التعريف بـ " الـ " للتنقية والتبغّل

ولا يزال التجفيف من أكثر عمليات الوحدات تنوعاً، والمعتمدة على نطاق واسع لتحويل المواد الوسيطة السائلة، أو القذف، أو تعليقها إلى مسحوق الجسيمات الجاف، ويشمل تطبيقاته المواد الصيدلانية وتجهيز الأغذية والمواد الكيميائية المتخصصة والسامية والمواد المتقدمة، وتشمل هذه العملية ثلاث خطوات أساسية: تحويل صيغ المواد السائلة إلى غلطة متقنة من التسربات، وتجفيف تلك التسربات.

وتوفر هذه المادة تحليلا شاملا لأثر نوع التسميات على خصائص الجسيمات التي تُرش بالرش، وسندرس التصميمات الرئيسية للطلاء، وضوء الضغط، والألم ذو الفلورين، والأشعة فوق الصوتية، والكهربية، ونناقش كيف أن كل أدبي يُحدّد تكوين الكريات، وتجفيف الحكايا، وما ينتج عن ذلك من خصائص الجسيمات.

أساسيات تكوين القلعة والدراجة

ويكمن مفتاح فهم الآثار الناجمة عن التخثر في فيزياء الانقطاع عن الانقطاع، وعملية التبخر اللاحقة، ولا يمكن التقلب في طائرة أو غطاء سائل عندما تتعرض لقوات الهوائية؛ وتستغل الأعاصير هذا عدم الاستقرار لتوليد قطرات، ويتوقف حجم الانكماش الجسيمي على التوازن بين قوى التوتر غير المباشرة والضئية والسطحية، وبصفة عامة، فإن ارتفاع حجم الطاقة (مثلا، التناوب).

ويخضع سلوك التجفيف المسيل للحرارة والنقل الجماعي، إذ تجفف بسرعة فائقة، وكثيرا ما تشكل جسيمات صلبة ذات أسطح أكثر سلاسة، وتستغرق قطرات أكبر فترة أطول من الجفاف، وقد تطوّر أسطحاً ملتوية، بل وتنفجر، تبعاً لمعدل الجفاف والخصائص الدسمية، وبالتالي فإن التطريز لا يُحدِّد الحجم الأولي فحسب، بل يُضبط أيضاً بصورة غير مباشرةً الهيكل الجزئي للجسيم النهائي.

الميجور أتوميزر نوع ومبادئ عملها

روتاري (ويل) أتوميزر

كما تستخدم أجهزة الطلاء الدوارة، المعروفة أيضاً باسم أجهزة التخدير المركزية أو أجهزة التخدير، أو استخدام عجلات أو قرص متناوب عالية السرعة لبث السائل إلى الخارج، وتغذي السائل على محرك العجلات وتتسارع إلى سرعة العجلات المحيطة، ثم تُفرغ كفيلم رقيق يخترق البطاطس وأجهزة الإرسال.

(أ) إنتاج مواد كيميائية ذات حجم عالٍ، ومساحيق مُعدية، ومساحيق مُستديمة، ومساحيق مُعدية، ومساحيق مُقَرَّبة، ومساحيق مُتَعَدَّدة، وكمية مُتَسْحَمَّلة من البن، وسرعة معتدلة، وكميات كبيرة من الميزات السائل.

ويميل المورفولوجيا الجزيئية من أجهزة الطعوم الدوارة إلى أن تكون أكثر انتظاماً، وكثيراً ما تكون الجسيمات الساتلية نتيجة لصدمات السقوط وعدم اكتمال التجفيف، ويمكن أن يؤدي التوزيع الواسع النطاق لوقت التجفيف الناجم عن أحجام قطرية متغيرة إلى مزيج من الجسيمات الصلبة والجوافة، مما يؤثر على كثافة السائبة وقابلية التدفق.

الضغائن

وتضغط أجهزة التخدير بالضغوط السائلة تحت ضغط شديد (نحو 100 إلى 700 بار) من خلال صخرة صغيرة، وتتحول المخارج السائلة إلى طائرة ذات سرعة عالية تخترق السواحل بسبب التفاعلات في الهواء السائل، وتشمل الأنواع نولزات بسيطة أو صعودية، ورش المراوح، وقطع غيار (مخروط مائل) تخلق ازهار.

(أ) أن تكون خصائص الجرعة وما ينتج عنها من جسيمات: [(FLT:1]] وتنتج أجهزة التخزين الضغط قطرات صغيرة نسبياً مع توزيع أضيق حجماً من الأنواع الدوارة، وتتناقص قطرات قطرات قطرها مع تزايد الضغط، وعلى سبيل المثال، في 200 بار، تكون أحجام التسرب حوالي 20 إلى 80 ميكروغرام مشتركة، وتنتج غرامات، وتضيف مواد مؤثرة.

إن الجسيمات الناتجة عن عوامل الضغط أكثر شيوعا وأقل فظاعة، وكثيرا ما يؤدي التجفيف السريع والزي الرسمي بسبب قطرات صغيرة إلى جسيمات صلبة وكثيفة ذات سطح سلس، وهذا المورفولوجي يحسن من قابلية التدفق وكثافة التغليف، وهو أمر هام بالنسبة لملئ الطلاءات والكبسولات، وفي الجانب السلبي، فإن تكوين الجسيمات الهوائية أقل شيوعا، وبالتالي فإن الخواص الهوائية قد تكون مختلفة.

2 - فلويد (Pneumatic) نوزل أتوميزر

تستخدم الأنفطتان الفلورية أو البخارية مجرى غازي ثان (الهواء المكسور أو النيتروجين أو البخار) لتفريق السائل، أما خليط السائل والغاز في الداخل أو الخارجي في طرف الأزهار، فتوفر سرعة الغاز (التي غالبا ما تكون صويا أو سطحية) الطاقة اللازمة للتبذر، بغض النظر عن الضغط السائل، وهذه الأفران تعمل في ظل ضغط سائل منخفض.

(ب) خصائص الدروبات وما ينتج عنها من جسيمات: [(FLT:1]] يمكن أن تنتج الأنابيب ذات الفلورين قطرات جيدة جدا (5-50 ميكروم) مع توزيع ضيق نسبياً بدرجة معتدلة، وتستخرج من المواد الغذائية أو المواد الغذائية ذات الصبغة العالية التي تحتوي على مواد صلبة تستنسخ أحواض أخرى، ويخضع حجم القطر أساساً لنسبة التدفقات من الغاز إلى الفلور.

وتميل الجسيمات من الألغاز ذات الفلورين إلى أن تكون صغيرة وزياً موحداً، ويمكن أن تختلف المورفولوجيا تبعاً لظروف التجفيف؛ وتجفف السقوطات الدقيقة بسرعة كبيرة، وتنتج في كثير من الأحيان جسيمات صلبة، غير أنه إذا كانت سرعة الغاز عالية للغاية، فإن السقوط يمكن أن يتدهور أكثر أو يصبح مشوها، مما يؤدي إلى أشكال غير نظامية، وتزيد الحاجة إلى زيادة تكاليف تشغيل الغاز المضغط وتستلزم إدارة دقيقة لمناولة الغازات العادل.

العطائات فوق الصوتية

وتستخدم أجهزة القياس البدائي فوق الصوتية ذبوحات عالية التردد (من نوع 20 إلى 200 كيلوهرتز) تنقل من خلال عنصر فطيرة إلى قرن أو طبق مهتز، وتنتج عن ذلك انتشارات السائل في فيلم نحيف على سطح الهزاز، وتخلق الاهتزازات الميكانيكية موجات من الكبسولات تخترق قطرات جيدة، ولا حاجة إلى ارتفاع الضغط أو تدفق الغاز.

(ب) إنَّ مقاس قطرات الجرعة وما ينتج عنها من جسيمات: ] ينتج ذرة الأشعة فوق البنفسجية قطرات موحدة بشكل استثنائي مع توزيع ضيق الحجم، ويتوقف مقياس قطر قطرات قطرات التواتر على تواتر أكبر وتنتج قطرات أصغر، مثلاً، في 100 كيلوهرتز، وتسرب كميات من المواد الكيميائية تتراوح بين 10 و15 ميكروغرامة.

وتظهر الجسيمات من الطوابع فوق الصوتية بشكل عام سمية وكثيفة وتظهر خلل منخفض، ويضمن التوزيع الضيق للجسيمات المتسقة، مما يؤدي إلى فسخ يمكن التنبؤ به، وسلوك هوائي، وتعبئة، غير أن التوسع في المواد الكيميائية قد يكون صعبا؛ وقد تكون معظم المواد التي تُعدّل على أساس الأشعة فوق الصوتية محدودة من خلال التنظيف (وهذا يعني أن بعض الترميزات ذات الجودة العالية).

Electrostatic Atomizers

وتطبق أجهزة التخدير الكهربائي الكهربي على السائل (من 5 إلى 30 كيلو فولت) حيث تخرج من الماشية أو الكبسولة، وتحفز هذه الشحنة قوات الكهروستانية الزاحفة التي تتغلب على التوتر السطحي، مما يتسبب في أن يشكل السائل رشاً غرامياً من السقوط المحمل، ويشار إليه في كثير من الأحيان بـ "الإلكتروسبراي".

(ب) خصائص الجرعة وما ينتج عنها من جسيمات: يمكن للمعدات الكهربائية أن تنتج قطرات دقيقة للغاية (بدون ميكرون) مع توزيع ضيق جداً، ويمكن لهذه العملية أن تعمل في مختلف الوسائط (المنتجات الكونية، متعددة الجيات) لمراقبة حجم التسرب.

إن الجسيمات من التجفيف بالكهرباء شديدة التفشي، وكثيرا ما تكون سطحها سلس وغير معبأ، ويُبطل التوزيع الضئيل للحجم بواسطة أجهزة القياس الميكانيكية، غير أن إنتاج الفولتور منخفض جداً إلى عدد قليل من الليترات في الساعة في كل نغمة، وبالإضافة إلى ذلك، يتطلب ارتفاع الفولط تدابير أمان دقيقة، كما أن العملية حساسة بالنسبة لسلوكية الكيمياء، ومع أنها ثابتة في المقام الأول.

الأثر على سمات الجسيمات الرئيسية

حجم الجسيمات وتوزيعها

وكما رأينا، فإن نوع الطرازات يحدد حجم الانقطاع الأولي، الذي يحدد إلى حد كبير حجم الجسيمات المجففة النهائية، على افتراض عدم وجود توسع أو تجزؤ كبير، حيث توفر أجهزة الطراز العازلية أوسع توزيعاً مع متوسط الحجم نسبياً (50 ميكروغرامة في نطاق الكم) وتنتج عن الأشعة السينية المضغية توزيعاً أضيق وأحجاماً أصغر حجماً (5 إلى 100 ميكروغرامة).

علم المورفولوجيا والجسيمات السطحية

و النسيج السطحي و النسيج الداخلي و التدفق المغناطيسي و التفكك والتشتت و معدل الجفاف هو عامل رئيسي عندما تُجففّف السوائل ببطء (مثل قطرات كبيرة من الجسيمات الدوارة) قد تهجر الجسيمات السائلة إلى السطح، وتكوّن قشرة وتقود إلى جزيّات مُهَوَّلة

ويمكن تغيير الكيمياء السطحية: مثلاً، قد تركز المجموعات السطحية الهيدروفيلية على سطح السقوط أثناء الجفاف، مما يؤثر على القابلية للبلل والتفكك، وفي الكهرباء الكهربائية القوية يمكن أن توجه الجزيئات على السطح، مما قد يخلق خصائص سطحية فريدة، وقد استخدم الباحثون هذه المادة في هندسة الجسيمات التي تُحدَّد صوراً مصممة خصيصاً لتفريغ المخدرات.

Porosity and density

فالإباحية والكثافة الجسيمات ترتبط ارتباطاً مباشراً بتاريخ الجفاف في كل قطرة، وتميل المساحات الكبيرة (الروتاري) إلى تكوين جزيئات مظلمة أو مخرفة، لأن الصبغة السطحية بسرعة، تشكل قذيفة تنهار أو تنخفض كثافة الجسيمات المتبقية، مما يؤدي إلى انخفاض الكثافة، وإلى تسرب شديد من البودرة في إنتاج المواد الإباحية.

القابلية للتدفق والتعامل

فحجم الجسيمات والشعب السطحي يحدد مجتمعا كيف تتدفق المسحوق، إذ أن الجسيمات الكبيرة والخفيفة والسلسة تتدفق بشكل جيد؛ والجسيمات الصغيرة أو غير النظامية أو الملصقة تجعل من الملامح المخففة للضوء أكثر تماسكا وصعوبة.

Dissolution and Bioavailability

فالجزئات الأصغر التي تفصل فيها مساحة سطحية أكبر تذوب بسرعة، وبالتالي فإن البارود من السائلين أو الفوق الصوتيين أو المصابين بالصدمات الكهربائية قد تظهر في كثير من الأحيان فسخاً دقيقاً، كما أن القدرة على التحلل يمكن أن تتسارع أيضاً من خلال توفير قنوات للتسرب السائل، غير أن المواد ذات التحلل العالي أو الاختراق الكيميائي.

معايير الاختيار العملي للأتوميزر

وينطوي اختيار جهاز قياسي على المبادلات بين مواصفات الجسيمات، والقطع، وتكاليف المعدات، وتعقيد التشغيل، ويلخص الجدول أدناه الاعتبارات الرئيسية.

Atomizer Type Particle Size (µm) Size Distribution Throughput Best for
Rotary 50–250 Broad Very high Bulk commodities, food, chemicals
Pressure Nozzle 5–100 Narrow High Pharmaceuticals, inhalation, fine chemicals
Two-Fluid 5–50 Moderately narrow Medium R&D, high-viscosity feeds, high-value products
Ultrasonic 1–20 Very narrow Low Biopharmaceuticals, protein formulations, specialized coatings
Electrostatic 0.1–10 Extremely narrow Very low Nanomedicine, advanced materials, research

وفيما عدا هذه العوامل المدرجة، انظر ما يلي:

  • Feed properties:] Viscosity, solids content, and shear sensitivity heavily influence atomizer choice. For shear-sensitive biologics, ultrasonic or electrostatic atomizers are preferred over high-pressure or rotary types that can denature proteins.
  • Scale:] For industrial production of food powders (e.g., milk, coffee), rotary atomizers dominate because they handle hundreds of kg/h. For small batches of specialty chemicals, two-fluid or ultrasonic atomizers are more flexible.
  • () Cost:] Pressure nozzles and rotary atomizers have moderate capital cost but require high-energy pumps or drives. Two-fluid atomizers have lower capital but higher operating cost due to compressed gas. Ultrasonic and electrostatic atomizers have higher capital per unit throughput and are often limited to pilot scales.
  • Regulatory compliance:] In the pharmaceutical industry, particle size distribution must be tightly controlled per specifications. Ultrasonic and electrostatic atomizers provide the narrowest distribution, which is advantageous for meeting quality attributes.

التطورات الأخيرة والاتجاهات المستقبلية

ولا يزال الابتكار في تكنولوجيا التوحيد يضغط على حدود ما يمكن في مجال جفاف الرذاذ، ومن الأمثلة على ذلك ما يلي:

خاتمة

إن المقياس هو قلب عملية جفاف الرش، وممارسة الرقابة الأولية على حجم الجسيمات، والمورفولوجيا، والسخرية، والتوزيع، والاختيار بين الدوار، والضغوط، والوزن الفوقي، والأشعة فوق البنفسجية، والعلامات الكهرومائية، يتطلب تقييما دقيقا لاحتياجات المنتجات، من خلال إنتاج المنتجات الدوارة، وخصائص التخية، وضوعات الكمية.

For further reading on atomization physics and spray drying design, refer to standard texts such as Spray Drying Handbook] by K. Masters or the more recent ]Handbook of Spray Drying (2018). Industry guidelines from the FDA and EMA in describearticle size requirements.