①平衡水與自由水根據(jù)物料中所含水分能否被干燥除去，可劃分平衡水和自由水，平衡水(e-quilibrium water)系指在一定空氣狀態(tài)下，物料表面產(chǎn)生的水蒸氣壓與空氣中水蒸氣分壓相等時(shí)，物料 中所含的水分叫平衡水，是干燥除不去的水分;自由水(free water)系指物料中所含大于平衡水分的那一部分水稱(chēng)為自由水分，也稱(chēng)為游離水，是在干燥過(guò)程中能除去的水分。各種物料的平衡水量隨空氣中相對(duì)濕度(RH)的增加而增大(見(jiàn)圖3-2)。 ②結(jié)合水分與非結(jié)合水分結(jié)合水分(bound water)系指主要以物理化學(xué)方式與物料結(jié)合的水分，它與物料的結(jié)合力較強(qiáng)，干燥速度緩慢。結(jié)合水分包括動(dòng)植物物料細(xì)胞壁內(nèi)的水分醫(yī)學(xué).全在線(xiàn)zxtf.net.cn、物料內(nèi)毛細(xì)管中水分、可溶性固體溶液中的水分等。非結(jié)合水分(nonbound water)系指主要以機(jī)械方式結(jié)合的水分，與物料的結(jié)合力很弱，干燥速度較快。
(3)干燥速率及其影響因素：干燥速率是在單位時(shí)間內(nèi)、單位干燥面積上被干物料所能氣化的水分量。即水分量的減少值，其單位為kg/(m2·s)。
從物料含水量隨時(shí)間變化的干燥速率曲線(xiàn)圖(圖3—3)可知：從A到B為物料短時(shí)間的預(yù)熱段：在含水量從X’減少到X0的范圍內(nèi)，物料的干燥速率不隨含水量的變化而變化，保持恒定(BC段)，稱(chēng)為恒速干燥階段。
在含水量低于X0直到平衡水分X*為止，干燥速率隨含水量的減少而降低，稱(chēng)為降速干燥階段。恒速干燥階段與降速干燥階段的分界點(diǎn)稱(chēng)為臨界點(diǎn)(c點(diǎn))，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的含水量X0為臨界含水量。
因?yàn)樯鲜霾煌稍镫A段的干燥機(jī)理不同，所以干燥速率的影響因素也不相同。
在恒速干燥階段，物料中水分含量較多，物料表面的水分氣化并擴(kuò)散到空氣中時(shí)，物料內(nèi)部的水分及時(shí)補(bǔ)充到表面，保持充分潤(rùn)濕的表面狀態(tài)，因此物料表面的水分氣化過(guò)程完全與純水的氣化情況相同，此時(shí)的干燥速率主要受物料外部條件的影響，取決于水分在物料表面的氣化速率，其強(qiáng)化途徑有①提高空氣溫度或降低空氣中濕度(或水蒸氣分壓P)，以提高傳熱和傳質(zhì)的推動(dòng)力;②改善物料與空氣的接觸情況，提高空氣的流速使物料表面氣膜變薄，減少傳熱和傳質(zhì)的阻力。
在降速干燥階段，當(dāng)水分含量低于X0之后，物料內(nèi)部水分向表面的移動(dòng)已不能及時(shí)補(bǔ)充表面水分的氣化，因此隨著干燥過(guò)程的進(jìn)行，物料表面逐漸變干，溫度上升，物料表面的水蒸氣壓低于恒速段 時(shí)的水蒸氣壓，因而傳質(zhì)推動(dòng)力(pw一p)下降，干燥速率也降低，其速率主要由物料內(nèi)部水分向表面 的擴(kuò)散速率所決定，內(nèi)部水分的擴(kuò)散速率主要取決于物料本身的結(jié)構(gòu)、形狀、大小等。其強(qiáng)化途徑有 ①提高物料的溫度;②改善物料的分散程度，以促進(jìn)內(nèi)部水分向表面擴(kuò)散。而改變空氣的狀態(tài)及流速 對(duì)干燥的影響不大。
更多執(zhí)業(yè)藥師考試資料：
