在這篇博客中，我將討論如何將噴霧干燥工藝從實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式研究提升到工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。這不是簡(jiǎn)單的增加設(shè)備尺寸的問(wèn)題，其中還包括工藝參數(shù)，因?yàn)樵黾恿坎⒉豢偸蔷€性發(fā)展的。

Bruno 是冷凍干燥和噴霧干燥方面的專家，我一直在和他談?wù)摳鞣N應(yīng)用。噴霧干燥正被越來(lái)越多地運(yùn)用到各種應(yīng)用中，其中一些我之前在我的博客中提到過(guò)，比如它在先進(jìn)電池技術(shù)中的應(yīng)用，或者通過(guò)可吸入顆粒輸送藥物。這項(xiàng)工藝還用于各類生物技術(shù)產(chǎn)品，如酵母和細(xì)胞培養(yǎng)物、凝聚納米顆粒的干粉、香精香料的微膠囊化和掩味、天然產(chǎn)品和中藥。布魯諾的工作之一是為客戶進(jìn)行可行性研究，他們需要知道噴霧干燥是否有效，并了解在投資大型設(shè)備或大規(guī)模生產(chǎn)運(yùn)行前所產(chǎn)生的結(jié)果。進(jìn)行可行性研究需要豐富的工藝知識(shí)，清楚各種產(chǎn)品如何反應(yīng)，以優(yōu)化工藝并獲得可用的結(jié)果。

在今天的博客中，我想重點(diǎn)關(guān)注另一個(gè)許多公司都在考慮的重要因素，這些公司要么已經(jīng)進(jìn)行了可行性研究，要么已經(jīng)完成了自己的研究并找到了可行的工藝：下一步通常涉及將生產(chǎn)從實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大到工業(yè)規(guī)模——這是將產(chǎn)品從研發(fā)到商業(yè)化的關(guān)鍵一步。

完善的噴霧干燥過(guò)程包括幾個(gè)步驟的優(yōu)化，包括進(jìn)料特性(濃度、粘度、粒度、熱穩(wěn)定性)、霧化、氣流(速度、壓力、速率和溫度)、干燥室(尺寸、物料和形狀)、質(zhì)量控制(粒度分布、水分含量、形態(tài)：樣品相關(guān)分析)，以及清潔和維護(hù)。可悲的是，擴(kuò)大一個(gè)過(guò)程并不是簡(jiǎn)單的復(fù)制和粘貼實(shí)驗(yàn)室的參數(shù)。通常有必要進(jìn)行中試規(guī)模運(yùn)行，以確定不會(huì)出現(xiàn)任何潛在的擴(kuò)展問(wèn)題。為了節(jié)省成本并減少所需的試驗(yàn)量，一些公式和考慮因素可以提高按比例放大的實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以根據(jù)預(yù)期執(zhí)行的可能性。

“完善噴霧干燥過(guò)程包括優(yōu)化如下步驟：進(jìn)料特性、霧化、氣流、干燥室、質(zhì)量控制、清潔和維護(hù)。”

目標(biāo)是在放大過(guò)程中保持最重要的工藝條件，以獲得相同的粒度和制得粉末的殘留水分。通過(guò)確定所需的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品規(guī)格和其他監(jiān)管要求，清楚定義擴(kuò)大規(guī)模的目標(biāo)是很重要的。接下來(lái)是最重要的考慮因素之一，即放大因素，如干燥速率，停留時(shí)間，傳熱和傳質(zhì)特性，這些因素可能因所使用的設(shè)備而有所不同。

在噴霧干燥機(jī)中，關(guān)鍵工藝參數(shù)依次為出口空氣溫度、液滴大小和出口蒸汽濃度。

以下是各種工藝參數(shù)的細(xì)分，以及如何調(diào)整它們以確保成功過(guò)渡到更大規(guī)模的生產(chǎn)運(yùn)行。

在擴(kuò)大規(guī)模時(shí)，中試試驗(yàn)至關(guān)重要，但也可以進(jìn)行一些實(shí)證測(cè)試，以幫助確定參數(shù)。一個(gè)可以幫助計(jì)算的是水蒸發(fā)速率，它可以通過(guò)以下參數(shù)的簡(jiǎn)單質(zhì)量平衡來(lái)計(jì)算：進(jìn)料流量，進(jìn)料中總固體含量和粉末中殘余水分含量。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)前后的進(jìn)料容器稱重，可以準(zhǔn)確地確定進(jìn)料流量。

干燥氣流流速由設(shè)備的抽氣機(jī)來(lái)控制;然而，這對(duì)于放大計(jì)算來(lái)說(shuō)不夠準(zhǔn)確，因?yàn)榱髁侩S著整個(gè)工廠的壓降而變化(例如，過(guò)濾器中的粉末積聚)。相反，應(yīng)該使用準(zhǔn)確的進(jìn)出口空氣溫度讀數(shù)作為指導(dǎo)參考。

儀器的結(jié)構(gòu)相似也很重要，因?yàn)樗_保了噴霧干燥機(jī)的尺寸在較大規(guī)模上具有與較小規(guī)模相同的比例。

大處理量設(shè)備尺寸/小處理量設(shè)備尺寸=比例系數(shù)

另一個(gè)用于預(yù)測(cè)不同流動(dòng)情況下流動(dòng)模式的重要方程是雷諾指數(shù)(Re)。在噴霧干燥技術(shù)中，它有助于確保在兩個(gè)不同處理量下?lián)碛蓄愃频牧鲃?dòng)條件。

• ρ 為流體的密度(SI單位:kg/m³)

• u 為流速(m/s)

• L 為長(zhǎng)度(m)

• μ 為流體的動(dòng)態(tài)粘度(Pa·s 或 N·s/m² 或 kg/(m·s))

• ν 為流體的運(yùn)動(dòng)粘度(m²/s)

在擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模時(shí)，還需要考慮一些與噴霧干燥參數(shù)沒(méi)有直接關(guān)系的其他因素，例如安全性和合規(guī)性、物料處理、能源效率、質(zhì)量控制和培訓(xùn)，等。所使用的大型設(shè)備可能有不同的安全需求，并且處理大量的原材料，中間體和成品可能需要重新考慮物流情況，包括存儲(chǔ)和運(yùn)輸流程。同樣，也可能需要抽樣和測(cè)試以確保質(zhì)量控制，員工也會(huì)需要額外的培訓(xùn)才能使用新設(shè)備和新工藝程序。與設(shè)備制造商合作是確保成功過(guò)渡到商業(yè)生產(chǎn)的最好方法，因?yàn)橄?Bruno 這樣的專家在一系列行業(yè)中擁有豐富的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。按照這里的建議，你應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題，擴(kuò)大你的噴霧干燥過(guò)程，把你的產(chǎn)品到下一個(gè)商業(yè)化階段吧！

下次見！

瑞士步琦公司是全球旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)技術(shù)的市場(chǎng)率領(lǐng)者，并且在中壓分離純化制備色譜，平行反應(yīng)，噴霧干燥儀和冷凍干燥儀，熔點(diǎn)儀，凱氏定氮儀和萃取儀以及實(shí)驗(yàn)室/在線近紅外等方面是全球市場(chǎng)主要的供貨商。我們相信通過(guò)提供高質(zhì)量的產(chǎn)品和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，我們能給廣大的客戶在研究開發(fā)創(chuàng)新和生產(chǎn)上提供強(qiáng)有力的支持。我們的所有產(chǎn)品均符合“Quality in your hands” (質(zhì)量在您手中) 理念。我們始終致力于開發(fā)堅(jiān)固耐用、設(shè)計(jì)巧妙、便于使用的產(chǎn)品與解決方案，以便滿足客戶的最高需求。

憑借小型噴霧干燥儀 B-290 和 S-300，瑞士步琦鞏固了其 40 多年來(lái)作為全球市場(chǎng)地位。實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥儀融合產(chǎn)品設(shè)計(jì)與儀器功能，可為用戶提供優(yōu)質(zhì)的使用體驗(yàn)。使用實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥儀可安全處理有機(jī)溶劑；S-300 配備的自動(dòng)模式可節(jié)省大量時(shí)間，讓整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程調(diào)節(jié)和可重現(xiàn)性更高；遠(yuǎn)程控制可以帶來(lái)靈活性，同時(shí)方法編程讓操作變得對(duì)用戶更友好。