שם מקור: Pilot-Scale Spray Dryers

מייבשי ריסוס בקנה מידה טייס משמשים גשר חיוני בין ניסויים מעבדה ספסל הייצור המסחרי בקנה מידה מלא.מערכות אלה מונדסים כדי לשכפל את הדינמיקה התרמית והנוזלית של מייבשי תרסיס גדולים תוך שימוש בשבריר של חומר להאכיל, מה שהופך אותם אידיאליים למחקר, ניסוח פיתוח ואופטימיזציה של תהליכים. על ידי מתן סביבה מבוקרת להייבוש מזון נוזלי לתוך אבקות, מייבשי תרסיסים מאפשרים למהנדסים יבשים כדי לחקור חיזוי, תכונות קינטיות, חלקיק ורמת דיוק, ועלויות מהירות, ללא שינוי ייצור, ללא שינוי סטנדרטי של טמפרטורה, ורמת דיוק, ללא שינוי דרמטי של ציוד אווירי, ללא שינוי, ללא שינוי ייצור.

המונחים: Pilot-Scale Spray Dryers

גורמים הקשורים למספר גורמים קובעים את יעילותו של מייבש פיילוט.יש לשקול בקפידה כל אחד לייצר מערכת המספקת נתונים להעברה ליחידות גדולות יותר.

  • (FLT:0)Capacity ו- Throughput:FLT:1 למערכות טייס טיפוסיות מטפלות בשיעורי מזון מ-0.5 עד 50 ליטר לשעה, בהתאם ליישום.העיצוב חייב להכיל מגוון של חומרים מזינים וריכוזים מוצקים תוך שמירה על ניתוח יציב.
  • (FLT:0) טכנולוגיות עיבוד: 1.FLT:1 Co-current, תצורה של זרימה נגדית או תערובת של זרימה משפיעה על זמן מגורים חלקיקים וחשיפה תרמית. Co-current הוא הנפוץ ביותר לחומרים רגישים חום; זרם נגד יכול לשפר יעילות תרמית אבל סיכונים overheating.
  • (FLT:0) דרישות שליטה: 1.FLT 1> תקנה של טמפרטורה אינלט ויציאה, קצב זרימת האוויר, מהירות או לחץ אטום, ושיעור ההזנה הוא חיוני.
  • (FLT:0) ייצוגיות: 1.FLT: מערכת הטייסים חייבת לייצר התפלגות בגודל חלקיקים, תוכן לחות ודחיסות רבה דומה לאלה הצפויים בייצור מסחרי.זה דורש התאמה למספרים קריטיים ללא ממד כמו ריינולדס (Re), Weber (We), ו-Onesorge (Oh) למספרים עבור איטוםיזציה.

תגיות קשורות Pilot Spray Dryer

כל רכיב של הטייס ריסוס מייבש תורם לביצועים ולאמינות של המערכת.הסעיפים הבאים מפורטים את תת-מערכתיות הגדולות ואת הפרמטרים העיצוביים שלהם.

Atomizer

Atomizer הוא הלב של תהליך הייבוש ריסוס.זה ממיר את הזין הנוזל לתוך טיפות קנס, ישירות המשפיע על חלוקת גודל טיפות ו קינטיקה יבשה. שלושה סוגים של Atomizer העיקריים משמשים יחידות טייס:

  • (FLT:0) אטומים של רוטרי:FLT:1 (בקיצור של 10,000-30) ספינים נוזל בחוץ, ויוצרים טיפות על ידי כוח צנטריפוגה גבוהה ומייצרים התפלגות בגודל צר מתמקדת בגיאומטריה, בקרת מהירות, והזנת הפצה על פני השטח.
  • (FLT:0) Pressure nozzles:FLT:1hil נוזל מאולץ דרך אור קטן תחת לחץ גבוה (עד 70 בר) אלה הם פשוטים, בעלות נמוכה, ומייצרים טיפות קנס, אבל הם נוטים ללבוש ולחסום עם האכלה אברה או פיברוזיס.
  • (FLT:0 Two-fluid (pneumatic) nozzlas:FLT:1 גז מחוספסת גז hears את הנוזל לתוך טיפות.הם מציעים שליטה עצמאית של גודל טיפות על ידי התאמת יחס גז לשקד, מה שהופך אותם אידיאלי עבור ניסויים בקנה מידה מעבדה.

בית הכנסת יבש

הגיאומטריה התאית מכתיבה תבניות זרימת אוויר וזמן מגורים חלקיקים כוללים:

  • (FLT:0) תאים קונבנציונאליים-קוניים:FLT ( 1:1) הצלינדר העליון מספק אזור יבשה, בעוד הקונוס אוסף אבקה מיושבת.יחס הגובה-לדמטר (H/D) הוא פרמטר בקנה מידה קריטי, בדרך כלל בין 3:1 ל 5:1 עבור טייסים.
  • (FLT:0) חדרים: Flat- ⁇ :FreaLT:1 משמש עבור מוצרים מקליים שבו אבקה מצטברת על קירות cone.הם דורשים מערכות מגרד מכני או שסתום פריקה מיוחד.
  • (FLT:0)Laminar לעומת זרימה סוערת: סימולציות טייס 1:1 לעתים קרובות להשתמש משטחים אוויריים נפוחים או שיזוף כדי לקדם ערבוב ולמנוע אינטראקציות טיפת-קיר.

מערכת Air Handling

תת-מערכת זו מספקת גז יבש מחומם בטמפרטורה ובלחות מבוקרות.רכיבי מפתח כוללים:

  • (FLT:0) תנורי חום אוויר: 1FLT:1 אלקטריק נפוצים עבור יחידות טייס, המציע תגובה מהירה ובקרת טמפרטורה מדויקת (accuracy ±1 ° C).
  • (FLT:0)Blower או מעריץ: FLT:1 Sizing חייב להשיג את מהירות הגז הנדרשת (בדרך כלל 2-8 מ' /s בחדר) ולהתגבר על טיפות הלחץ בדלפק, חום ומערכת איסוף.
  • (FLT:0) פילטר אוויר: ⁇ FLT:1 פילטרים HEPA הם סטנדרטיים עבור יישומים תרופתיים כדי להבטיח אוויר סטרילי.
  • (FLT:0) בקרת ההוויה: 1FLT עבור מוצרים רגישים ללחות, אוויר מחוספס הוא חיוני. A desiccant או קירור יבשר יכול להפחית את הנקודה מתחת ל-20 מעלות צלזיוס.

מערכת איסוף

שחזור אבקה יעיל הוא קריטי, במיוחד כאשר עובד עם מרכיבים פעילים יקרים.

  • (FLT:0Cyclone מפרידים: FIRLT:1) אלה משתמשים בכוח צנטריפוגי כדי להפריד חלקיקים מן הגז הממצה.התצרות של אוסף נע בין 90-99% חלקיקים מעל 5 מיקרומטר, אבל נופל בחדות עבור קנסות.עיצוב אופטימיזציה של קוטרון, מהירות, וזווית cone.
  • (FLT:0) מסננים (פילטרים אפיים): לכידת 1:1 כמעט כל החלקיקים, כולל קנסות תת-מיקרוניים, על ידי העברת גז באמצעות שקית ⁇ , הם דורשים ניקוי הדופק-ג'ט תקופתי.
  • (FLT:0) מזהמים חשמליים:FreaLT:1 פחות נפוץ בקנה מידה טייס, אבל בשימוש עבור אבקות דקות או יקרות מאוד.הם ליישם מטען גבוה כדי למשוך חלקיקים כדי לאסוף צלחות איסוף.

מערכת בקרה

מייבשי טייס מודרניים משולבים עם מערכות בקרה מבוזרות (DCS) או בקרים לוגיים הניתנים לתוכנה (PLC) למערכות אלה לפקח ולסדיר:

  • טמפרטורה אינלט ויציאה
  • קצב האכלה ומהירות Atomizer / Stressure
  • קצב זרימת האוויר ולחץ
  • לחץ צ'מבר (אבק כדי למנוע בריחה מהאבק)
  • נקודת הנחה של Inlet Air

רכישת נתונים היא רציפה, ומאפשרת למהנדסים לתאם פרמטרים של תהליכים עם תכונות המוצר הסופיות.מערכות רבות כוללות גם את ה-Inokles הבטיחות לטמפרטורה גבוהה, לחץ ועומס מוטורי.

אתגרים עיצוב ופתרונות

פיתוח פיילוט ריסוס מייבש כי משכפל נאמנה תנאים מסחריים אינו טריוויאלי.אתגרי מפתח כוללים:

  • (FLT:0Wall deposition and Stickness:FreaLT:1) נמוך-מנקה או מוצרי Hygroscopic עשויים לדבוק קירות תאים. Solutions כוללים מעילים קירור, ציפויי פני השטח (למשל, Teflon), ופטישים מכניים או רטטים.מתאים את זווית הקונדום כדי לעלות על זווית של repose מסייע גם.
  • (FLT:0)Particle agglomeration:FearLT:1) גידול בלתי מבוקר של חלקיקים יכול לשנות את מפרט המוצר.שימוש בזרימה סוערת או הוספת כמות מבוקרת של קיטור או נקשר לאזור ההנצחה יכול לייצר זיהום ממוקד (למשל, עבור קפה או אבקות חלב מיידיות).
  • (FLT:0) הסיכון להתפוצצות דוסט: 1FLT:1 אבקות רבות הן בלתי ניתנות להחלפה.
  • (FLT:0) אי הוודאות של סיינטולוגיה: 1FLT:1 האתגר המתמשך ביותר: טייס שעובד באופן מושלם לא יכול לחזות ביצועים מלאים עקב שינויים בטמפרטורות חום והוצאות העברה המונית, זמן מגורים חלקיקים, או ירידה בהיסטוריה של מהנדסים לוחצים על ידי יישום כללי דמיון (מספר קונסולת Weber, ירידה מתמדת זמן יבש וכו ') ולנהל סדרה של ניסויים בשני ניסויים או פחתות לתומים כדי לאמת פיילוט.

Atomizer Selection and Performance

בחירת טכנולוגיית ההנצחה הנכונה היא לעתים קרובות ההחלטה העיצובית החשובה ביותר בפיילוט ריסוס מייבש יבש יותר.המדן קובע לא רק גודל טיפה, אלא גם את הצרה של חלוקת הגודל, אשר בתורו משפיע על זרימת אבקה, סופילות, צפיפות גדולה.עבור תרופות, גודל טיפה צר ועקבי נדרש לעתים קרובות לעמוד במפרט זמינות ביולוגית.

קריטריונים לבחירת אטומיצר כוללים:

  • טווח גודל ה-FLT:0 (Droplet) בגודל טווח: FLT:1 רוטרי אטומי בדרך כלל מייצרים טיפות מ 10-200 מיקרומטר; לחץ על nozzles מ 20-300 מיקרומטר; שני-fluid nozzles מ 5-50 מיקרומטר.גודל המוצר הרצוי מכתיב בחירה זו.
  • (FLT:0) גמישות מוגברת: FLT:1 רוטרי אטומיים להתמודד עם מולקונוס או להאכיל עבה (>1000 cP) טוב יותר מאשר ננומטרים של שני חומרים משפע יכול להתמודד עם השעיה וחומרים רגישים חום בגלל אפקט קירור של התפשטות הגז.
  • (FLT:0) ,Cleanability:0) ,L (CIP) , יש לפרק את ה- Atomizer בקלות ולהטביש משטחים של פלדה 316L נירוסטה או טוב יותר.
  • (FLT:0) calability:00Scalability: 1FLT 1 רוטרי בדמיצר בקנה מידה עם קוטר גלגלים ומהירות; לחץ על קשקשים ביצועים עם קוטר אוההבנה ולחץ. 2-fluid atomizers בקנה מידה גרוע לשיעורי זרימה גדולים מאוד והם בדרך כלל מוגבלים לטייס או ייצור קטן.

מתודולוגיה Scale-Up Methodology

המטרה הסופית של מייבש טייס היא ליצור נתונים שצופים באופן אמין ביצועים בקנה מידה מלא.מתודולוגיות Scale-up בדרך כלל ליפול לשתי קטגוריות: קורלציה אמפירית ומודל מכניסטי.

שחיתות אמפירית

גישה זו מסתמכת על קבוצות ללא ממד ונתונים היסטוריים.מהנדסים שומרים על ערכים קבועים של פרמטרים מרכזיים כגון:

  • (ב) ויקרא י"ד:2): "ה' אלקים" (במדבר כ"ד)
  • מספר 1 (We):0 (We): ⁇ 1:1; גוברנס טיפות נפילה. Constant, אנו מבטיחים התנהגות משנית דומה.
  • מספר (הו, הו, ⁇ ) ,(הו) ,(ה) מספר רנ"ל:1) , Relates to Surface Stress Forces.
  • (ב) [ה]הזמן של ה[[המאה ה-1]], הוא הזמן שנותר בחדר.

התאמות אמפיריות דורשות לעתים קרובות אימות בקנה מידה פיילוט מרובים (למשל, 1 ק"ג /h, 10 ק"ג /h) כדי לבנות ביטחון.

מודלים מכניים

דינמיקת נוזל Computational (CFD) בשילוב עם מודלים קינטיקה יבשה מציעה גישה בסיסית יותר. CFD יכול לחזות מהירות, טמפרטורה ותחומי לחות בתוך התא, המאפשר למהנדסים לעצב גיאומטריה טייס מותאם אישית לפני הבנייה.מודל הוא אז תוקף נגד נתוני טייס. כי תאים הם קטנים יותר, הם לפעמים יכול להיות מסימולציה עם פתרון מרחבי גבוה יותר מאשר יחידות בקנה מידה מלא, מה שהופך את CFD כלי עבור מחקרים פרמטר מעולה.

שתי השיטות מועילות מ-FLT:0 פיילוט מסחרי ריסס פלטפורמות מייבשיות של סוללות מייבשיבית 1 (FLT:0) המציעות עיצובים מודולריים, המאפשר שינויים מהירים בסוג האטומיצר, גיאומטריה קאמרית וטיפול אווירי.

יישומים ב-R&D ו- Process Development

מייבשי תרסיס משמשים על פני תעשיות כדי להאיץ את פיתוח המוצר ואת תהליך de-סיכון.

פיתוח תרופות

ב- Pharma, לייבשות ריסוס מועסקת כדי לייצר אשלי אבקה יבשים (DPIs), פיזורים מוצקים של אורמורפי (ASDs), וננו-חלקיקים הם חיוניים:

  • הערכת תאימות ומגבלות טעינה של תרופות.
  • אופטימיזציה של טמפרטורה אינלט כדי למנוע השפלה תרמית של מרכיבים פעילים.
  • גודל חלקיקים מבוקר לפירוק ריאות (יישומים של DPI דורשים 1-5 מיקרומטר).
  • יצירת חומר למחקרי רעילות וניסויים קליניים מוקדמים.

מזון וחלב

תעשיית המזון משתמשת מייבשי פיילוט כדי לפתח מוצרים מיידיים, טעמים מלוטשים, אבקות פרוביוטיים.

  • בדיקת תוספי הייבוש (למשל, maltodextrin) כדי להפחית את הנפיחות.
  • התאמת ריכוז להאכיל כדי להשיג לחות מטרה וצפיפות חלקיקים.
  • סימלציה של תהליכי הפחתת זיהום מסחרי על ידי בידוד עדין וחלוקת אוויר.

כימיקלים מיוחדים

Catalysts, פיגמנטים, והרתעה לעתים קרובות דורשים הנדסת חלקיקים מדויקת.הספק מידע על גודל יבש יותר, צריכת אנרגיה, ועקבות המוצר לפני השקעה הון קווים בקנה מידה מלא.

מחקר: תרופות Amorphous Solid Dispersion

תרחיש נפוץ מדגים את הערך של עיצוב טייס תקין. צוות פיתוח צריך כדי להגדיל את הנוסחאות ASD ממעבדה בקנה מידה Büchi B-290 (1 ק"ג /h) ליחידת ייצור (100 ק"ג /h) הם רכשו פיילוט GEA Mobile® ® ® ® ® ® ® ® מינורמ"ל סימולציה של תאים גבוהים יותר, כך אפשר להחליף סוגים של אטומיים ו cones.

דוגמה זו מדגישה כיצד הטייס הגמישות ריסס פלטפורמות יבשות יותרFLT ( 1:1) יכול להכיל תצורה של ניסיון מרובים בתוך קמפיין מחקר יחיד, חיסכון חודשים של זמן פיתוח.

Instrumentation and Data Acquisition

מייבשי טייס מודרניים משולבים יותר ויותר עם חיישנים מתקדמים ואוטומציה.מעבר לטמפרטורה ולחץ בסיסיים, מכשירים עשויים לכלול:

  • מנתח בגודל חלקיקים (laser diffraction או הדמיה) עבור טיפות בזמן אמת אבקה מתנפח.
  • קרוב ל-NIR (NIR) בדיקות למדידת תוכן לחות בתוך תא או קו האיסוף.
  • גז מנתח לגילוי חמצן (בטיחות בהייבוש מבוסס פתרון) ו-VOC ניטור.
  • מונים זורמים מסיבי וקוריוליס ממטר למדידת רמת הזנה מדויקת.

נתונים ממכשירים אלה מזינים את תהליך הטכנולוגיה האנליטית (PAT) מערכות המאפשרות בקרה בזמן אמת ותיעוד להגשתים רגולטוריים.המדריך של ה-FLT:0) ה-FDA על תהליך אימות התהליך 1 מדגיש כי אימות תהליכים מתמשך (CPV) הוא להקל על ידי מכשיר כזה, מה שהופך את נתוני בקנה מידה טייס אפילו קריטי יותר עבור שיגור מסחרי.

מגמות עתידיות בפיילוט Spray מייבש

כמה מגמות מתעוררות מעצבות את הדור הבא של מייבשי ריסוס בקנה מידה טייס.

  • (FLT:0) אסטרטגיות בקרה מתקדמות: FLT:1 מודל שליטה חיזוי (MPC) ואינטליגנציה מלאכותית (AI) משמשים כדי להתאים באופן אוטומטי פרמטרים כדי לשמור על איכות המוצר היעד למרות המזינים.מייבשי טייס מצויד MPC יכולים לרוץ ללא השגחה לילה, איסוף נתונים באיכות גבוהה.
  • (FLT:0) שילוב ייצור רציף:FLT:1 בעוד תעשיית התרופות נעה לכיוון עיבוד מתמשך, מייבשי תרסיס מתוכננים כחלק מרכבת רציפה, מקבל ניזונים ישירות ממשטח מתמשך או שילוב של יחידת.זה דורש הפיכה הדוקה של מערכות להאכיל וייבוש.
  • (FLT:0 miniaturization ו-High-byput Survey:cioFLT:1 ; מיקרו-spray מייבשs (למשל, באמצעות חישובים של פחות מ 1 g/min) הופכים זמינים עבור בדיקות ניסוח בשלבים מוקדמים.מערכות אלה מאפשרות מאות ניסויים ליום באמצעות כמויות מ"ג, אך הנתונים שלהם חייבים להיות מתואמות עם תוצאות טייס גדולות יותר.
  • (FLT:0)Use של דינמיקת נוזל חישובית (CFD) בעיצוב: FLT:1 CFD עובר ממכשיר אקדמי כדי להשתמש בעיצוב ייבוש טייס.FLT:2Simulation תוכנה 3FLT עכשיו מציע מודולים ייעודיים עבור ריסוס כי חיזוי מסלולים, evaoration, ו deposition.

מסקנה

תכנון מייבשי תרסיס בקנה מידה פיילוט עבור R & D ופיתוח תהליכים הוא אתגר הנדסי רב פנים הדורש איזון תרמי, נוזל ודינמיקה חלקיקים.כאשר תוכנן כראוי, מערכות אלה מספקות נתונים אמינים לפיתוח ניסוח, אופטימיזציה תהליכים, והיקף, בסופו של דבר צמצום זמן לשוק סיכונים ייצור.הההההההההגדלה של אטמי, תאים, חיישנים, ומערכות בקרה ממשיכה לשפר את העוצמה החיזוי של מהנדסי וניסויים מעבדה אמפיריים, פתורים.