用于制药工业的消泡装置研究进展.docx
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1、起泡是制药工业中普遍存在的一个过程现象。虽然泡沫在改善药物溶解性,提高药物递送能力和增加药物生物利用度等方面发挥着重要作用1,但是,在中药和天然药物、化学药物和生物药制药领域中,泡沫的产生也会造成药液有效成分流失、设备的污染与继而引发的设备工作体积的减少,以及可怕的暴沸等问题2,3。所以,有效消除制药过程中冗余的泡沫对于提升制药工业水平至关重要。目前,在制药工业领域应用较为普遍的泡沫消除方法有机械消泡法、物理消泡法、化学消泡法及自然消泡法。机械消泡法主要利用旋转的方法改变作用于气泡上的压力和剪切力,从而达到消除气泡的目的。这种方法操作简单且绿色经济环保,广泛应用于制药行业中。其采用的机械消泡装
2、置主要包括离心篮式、旋转式、折流板式或筛板式4。物理消泡法是通过加快液膜中流体的流失速率、气泡之间的扩散速率或改变表面张力的方法使泡沫破裂,主要种类有温差式消泡、声波式消泡、液体喷射式消泡及真空泵式消泡5。化学消泡是通过添加消泡剂从而达到消泡的目的,由于消泡剂的使用可能会破坏药液稳定性或和药液成分发生反应,所以这种方法在制药工业应用较少。自然消泡法是利用泡沫液膜液体的不断流失造成气泡液膜破裂或气泡间气体扩散实现气相和液相分离,这种消泡方法周期较长,效率较低,在实际应用中也比较少。本文重点围绕基于机械消泡法和物理消泡法研制和开发的消泡装置,对它们在搅拌、提取、萃取、浓缩和包装环节中有关泡沫消除方
3、面的原理、特点、应用效果进行对比介绍,以期为制药工业领域泡沫消除装置的开发提供技术参考。Part1、搅拌搅拌是制药工业中的一道重要工序,是混料、提取浓缩、发酵等过程中的重要反应条件。常见的机械式搅拌器利用高速旋转的电动机带动叶轮飞速旋转,从而达到对料液搅拌的目的。但是在搅拌的过程中,由于气流的引入或料液本身的起泡性质,容易发生起泡。此时,料液在搅拌器的作用下会与容器壁发生激烈冲击,这一冲击离心作用会使与容器壁接触的部分泡沫碎裂,但是在搅拌器的涡旋中心还会产生大量泡沫。针对这部分泡沫的快速消除,罗文成等在搅拌桨上通过铁丝设计连接了浮球,这样搅拌装置在运行时,铁丝会被拉直继而产生足够的剪切力来消除
4、泡沫。这一消泡装置的最大优点是设计简单,能有效防止泡沫外溢,但对泡沫的消除能力是有限的,只能满足实验室级的小型搅拌装置消泡使用。在此基础上,沈剑强等在搅拌杆的第一端与第二端之间设置有凸起的消泡组件(如图1所示)。这一组件可以通过浮力作用漂浮于物料表面,同时也能通过重力作用给物料液面以挤压作用力,从而达到消除泡沫的目的。这一装置的巧妙之处在于凸起设计,在搅拌过程中,物料中的气泡会逐渐上升与第一表面接触,并不断向第一表面边缘集中,这样气泡就会不断被消泡组件挤破,使装置最终达到消泡的目的。该装置结构简单,性价比高,能够在完全密闭且不需借助外力的情况下进行消泡,可适用于多种制药工业搅拌场景中。而且该装
5、置还可加装液位检测器,能够在液位过低时发出警报。IOO-搅拌器;Iio-搅拌罐;120-消泡组件;121-第一表面;122-第二表面门23-排气孔;124-排气管;130-携抨杆;131-第一端;13第二端;140-搅拌叶;150-连接件;151一预设区域;160-检测器图1有凸起的消泡组件示意图7Part2、提取提取是获取中药和天然药物有效活性成分的重要工序。在提取过程中,一些富含多糖、皂甘、蛋白质等组分或黏度较大的料液极易产生泡沫,如果不加以控制和消除,这些泡沫便会随着料液引入到下游的浓缩蒸发装置中,对浓缩蒸发效率及设备带来不利影响。白新玲,李现峰8两人在带有搅拌器的反应釜中设计加装了一种
6、消泡装置,用于消除药液在提取和反应时产生的泡沫。该消泡装置由固定在搅拌轴上的拨板和固定在釜壁上的隔板组成,拨板的作用与上述介绍的加装在搅拌杆上的浮球或凸起组件功能类似,既能防止气泡外溢,同时也能起到些许挤压泡沫的作用。但在本装置中,拨板更重要的作用是通过控制泡沫的高度从而将泡沫引流至外部引流室。引流室中设有消泡针,当该装置运行时,泡沫会不断地涌入引流室并与消泡针撞击从而被击破,同时引流室中设计的回流腔又会使除泡后的料液回流至釜体中,也能起到加速料液循环的目的。但是该消泡提取装置很难用于密闭反应的提取系统中。在对气密性要求严格的提取系统中,研究者们巧妙地选用压缩类、超声振动类以及可编程逻辑控制器
7、(P1C)类消泡装置达到泡沫消除的目的。林敏等设计开发了一种带有过滤网板和不锈钢浮球的提取浓缩罐,在加热过程中,网板和浮球的挤压作用会使泡沫破裂,同时过滤网板也能起到过滤料液的作用,只有合格尺度的颗粒才能落入到中药提取浓缩罐的底部。这种消泡装置设计简单,但是对泡沫的消除能力有限。孙中霞等10设计了一种带有二级除沫装置的中药提取设备:一级除沫装置包括过滤网和消泡球,二级除沫装置主要由除沫转盘构成。其中,除沫转盘上装有漏液孔和推沫板,漏液孔又环绕安装有消泡针。可先由一级除沫装置消除较大气泡,之后由二级除沫装置配合消除较小气泡。同时,本装置也能起到对中药料液过滤的目的,有利于提取工艺有序进行。此外,
8、江玉娟11等设计发明了一种带有P1C的自动化检测及控制的中药提取罐消泡系统。该提取罐上方设置有泡沫检测仪,当在加热过程中产生泡沫时,泡沫检测仪检测到泡沫并将电信号传至P1C控制系统,P1C控制系统首先打开控制阀和循环泵使药液进入切向循环口。当泡沫量较少时,P1C控制系统可通过切向循环消除泡沫,但当泡沫量较大时,P1C控制系统会自动打开消泡气动阀,通过鼓气方式对泡沫进行彻底消除。当没有泡沫时,泡沫检测仪断开电极,P1C控制器也关闭气动阀,提取罐正常工作。该消泡装置将泡沫的自动检测与自动控制有机结合起来,能通过对不同情况泡沫量的判断从而做出分层次的控制,有效地保障了提取加热效率,同时可以实现全自动
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