流化床技術(shù)中重要的影響因素有哪些？

文/ Michael Benjamin

流化床系統(tǒng)有著許多不同的優(yōu)點(diǎn)——良好的傳熱、高效的干燥以及充分的混合。這些都得益于在流化過(guò)程中顆粒能夠進(jìn)行自由運(yùn)動(dòng)，以此增大與工藝空氣和制粒液體的接觸表面積。不過(guò)，要充分發(fā)揮流化床的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際操作過(guò)程中還需要選擇合適的方法，并注意一些重要參數(shù)帶來(lái)的影響。

流化床系統(tǒng)的關(guān)鍵組件有流化床處理器、工藝空氣處理系統(tǒng)以及廢氣處理系統(tǒng)等。為使工藝盡可能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)還可以重點(diǎn)關(guān)注氣流的優(yōu)化、高效的進(jìn)料和排料等概念。這將有助于實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)量、更快速的工藝，并確保最終產(chǎn)品質(zhì)量的可重復(fù)性。

那么流化床又是如何工作的呢？為了使產(chǎn)品流態(tài)化，工藝氣流會(huì)直接從下方通過(guò)分配板。從分配板流出的切向氣流可使產(chǎn)品進(jìn)行均勻的運(yùn)動(dòng)，確保能源的有效利用；而在后續(xù)的噴霧過(guò)程中，這也將使產(chǎn)品的質(zhì)量更為均勻。在工藝空氣離開(kāi)系統(tǒng)之前，集成過(guò)濾系統(tǒng)還會(huì)對(duì)其進(jìn)行凈化。對(duì)此，有多種不同的方案可供選擇，包括單室過(guò)濾器系統(tǒng)、雙室過(guò)濾器系統(tǒng)和筒式過(guò)濾器系統(tǒng)。

根據(jù)實(shí)際情況，還可以通過(guò)設(shè)置靜態(tài)冗余備用過(guò)濾器、可清潔過(guò)濾系統(tǒng)或帶有溶劑回收的循環(huán)操作來(lái)處理下游廢氣。

流化工藝決定了顆粒的形狀

在流化床工藝中，采用不同的操作方法會(huì)對(duì)最終得到的顆粒以及工藝產(chǎn)生影響。例如，噴霧造粒可以通過(guò)頂部噴霧系統(tǒng)或切向噴霧系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而底部噴霧方法用于微丸或微片包衣。每一種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。頂部噴霧法可以生產(chǎn)出更細(xì)且多孔的顆粒，但生成的顆粒形狀不太規(guī)則。而且由于存在 “胡須效應(yīng)”（即產(chǎn)品會(huì)粘附在噴嘴上），頂部噴霧法還需要更高的噴霧壓力（至少為0.75 bar）。但是，與底部噴霧法相比，這種方法對(duì)粉末流動(dòng)特性的要求很低，這抵消掉了它的缺點(diǎn)。此外，底部噴霧法產(chǎn)生的顆粒較大。

切向噴霧法的優(yōu)點(diǎn)之一是減少了制粒工藝所需的時(shí)間。在切向噴霧法中，制粒液通過(guò)二元噴嘴加入，該二元噴嘴與物料容器壁的底部相切。結(jié)果，制粒溶液可以被噴射到粉末顆粒以最高速度移動(dòng)的區(qū)域（由于產(chǎn)品是循環(huán)運(yùn)動(dòng)的，這也是具有最長(zhǎng)干燥路徑的區(qū)域）。因此，切向噴霧法的干燥過(guò)程效率得到了大幅提高，噴霧速率也比其他兩種方法要高（高出 30%），噴霧時(shí)間也更短。此外，切向噴霧法對(duì)于過(guò)度潤(rùn)濕的顆粒并不敏感。在生產(chǎn)過(guò)程中，為了達(dá)到特定的目標(biāo)粒度，切向噴霧法往往需要使用更少量的制粒液體。切向噴霧法也有助于生產(chǎn)較粗的顆粒；在干燥過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)噴嘴的壓力（液滴大小）來(lái)得到所需的顆粒狀態(tài)，如當(dāng)噴嘴壓力較低時(shí)就會(huì)得到更粗的顆粒。

Diosna Processlab 中的流化床系統(tǒng)

流化床處理器細(xì)節(jié)

影響流化工藝的參數(shù)

此外，還有許多其他因素也是制藥企業(yè)在生產(chǎn)時(shí)應(yīng)納入考慮的，因?yàn)樗鼈冊(cè)诹骰に囍幸灿兄匾挠绊憽＠纾O(shè)備應(yīng)是抗沖擊壓力的，并且應(yīng)用了經(jīng)過(guò)認(rèn)證的安全概念；工藝應(yīng)以可重現(xiàn)和自動(dòng)化的方式進(jìn)行，并且要求進(jìn)行設(shè)置的時(shí)間很短。

在生產(chǎn)高活性物質(zhì)時(shí)，系統(tǒng)不僅應(yīng)符合特殊的密閉標(biāo)準(zhǔn)，還需要納入從WIP（在位清洗）到CIP（在線清潔）的全面清潔概念。另外，配有在線質(zhì)量控制系統(tǒng)，如集成的過(guò)程分析技術(shù)（PAT）系統(tǒng)，以及符合GAMP 5 標(biāo)準(zhǔn)也都是對(duì)系統(tǒng)的基本要求。

也有許多會(huì)對(duì)流化工藝產(chǎn)生影響的參數(shù)。如進(jìn)氣溫度——該溫度越高，顆粒越細(xì)；如果降低進(jìn)氣溫度，那么在相同的噴霧速率下，系統(tǒng)就會(huì)生產(chǎn)出更粗的顆粒。相反，空氣濕度越高，產(chǎn)生的顆粒便會(huì)越粗，并且干燥的時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)。

噴嘴的位置也對(duì)流化工藝起著決定性的作用。在頂部噴霧法中，最佳的噴嘴高度應(yīng)保證噴霧能夠覆蓋整個(gè)流化床床面。如果噴嘴離流化床太近，那么雖然床面可以被完全潤(rùn)濕，但這卻會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的顆粒更粗。反之，如果噴嘴的位置太高，那么粘合劑在接觸粉末顆粒之前就會(huì)干燥（由于噴霧干燥效應(yīng)），產(chǎn)生的結(jié)塊就會(huì)更細(xì)。

噴嘴的尺寸也是一個(gè)重要的影響參數(shù)。根據(jù)眾所周知的一條行業(yè)通則——霧化氣壓越高，霧滴尺寸便越細(xì)，由此可以得知，當(dāng)噴嘴尺寸越大時(shí)，產(chǎn)生的液滴也會(huì)越大（在相同壓力下）。

提高生產(chǎn)的安全性和可靠性

通過(guò)上文所述可以看出，影響流化工藝的因素非常多，所以需要大量經(jīng)驗(yàn)來(lái)維持流化床工藝在各個(gè)方面的平衡，以確保最終產(chǎn)品的性能可以得到優(yōu)化。技術(shù)的安全性和可靠性固然重要，但整個(gè)流程的保障工作也不可忽視。只有當(dāng)氣流、進(jìn)料與排料概念以及制粒過(guò)程相互間都完美協(xié)調(diào)時(shí)，才能確保產(chǎn)量的提高、工藝的提速以及最終產(chǎn)品質(zhì)量的可重復(fù)性。這就是 Diosna 為CAP 流化床處理器提供多種可選組件的原因。這些組件包括制粒液體容器、清潔站、整粒機(jī)、升降柱以及真空輸送系統(tǒng)。設(shè)備的所有組件都可以集成到整體控制系統(tǒng)中，并發(fā)揮關(guān)鍵的作用。Diosna 在公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為CAP 流化床處理器內(nèi)部開(kāi)發(fā)了必要的硬件和軟件解決方案。使用的軟件均符合 21 CFR Part 11 的要求，并為批量數(shù)據(jù)采集和記錄提供了廣泛的選項(xiàng)，而且也采用了PAT 技術(shù)。還有一點(diǎn)非常重要：Diosna 為軟件設(shè)計(jì)了直觀的用戶(hù)指南和階段性的配方創(chuàng)建系統(tǒng)，可確保系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，并使整個(gè)流化床工藝在各個(gè)方面都保持完美的平衡。