Глава 6 сушка

Сушкой называют процесс удаления влаги из твер­дых, пастообразных материалов, суспензий или кон­центрированных растворов путем ее испарения и отво­да образующихся паров. В промышленной технологии лекарственных препаратов сушка, как завершающий этап производства, существенным образом сказывает­ся на качестве выпускаемой продукции (сухие экст­ракты, ферменты, витамины, антибиотики и др.). Вы­сокое качество, стабильность продукта зависит от тех­нического уровня сушки — степени механизации и ав­томатизации режимов процесса, совершенства сушиль­ной аппаратуры, чистоты воздуха. Современные кон­цепции фармацевтической науки в области теории сушки свидетельствуют, что тепловые и массообменные процессы нередко сопровождаются изменением струк­турно-механических свойств высушиваемого материа­ла, образованием полиморфных форм и кристаллогид­ратов лекарственных веществ, реакциями окисления, гидролиза, приводящими к изменению растворимости,

74

			ПИШИ

Влажный —материал

Стенка

Воздух-

-Отработанный воздух

Влажный материал б

Рис. 6.1. Принципиальная схема сушки. а — контактная, б — конвективная сушка.

всасывания, снижению или потере терапевтической активности лекарственных веществ.

В фармацевтическом производстве сушка (рис. 6.1) осуществляется двумя основными способами: нагре­ванием влажных материалов теплоносителем через не­проницаемую стенку, проводящую тепло, т. е. контакт­ная сушка (а); путем непосредственного соприкосно­вения влажных материалов с горячим газовым тепло­носителем (воздухом), т. е. конвективная или воздуш­ная сушка (б).

Иногда сушку осуществляют путем подвода тепла к высушиваемому материалу токами высокой частоты (диэлектрическая), инфракрасными лучами (радиа­ционная), возгонкой льда при глубоком вакууме (суб­лимация). В фармацевтическом производстве ее часто совмещают с другими технологическими процессами, например с грануляцией, измельчением. Внедряются методы сушки, позволяющие интенсифицировать про­цесс (распыление, псевдоожижение и др.) и осуществ­лять его непрерывно, быстро, в оптимальном темпера­турном режиме.

6.1. Теоретические основы сушки

6.1.1. Статика

Влажный материал может не только отдавать вла­гу путем испарения в окружающую среду, но при определенных условиях и поглощгть ее.

Среда, окружающая влажный материал, представ­ляет собой смесь сухого воздуха и водяных паров (влажный воздух). Обозначим через Р_а парциальное давление водяного пара в воздухе или давление чисто-

75

го пара. Влаге, содержащейся в материале, соответст­вует определенное равновесное давление водяного пара над высушиваемым материалом Р_м. Для проведе­ния сушки давление паров влаги у поверхности вы­сушиваемого материала Р_м должно быть больше Р_а, т. е. условием удаления влаги из материала должно быть неравенство Р_к > Р_п.

Давление водяного пара над высушиваемым мате­риалом Р_м зависит от влажности материала, харак­тера связи влаги с ним и температуры. С ростом влажности материала и температуры значение Р_к воз­растает.

В течение определенного времени сушки влаж­ность материала приближается к некоторому пределу, соответствующему равенству Р_м = /V При этом насту­пает равновесие обмена влагой между материалом и окружающей средой. Этому состоянию соответствует некоторая устойчивая влажность материала, называе­мая равновесной, при которой процесс сушки прекра­щается.

Различают несколько форм связи влаги с материа­лом: механически удерживаемую (поверхностная вла­га смачивания, в крупных капиллярах), физико-хими­ческую (адсорбционная в микрокапиллярах, осмоти­ческая влага набухания), химически связанную (кри­сталлизационная, гидратная).

Влага, заполняющая макрокапилляры, которые пронизывают суховоздушный растительный материал или гранулят, механически связана с ним и наиболее легко удаляется.

Влажность материала может быть обусловлена ад­сорбцией воды на наружной поверхности пористого материала и на внутренних стенках микрокапилляров и пор. Внутри структуры материала она также удер­живается осмотическими силами. В этих двух случаях связь влаги с материалом имеет физико-химическую природу и удалить ее значительно труднее.

Влагу, прочно связанную с материалом, называют гигроскопической. При сушке (при данной температу­ре и влажности воздуха) она полностью не удаляется. Влага, удаляемая из высушиваемого материала при тепловой сушке, называется свободной. Влажный ма­териал- вначале отдает менее прочно связанную влагу смачивания — поверхностную или внешнюю, а также из крупных капилляров. Затем удаляется часть гигро-

76

скопической из мелких капилляров — адсорбционно связанная и осмотически удерживаемая за счет на­бухания, внутриклеточная влага.

Химически связанные молекулы воды при сушке не удаляются. Связь влаги с материалом нарушается только в результате химического взаимодействия или прокаливания. Периоды сушки, соответствующие раз­личным видам связи молекул воды с молекулами вещества трудно разграничить. Поэтому на основе экспериментальных данных строят изотермы сорбции, позволяющие установить связь между влажностью материала и воздуха, а также определить равновес­ную влажность.

Поскольку сушка зависит не только от свойств материала, но и от свойств окружающей среды, не­обходимо знать свойства сушильного агента — воз­духа (его параметры и характер их изменений). Воз­дух выполняет двойную роль: 1) он является горячим теплоносителем, с помощью которого удаляется влага из материала; 2) средой, в которую она переходит.