第五节
干　燥

干燥（drying）系指利用热能除去含湿的固体物质或膏状物中所含的水分或其他溶剂，获得干燥物品的工艺操作。在制剂生产中，新鲜药材除水，原辅料除湿，颗粒剂、片剂、水丸等制备过程中均用到干燥。干燥的好坏，将直接影响到中药的内在质量。中药制剂常用的干燥设备有烘箱、喷雾干燥器、沸腾干燥器、减压干燥器及微波干燥器等。这些设备分别用于中药半成品（如药液和浸膏等）或者成品（如颗粒剂和片剂等）的干燥。近些年来，喷雾干燥法在微胶囊、中药胶剂等新制剂方面的开发应用正受到人们的关注。干燥新技术与新设备的引入，必将改善中药制剂生产工艺，提高中药生产的技术水平，进而提高中药制剂质量。

一、干燥的基本理论

（一）干燥原理

在对流干燥过程中，湿物料与热空气接触时，热空气将热能传至物料表面，再由表面传至物料内部，这是一个传热过程；与此同时，湿物料得到热量后，其表面水分首先汽化，物料内部水分以液态或气态扩散透过物料层而达到表面，并不断向空气主体流中汽化，这是一个传质过程。因此物料的干燥是传热和传质同时进行的过程，两者间有着相互的联系。

图6-11是对流干燥中热空气与湿物料之间的传热和传质示意图。物料表面温度为 ，湿物料表面的水蒸气分压为 （物料充分湿润时 为 的饱和蒸汽压）；紧贴在物料表面有一层气膜，厚度为 δ （类似传热边界层的膜）；气膜以外是热空气主体，其温度为 t ，空气中水蒸气分压为 p 。因为热空气温度t高于物料表面温度 热能从热空气传递到物料表面，传热的推动力就是温差 。由于热空气以高速流过湿物料的表面，所以热量的传递过程主要以对流的方式进行，对流干燥由此而得名。而物料表面产生的水蒸气压 大于空气中的水蒸气分压 p ，水蒸气必然从物料表面扩散到热空气中，其传质推动力为

当热空气不断地把热能传递给湿物料时，湿物料的水分不断地汽化，并扩散至热空气的主体中由热空气带走，而物料内部的湿分又源源不断地以液态或气态扩散到物料表面，这样湿物料中的湿分不断减少而干燥。因此，干燥过程应是水分从物料内部 物料表面 气相主体的扩散过程。

干燥过程得以进行的必要条件是被干燥物料表面所产生的水蒸气分压大于干燥介质中的水蒸气分压，即 如果 表示干燥介质与物料中水蒸气达到平衡，干燥即行停止；如果 ，物料不仅不能干燥，反而吸潮。

物料的干燥速率与物料内部水分的性质、空气的性质有关。

（二）物料中所含水分的性质

1.结晶水 系化学结合水，一般用风化方法去除，在药剂学中不视为干燥过程。如芒硝（Na ₂ SO ₄ ·10H ₂ O）经风化，失去结晶水而成玄明粉（Na ₂ SO ₄ ）。

2.结合水 系指存在于细小毛细管中的水分和渗透到物料细胞中的水分。结合水难以从物料中去除。因为毛细管内水分所产生的蒸汽压较同温度时水的蒸气压低；物料细胞中的水分被细胞膜包围和封闭，如不扩散到膜外，则不易蒸发去除。

3.非结合水 系指存在于物料表面润湿水分，粗大毛细管中水分和物料孔隙中水分。非结合水与物料结合力弱，易于去除。因为它所产生的蒸气压等于同温度水的蒸气压。

4.平衡水分与自由水分 某物料与一定温度、湿度的空气相接触时，将会发生排除水分或吸收水分的过程，直到物料表面所产生的蒸气压与空气中的水蒸气分压相等为止，物料中的水分与空气处于动态平衡状态，此时物料中所含的水分称为该空气状态下物料的平衡水分。平衡水分与物料的种类、空气的状态有关。物料不同，在同一空气状态下的平衡水分不同；同一种物料，在不同的空气状态下的平衡水分亦不同。

物料中所含的总水分为自由水分与平衡水分之和，在干燥过程中可以除去的水分只能是自由水分（包括全部非结合水和部分结合水），不能除去平衡水分。固体物料中所含水分相互关系，见图6-12。

（三）湿空气的性质

湿空气（wet air）是干空气和水蒸气的混合物。能用于干燥的湿空气必须是不饱和空气，从而可以继续容纳水分。在干燥过程中，采用热空气作为干燥介质的目的不仅是为了提供水分所需的热量，而且是为了降低空气的相对湿度以提高空气的吸湿能力。空气性质对物料的干燥影响很大，而且随着干燥过程的进行不断发生变化。空气常用性质表示：干球温度、湿球温度、湿度、相对湿度、湿比热、湿比容、湿焓等。为了达到有效的干燥目的必须选用适宜性质的空气和干燥方法。

（四）干燥速率与干燥速率曲线

干燥速率是指在单位时间内，在单位干燥面积上被干燥物料中水分的汽化量。可用式（6-6）微分形式表示：

式中，U为干燥速率［kg/（m ² ·s）］； s 为干燥面积（m ² ）； w ＇为汽化水分量（kg）； t 为干燥时间（s）。

物料干燥过程是被汽化的水分连续进行内部扩散和表面汽化的过程。所以，干燥速率取决于内部扩散和表面汽化速率，可以用干燥速率曲线来说明。图6-13为干燥介质状态恒定时典型的干燥速率曲线，其横坐标为物料的湿含量（ C ），纵坐标为干燥速率（ U ）。从干燥曲线可以看出，干燥过程明显地分成两个阶段，等速阶段和降速阶段。在等速阶段，干燥速率与物料湿含量无关。在降速阶段，干燥速率近似地与物料湿含量成正比。干燥曲线的折点所示的物料湿含量是临界湿含量（ C ₀ ），与横轴交点所示的物料湿含量是平衡水分（ C _平 ）。因此，当物料湿含量大于 C ₀ 时，干燥过程属于等速阶段；当物料湿含量小于 C ₀ 时，干燥过程属于降速阶段。

等速阶段：在干燥的初期，由于水分从物料内部扩散速率大于表面汽化速率，物料表面停留有一层非结合水。此时水分的蒸气压恒定，表面汽化的推动力保持不变，因而干燥速率主要取决于表面汽化速率，所以出现等速阶段。此阶段又称为表面汽化控制阶段。在等速阶段，凡能影响表面汽化速率的因素均可影响等速阶段的干燥。如干燥介质的温度、湿度、流动情况等。

降速阶段：当干燥进行到一定程度（ C ₀ ），由于物料内部水分的扩散速率小于表面汽化速率，物料表面没有足够的水分满足表面汽化的需要，所以干燥速率逐渐降低了，出现降速阶段。此阶段又称为内部迁移控制阶段。在降速阶段，干燥速率主要与内部扩散有关，因此，物料的厚度、干燥的温度等均可影响降速阶段的干燥。此时热空气的流速、相对湿度等已不是主要因素。实践证明，某些物料在降速阶段，由于内部扩散速率太小，物料表面就会迅速干燥，而引起表面呈现假干现象或龟裂现象，不利于继续干燥。为了防止此种现象的发生，必须采取降低表面汽化速率的措施。如利用“废气循环”，使部分潮湿空气回到干燥室中。

二、影响干燥的因素

（一）被干燥物料的性质

这是影响干燥速率的最主要因素。湿物料的形状、大小、料层的厚薄、水分的结合方式均会影响干燥速率。一般来说，物料呈结晶状、颗粒状、堆积薄者，较粉末状、膏状、堆积厚者干燥速率快。

（二）干燥介质的温度、湿度与流速

在适当范围内，提高空气的温度，可使物料表面的温度亦相应提高，加快蒸发速度，有利于干燥。但应根据物料的性质选择适宜的干燥温度，以防止某些热敏性成分被破坏。空气的相对湿度越低，干燥速率越大。降低有限空间的相对湿度亦可提高干燥效率。实际生产中常采用生石灰、硅胶等吸湿剂吸除空间水蒸气，或采用排风、鼓风装置等更新空间气流。空气的流速越大，干燥速率越快。但空气的流速对降速干燥阶段几乎无影响。这是因为提高空气的流速，可以减小气膜厚度，降低表面汽化的阻力，从而提高等速阶段的干燥速率。而空气流速对内部扩散无影响，故与降速阶段的干燥速率无关。

（三）干燥速度与干燥方法

在干燥过程中，首先是物料表面液体的蒸发，然后是内部液体逐渐扩散到表面继续蒸发，直至完全干燥。当干燥速度过快时，物料表面的蒸发速度大大超过内部液体扩散到物料表面的速度，致使表面粉粒黏着，甚至熔化结壳，从而阻碍了内部水分的扩散和蒸发，形成假干燥现象。假干燥的物料不能很好地保存，也不利于继续制备操作。

干燥方式与干燥速率也有较大关系。若采用静态干燥法，则温度只能逐渐升高，以使物料内部液体慢慢向表面扩散，源源不断地蒸发。否则，物料易出现结壳，形成假干现象。动态干燥法颗粒处于跳动、悬浮状态，可大大增加其暴露面积，有利于提高干燥效率。但必须及时供给足够的热能，以满足蒸发和降低干燥空间相对湿度的需要。沸腾干燥、喷雾干燥由于采用了流态化技术，且先将气流本身进行干燥或预热，使空间相对湿度降低，温度升高，故干燥效率显著提高。

（四）压力

压力与蒸发量成反比，因而减压是改善蒸发、加快干燥的有效措施。真空干燥能降低干燥温度，加快蒸发速度，提高干燥效率，且产品疏松易碎，质量稳定。

三、干燥方法与设备

在制药工业中，由于被干燥物料的形状是多种多样的，有颗粒状、粉末状、丸状，也有浆状（如中药浓缩液）、膏状（如流浸膏）；物料的性质各不相同，如热敏性、酸碱性、黏性、易燃性等；对干燥产品的要求亦各有差异，如含水量、形状、粒度、溶解性及卫生要求等；生产规模及生产能力各不相同。因此，采用的干燥方法与设备亦是多种多样的。下面重点介绍制药工业中常用的几种干燥方法与设备类型。

（一）烘干法

烘干法系指将湿物料摊放在烘盘内，利用热的干燥气流使湿物料水分汽化进行干燥的一种方法。由于物料处于静止状态，所以干燥速度较慢。常用的有烘箱和烘房。

1.烘箱 又称干燥箱，适用于各类物料的干燥或干热灭菌，小批量生产。由于是间歇式操作，向箱中装料时热量损失较大，若无鼓风装置，则上下层温差较大，应经常将烘盘上下对调位置，并翻动物料。

2.烘房 为供大量生产用的烘箱，其结构原理与烘箱一致，但由于容量大，在设计上更应注意温度、气流路线及流速等因素间的相互影响，以保证干燥效率。

（二）减压干燥法

减压干燥，又称真空干燥，系指在负压条件下而进行干燥的一种方法。其特点是干燥温度低，干燥速度快；减少了物料与空气的接触机会，避免污染或氧化变质；产品呈海绵状，蓬松，易于粉碎；适用于热敏性或高温下易氧化物料的干燥，但生产能力小，劳动强度大。减压干燥效果取决于负压的高低（真空度）和被干燥物的堆积厚度。

图6-14为减压干燥器，由干燥柜、冷凝器与冷凝液收集器、真空泵三部分组成。

（三）喷雾干燥法

喷雾干燥法是流态化技术用于浸出液干燥的一种较好方法，系直接将浸出液喷雾于干燥器内使之在与通入干燥器的热空气接触过程中，水分迅速汽化，从而获得粉末或颗粒的方法。最大特点是物料受热表面积大，传热传质迅速，水分蒸发极快，几秒钟内即可完成雾滴的干燥，且雾滴温度大约为热空气的湿球温度（一般约为50℃左右），特别适用于热敏性物料的干燥。此外，喷雾干燥制品质地松脆，溶解性能好，且保持原来的色香味。可根据需要控制和调节产品的粗细度和含水量等质量指标。喷雾干燥法不足之处是能耗较高，进风温度较低时，热效率只有30%～40%；控制不当常出现干燥物黏壁现象，且成品收率较低；设备清洗较麻烦。图6-15为喷雾干燥示意图。

（四）沸腾干燥法

沸腾干燥，又称流床干燥，系指利用热空气流使湿颗粒悬浮，呈流态化，似“沸腾状”，热空气在湿颗粒间通过，在动态下进行热交换，带走水汽而达到干燥的一种方法。其特点是适于湿粒性物料，如片剂、颗粒剂制备过程中湿粒的干燥和水丸的干燥；沸腾床干燥的气流阻力较小，物料磨损较轻，热利用率较高；干燥速度快，产品质量好，一般湿颗粒流化干燥时间为20min左右，制品干湿度均匀，没有杂质带入；干燥时不需翻料，且能自动出料，节省劳动力；适于大规模生产。但热能消耗大，清扫设备较麻烦，尤其是有色颗粒干燥后给清洁工作带来困难。

沸腾干燥设备在制药工业生产中应用较多的为负压卧式沸腾干燥装置，见图6-16。此沸腾干燥床流体阻力较低，操作稳定可靠，产品的干燥程度均匀，且物料的破碎率低。其主要结构由空气预热器、沸腾干燥室、旋风分离器、细粉捕集室和排风机等组成。

（五）冷冻干燥法

冷冻干燥法系将浸出液浓缩至一定浓度后预先冻结成固体，在低温减压条件下将水分直接升华除去的干燥方法。其特点是物料在高度真空及低温条件下干燥，可避免成分因高热而分解变质，适用于极不耐热物品的干燥，如天花粉针、淀粉止血海绵等；干燥制品外观优良，质地多孔疏松，易于溶解，且含水量低，一般为1%～3%，利于药品长期贮存。但冷冻干燥需要高度真空及低温，设备特殊，耗能大，成本高。

（六）红外线干燥法

红外线干燥法系指利用红外线辐射器产生的电磁波被含水物料吸收后，直接转变为热能，使物料中水分汽化而干燥的一种方法。红外线干燥属于辐射加热干燥。

红外线辐射器所产生的电磁波以光的速度辐射到被干燥的物料上，由于红外线光子的能量较小，被物料吸收后，不能引起分子与原子的电离，只能增加分子热运动的动能，使物料中的分子强烈振动，温度迅速升高，将水等液体分子从物料中驱出而达到干燥。远红外线干燥速率是近红外线干燥的2倍，是热风干燥的10倍。由于干燥速度快，故适用于热敏性药物的干燥，特别适宜于熔点低、吸湿性强的物料，以及某些物体表层（如橡胶硬膏）的干燥。又由于物料表面和内部的物质分子同时吸收红外线，因此物料受热均匀，产品的外观好，质量高。此外，远红外电能消耗小，是近红外的50%左右，因此目前在制药、食品等行业中已广泛应用。

（七）微波干燥法

微波干燥系指把物料置于高频交变电场内，从物料内部均匀加热，迅速干燥的一种方法。微波是一种高频波，其波长为1mm到1m，频率为300MHz到300kMHz。制药工业上微波加热干燥只用915MHz和2450MHz两个频率，后者在一定条件下兼有灭菌作用。

微波干燥的特点是：穿透力强，可以使物料的表面和内部同时吸收微波，物料受热均匀，加热效率高，因而干燥时间短，干燥速度快，产品质量好；有杀虫和灭菌的作用；设备投资和运行的成本高。适用于含有一定水分而且对热稳定药物的干燥或灭菌，中药中较多应用于饮片、药物粉末、丸剂等干燥。

（八）其他方法

1.鼓式干燥法 鼓式干燥法系指将湿物料蘸附在金属转鼓上，利用传导方式提供汽化所需热量，使物料得到干燥的一种方法，又称鼓式薄膜干燥法或滚筒式干燥法。其特点是适于浓缩药液及黏稠液体的干燥；可连续生产，根据需要调节药液浓度、受热时间（鼓的转速）和温度（蒸汽）；对热敏性药物液体可在减压情况下使用；干燥物料呈薄片状，易于粉碎。常用于中药浸膏的干燥和膜剂的制备。

2.吸湿干燥法 吸湿干燥法系指将湿物料置干燥器中，用吸水性很强的物质作干燥剂，使物料得到干燥的一种方法。数量小，含水量较低的药品可用吸湿干燥法。干燥器可分为常压干燥器和减压干燥器，小型的多为玻璃制成。常用的干燥剂有硅胶、氧化钙、粒状无水氯化钙、五氧化二磷、浓硫酸等。

3.带式干燥法 带式干燥法是将湿物料平铺在传送带上，利用干热气流或红外线、微波等使湿物料中水分汽化进行干燥的一种方法。在制药生产中，某些易结块和变硬的物料，药材饮片大量加工生产，茶剂的干燥灭菌等多采用带式干燥设备。此法干燥均匀，操作简单。 8W8xJGodutvlNKV5ogqTO9JBkpGVPZy7fT0lW/CyEimUMSQbWQUi+h/RPU7a5xzb