第六節　干　　燥

干燥系利用熱能或其他方式除去濕物料或膏狀物中的水分，從而獲得干燥品的操作。干燥是中藥制劑生產中不可缺少的環節，廣泛用于原料藥、藥材提取物、輔料及制劑成品的處理。

干燥的目的在于：①便于制劑的加工處理，如中藥飲片經干燥后脆性增加，易于粉碎，細粉或顆粒經干燥后便于充填膠囊或壓制成片劑；②提高藥物的穩定性，經干燥后的原料藥、成品水分少，可以減緩有效成分的降解，防止藥品變質，延長藥品的有效期；③保證產品的外觀和內在質量；④易于貯藏和運輸。

一、干燥的基本理論

（一）干燥的基本原理

以應用最普遍的對流干燥為例。在干燥過程中，濕物料與預熱后的空氣接觸，空氣中的熱量以對流的方式傳給濕物料，使物料表面的水分立即汽化，并通過物料表面的氣膜擴散到熱空氣中，此時物料內部與表面產生水分的濃度差，水分由物料內部逐漸向表面擴散并繼續汽化，使物料的水分不斷減少而干燥。因此對流干燥過程中同時進行著方向相反的傳熱和傳質的過程，一方面氣體將熱量傳給物料，另一方面物料將水分傳遞給空氣。

（二）物料中所含水分的性質

1.結合水和非結合水

根據物料與水分結合的方式、特征和結合能力，物料中的水分可分為結合水和非結合水兩類。

（1）結合水　系指存在于物料中與物料之間以化學力或物理和化學力相互結合的水分。包括：①物料內部細小毛細管中的水分；②在濕物料中部分形成物料溶液中的水分；③結晶水，固體物料為晶體結構時，其中含有一定量以化學力或物理化學力與物料結合的水分；④溶脹水，指滲入到物料細胞壁內，成為了物料組成的一部分的水分。

結合水汽化時不僅要克服水分子間的作用力，還需克服水分子與固體間結合的作用力，使得這部分水分的蒸氣壓低于同溫度下純水的蒸氣壓，干燥過程的傳質推動力降低，用普通干燥方法除去較難。

（2）非結合水　系指存在于物料表面潤濕水分，粗大毛細管中水分和物料空隙中水分。其與物料結合力弱，易于除去。

2.平衡水與自由水

根據物料中所含水分除去的難易，可分為平衡水分和自由水分。

（1）平衡水　在一定空氣條件下，物料表面水分的蒸氣壓與空氣中水分蒸氣壓相等時物料中所含的水分。在該空氣條件下，平衡水是干燥時不能除去的水分。平衡水的含量與物料的種類、空氣的狀態有關。相同物料在不同的空氣條件下平衡水的含量不同，因此要降低平衡水分，只有降低相對濕度。

（2）自由水　物料中除平衡水以外的其余水分，即在干燥過程中能除去的水分。自由水包括全部非結合水和部分結合水。物料中不同性質水分的關系如圖4-1所示。

（三）空氣的性質

干燥時的空氣是干空氣和水蒸氣的混合物。空氣的性質對物料的干燥效果影響很大。在干燥過程中只有采用熱的不飽和空氣才能繼續容納水分，不僅提供水分蒸發的熱量，且能降低空氣的相對濕度以提高空氣的吸濕能力。

（四）干燥速率與干燥速率曲線

干燥速率系指單位時間內、單位干燥面積上被干燥物料中汽化的水分量?？捎檬剑?-6）表示：

　　（4-6）

式中，U為干燥速率，kg/（m2·h）；s為干燥面積，m2；w'為汽化水分量，kg；t為干燥時間，s。

物料的干燥是水分連續進行內部擴散和表面汽化的過程。所以，干燥速率取決于水分的內部擴散和表面汽化的速率。干燥速率與物料水分的關系，可用干燥速率曲線（圖4-2）表示。其橫坐標為物料的水分含量C，縱坐標為干燥速率U。從干燥速率曲線可以看出，干燥過程可分為兩個階段：等速階段和降速階段。在等速階段，干燥速率與物料的含水量無關。在降速階段，干燥速率近似地與物料含水量成正比。干燥曲線轉折點所示的物料含水量為臨界含水量C0，與橫坐標交點所示的物料含水量為平衡水分C平。因此，當物料含水量大于C0時，干燥過程屬于等速階段；當物料含水量小于C0時，干燥過程處于降速階段。

等速階段為干燥初期。此時物料內部水分的擴散速率大于表面汽化速率，水分的蒸氣壓恒定，表面汽化的推動力保持不變，干燥速率主要取決于表面汽化速率，與物料的含水量無關，所以出現等速階段?？梢酝ㄟ^提高干燥溫度和空氣流速、降低環境空氣濕度的辦法加快等速階段的干燥速度。

降速階段為干燥后期。干燥進行到一定程度（C<C0）時，由于物料內部水分的擴散速率小于表面的汽化速率，物料表面沒有足夠的水分滿足表面汽化的需要，水分擴散阻力加大，干燥速率逐漸降低。可以通過提高干燥溫度、減小物料層厚度等方法加快此階段速度。

二、影響干燥的因素

（一）物料的性質

物料的性質是影響干燥速率的主要因素，包括物料本身的結構、形狀、大小、料層的厚度，水分的結合方式等。一般來說，堆積薄的物料較堆積厚的物料干燥快，顆粒狀物料較粉末狀物料干燥快，有組織結構的藥材較膏狀物料干燥快。在制劑生產中最難干燥的為膏狀物料，因為膏狀物料的水分主要以溶解的形式與溶質結合，其蒸發只能在表面緩慢進行，內部水分不易擴散出來，并且這些溶質常具有較強的吸濕性，若沒有一定的干燥條件條件，則很難干燥。

（二）溫度、濕度和流速

在適當的范圍內，提高空氣的溫度，可使物料的溫度相應提高，使蒸發速度加快，有利于干燥。但應考慮物料的熱敏性，在有效成分不破壞的前提下適當提高干燥溫度。

空氣的相對濕度越低，與物料的濕度差越大，干燥越容易進行，故通過降低物料干燥空間的相對濕度可提高干燥速度。多采用吸濕劑如生石灰、硅膠等吸除水蒸氣，或采用排風、鼓風裝置等更新空間的氣流，將汽化的水分及時除去。

空氣的流速越大，干燥速度越快，但空氣的流速對降速階段幾乎沒有影響。因為提高空氣的流速，可以減小氣膜厚度，降低表面汽化的阻力，從而提高等速階段的干燥速度，而空氣流速對物料內部擴散無影響，故與降速階段的干燥速度無關。

（三）干燥速度與干燥方法

在干燥過程中，首先是物料表面水分的蒸發，其次是內部水分逐漸擴散到表面繼續蒸發，直至干燥完全。當干燥過快時，如干燥溫度過高，物料表面水分的蒸發速度遠遠超過內部水分擴散到物料表面的速度，導致物料表面的粉粒彼此黏附，甚至熔化結殼，從而阻礙內部水分繼續擴散和蒸發，使干燥不完全，形成“假干”現象。

物料的干燥可采用靜態和動態兩種方式。在靜態干燥情況下，溫度只能逐漸升高，以使物料內部水分慢慢向表面擴散，亦可適當減小料層厚度，或者不時進行攪動和分散，以提高干燥速率。在動態干燥情況下，物料處于跳動或懸浮于氣流中，暴露面積大大增加，干燥效率高。但需要及時提供足夠的熱能，以滿足蒸發和降低干燥空間相對濕度的需要。如沸騰干燥、噴霧干燥等。

（四）壓力

壓力與蒸發量成反比，因此干燥空間氣壓越小，越有利于水分蒸發。減壓干燥可降低干燥溫度，加快蒸發速度，提高干燥效率，且產品疏松易碎，質量穩定。

三、干燥方法與設備

在制藥工業中，由于被干燥物料的形狀各異，有顆粒狀、粉末狀、丸狀、膏狀；物料的性質也多樣化，如熱敏性、酸堿性、黏性，不同劑型對物料的干燥程度和產品質量也有不同要求，如散劑的含水量不得超過9.0%，顆粒劑的含水量不得超過8.0%等，應根據這些特點和要求選用適當的干燥方法與設備。

按照熱能傳遞的方式，干燥方法可分為對流干燥、傳導干燥、輻射干燥和介電干燥。根據物料的干燥目的不同，可采用兩個或兩個以上的干燥方法聯合使用，以滿足生產要求。

（一）對流干燥

對流干燥系指干燥后的熱空氣與濕物料接觸，將熱能傳遞給物料，水分被空氣帶走。

1.常壓干燥

常壓干燥系指在常壓下，將熱的干燥氣流通過濕物料的表面使水分汽化而干燥的方法。其原理是空氣由風機送入預熱器，被加熱至一定溫度，進入干燥器物料盤間，與濕物料進行熱交換，通過排氣帶走濕氣，使物料持續干燥。在干燥過程中，物料處于靜止狀態，干燥速度較慢。

（1）箱式干燥器　由箱體、風機、加熱器、料盤、排濕系統、電器控制系統等組成，如烘箱、烘房等。該設備結構簡單、價廉、適應性強、應用廣泛，但熱效率低、干燥時間長、產品質量不均勻、間歇操作、勞動強度大。

（2）帶式干燥機　由若干個獨立單元組成。每個單元包括循環風機、加熱器、傳送帶、進氣系統和排氣系統。干燥時將濕物料平鋪在傳送帶上，利用干熱空氣使濕物料中的水分汽化而進行干燥的方法，也可以用紅外線或微波等加熱方式。其優點是機身兩端連續進出料，且各單元參數獨立控制，以保證干燥的可靠性，適用于易結塊、易變硬的物料，或藥材飲片加工、茶劑干燥滅菌等；但物料在干燥過程中易產生粉塵。

2.減壓干燥

減壓干燥又稱真空干燥，系指在低于常壓的條件下使物料中的水分汽化而干燥的方法。其原理是利用真空泵抽氣、抽濕，在密閉容器中形成真空狀態，使水分在較低溫度下汽化，并被冷凝移除，使物料快速干燥。

物料在較低溫度下干燥，可減少藥物成分的破壞，干燥過程中設備保持密閉狀態，可防止藥物被污染和氧化，其干燥品呈海綿狀，蓬松而易于粉碎，適用于熱敏性或在高溫下易被氧化的物料干燥。此法屬于間歇操作，生產能力小，勞動強度大。

3.沸騰干燥

沸騰干燥又稱流化床干燥，系利用熱空氣流使物料懸浮呈流化態，似“沸騰”狀，熱空氣在濕物料間通過，在動態下與濕物料進行傳質傳熱，帶走水汽而使物料干燥的方法，通常適用于量大、顆粒狀物料的干燥。

沸騰干燥的優點：在流化床內，由于氣固間的高度混合，顆粒呈沸騰狀態，整個床內的溫度均勻，不會導致局部過熱，氣固間傳熱傳質良好；干燥氣流阻力較小，物料磨損較輕；干燥速度快，產品質量好，制品的水分含量均勻；且熱空氣經過高效過濾器，沒有雜質和異物的帶入；干燥期間不需要翻料，可自動出料，節省勞動力，適合于大生產。其缺點是熱能消耗大，設備清潔較麻煩，有色顆粒干燥后清潔更為困難。

4.噴霧干燥

噴霧干燥是用霧化器將液態物料分散成霧狀液滴，在干燥介質（熱空氣）作用下進行熱交換，使霧狀液滴中的水分迅速蒸發，從而獲得干燥粉末或顆粒的方法。

料液經噴霧器形成霧滴狀，以增加液體表面積，噴落于一定流速的熱空氣中，因霧滴表面水飽和，其溫度約為熱空氣的濕球溫度（一般為50℃左右），使其迅速干燥。噴霧干燥的特點為物料受熱表面積大，傳熱傳質迅速，水分蒸發極快，數秒即可將霧滴干燥，且干燥時液滴溫度不高，適用于熱敏性物料的干燥。其產品質地松脆，溶解性好，且能保持原來的色香味。

（二）傳導干燥

傳導干燥系將熱能直接通過傳熱壁加熱物料，使物料中的水分汽化，同時被空氣帶走。

1.冷凍干燥

冷凍干燥系將含有大量水分的物料（溶液或混懸液）預先凍結成冰點以下（通常為-40～-10℃）的固體，在低溫真空條件下將水分直接升華而除去的干燥方法。水分升華所需要的熱能主要依靠物料的熱傳導，因此屬于熱傳導干燥。

冷凍干燥適用于極不耐熱、易水解、易氧化及易揮發物料的干燥，也常用于血漿、血清、抗生素、激素等生物制品和蛋白質、酶類藥品的制備。干燥制品外觀優良，質地多孔疏松，易于溶解，含水量低，利于藥品長期貯存。但該工藝要求高度真空及低溫，設備昂貴，耗能大，生產成本高。

2.鼓式干燥

鼓式干燥又稱鼓式薄膜干燥或滾筒式干燥，系將濕物料黏附在金屬轉鼓上，利用熱傳導方式提供水汽化所需熱量，使物料得以干燥的方法。

鼓式干燥的特點是熱效率高，可連續生產，可根據需要調節料液濃度、受熱時間（鼓的轉速）和溫度（蒸汽壓力），對熱敏性物料可在減壓條件下使用，干燥產品呈薄片狀，易于粉碎。其缺點是生產效率低，在金屬轉鼓上的物料易產生過熱現象。鼓式干燥常用于中藥濃縮液等黏稠液體的干燥和膜劑的制備。

（三）輻射干燥

輻射干燥系指利用紅外線輻射器產生的電磁波被含水物料吸收后，直接轉變為熱能，使物料水分汽化而干燥的方法。通常遠紅外線（波長為5.6～1000μm）的干燥效果優于近紅外線（波長為5.6μm以下）。

紅外線干燥的特點為干燥效率高，不需要干燥介質，產品質量好，成本低，干燥速度快。但電能消耗大，溫度高，穿透性差，僅限于量少且薄的濕物料的干燥。輻射干燥適用于安瓿、西林瓶等玻璃器皿及中藥材、飲片等烘干或滅菌。

（四）介電干燥

介電干燥系在高頻電磁場的作用下，濕物料中的水分子及離子產生以偶極子轉動和離子傳導等為主的能量轉換效應，輻射能轉化為熱能，水分汽化，同時被空氣帶走。制藥行業常用微波干燥。

微波干燥系將物料置于高頻交變電場內，物料中的水分吸收電磁波的能量后快速汽化而干燥的方法。微波是指頻率很高（300MHz～300GHz）、波長很短（1mm～1m）的一種電磁波。微波干燥時濕物料處于微波高頻電場內，水分子發生極化并沿微波電場的方向排列，隨高頻交變電場方向的交互變化而轉動，產生劇烈的碰撞和摩擦，使得微波能量轉化為極性分子運動能，以熱能的形式表現出來，使水的溫度升高汽化而逸出，從而達到干燥的目的。

微波干燥設備主要由直流電源、微波發生器、波導、微波加熱器（干燥室）及冷卻系統等組成。微波干燥是一種源自物料內部的加熱方式。其特點是干燥速度快、時間短、物料受熱均勻、便于控制、熱效率高等，但其設備費用相對較高。

（五）吸濕干燥

吸濕干燥系將濕物料置于干燥器中，用吸水性很強的物質作干燥劑，使物料得到干燥的一種方法。吸濕干燥可在常壓或減壓條件下進行，適用于量少、含水量低的物料。常用的干燥劑有硅膠、氧化鈣、碳酸鉀、氯化鎂、五氧化二磷等。