復雜注射劑是相對一般注射劑而言的，復雜注射劑包括脂質(zhì)體、微球、乳劑和納米粒等，在這些產(chǎn)品中，有部分復雜注射劑的工藝涉及溶劑蒸除，例如注射用紫杉醇（白蛋白結合型）和布比卡因。
溶劑蒸除是一個較為困難的工序，因為溶劑蒸除對設備的依賴性很強，受限于國內(nèi)制藥設備整體水平，溶劑蒸除成為主要控制的對象，工藝中溶劑蒸除通常使用薄膜蒸發(fā)儀，本文就薄膜蒸發(fā)儀設備的內(nèi)部結構進行分析，考察刮板傾角、刮板塊數(shù)等刮板結構參數(shù)對薄膜蒸發(fā)器內(nèi)圈波形形狀和速度場的影響，從而分析成膜狀態(tài)對溶劑蒸除的影響。
圖1為薄膜蒸發(fā)器結構簡圖，液膜位于加熱筒體和刮板之間的部分，刮膜器由3塊厚度為1 mm的金屬板組成，以120度均布在蒸發(fā)器內(nèi)。
板結構參數(shù)影響分析
(1) 刮板傾角的改變
設置4個傾角水平分別為：0度，15度，30度，45度。設定薄膜蒸發(fā)器的初始液膜厚度0．75 mm，物料粘度0．3 Pa s，物料其他特性參數(shù)和水相同，刮板轉速60 r／min，時間步長0．0005 S。
① 刮板傾角對液膜厚度變化的影響
不同刮板傾角時液膜厚度的變化如圖2所示?？梢钥闯觯S著刮板傾角的增加，刮板前緣的圈形波出現(xiàn)了越來越強的波動現(xiàn)象，波形中有一些由于刮板攪動作用而形成的氣泡，加強了氣液混合的效果。隨著刮板傾角持續(xù)的增加，當刮板傾角到30度，45度時，由于刮板的傾斜，刮板對液膜的剪切作用明顯，在刮板附近形成非常明顯的湍流流動，由于液體流道發(fā)生了變化，圈形波的形狀逐漸從1／4圓變?yōu)槿切?。由圖進一步可知，雖然傾角的增加使得液膜內(nèi)氣液混合加劇，促進傳熱和傳質(zhì)，但圈形波的截面積明顯減小，這勢必會對薄膜蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力造成一定的影響。所以刮板傾角和進料量之間存在一個合理的搭配。
② 流速分布的變化
圖3示出不同刮板傾角下徑向速度的分布。可以看出，當刮板傾角為15度時，圈形波內(nèi)回流現(xiàn)象最明顯，隨著刮板傾角的繼續(xù)加大，回流現(xiàn)象逐漸減弱。液膜內(nèi)徑向速度則隨著刮板傾角的增大而增大，這是由于傾斜的刮板對圈形波內(nèi)流體有迫使其流向壁面的作用力，傾角越大、作用力越強，這在加強徑向混合傳質(zhì)方面具有重要的作用。
上圖物料粘度均為0.3 Pa·s，為了進一步討論刮板結構對高粘度物料液膜流場的影響，將料液粘度改為1.0 Pa·s，其他參數(shù)不變。圖4，5展示出了兩種粘度下，刮板傾角對液膜內(nèi)平均速度和徑向速度的影響?？梢钥闯觯伟鍍A角的改變對膜內(nèi)平均速度的影響較小，但是傾角的改變對液膜內(nèi)徑向速度的影響較大，對于高粘度料液，刮板傾角增大，液膜徑向速度增加比較明顯，因此，適當增加刮板的傾角可以加劇液膜的徑向混合，增大薄膜蒸發(fā)器的傳熱傳質(zhì)效率，但是過大的傾角會使圈形波的尺寸減小，減少薄膜蒸發(fā)器內(nèi)的存液量。在特定操作參數(shù)下，存在最佳的刮板傾角。
(2) 刮板數(shù)的改變
設定薄膜蒸發(fā)器的初始液膜厚度0．75 mm，粘度1．0 Pa·s，物料其他特性參數(shù)與水相同，刮板塊數(shù)分別為2，3，4，5，轉速60 r／min，時間步長0．0005 s。
① 刮板塊數(shù)對液膜厚度變化的影響
圖6示出了不同刮板數(shù)時液膜形狀分布?？梢钥闯?，隨著刮板塊數(shù)的增加，刮板前緣的圈形波出現(xiàn)了越來越強的波動現(xiàn)象，圈形波中氣相部分不斷增加。另外，還可以看出，隨著刮板數(shù)的不斷增加，其前緣的液膜不斷被刮板帶走，或者在刮板的推動下，液膜向外飛濺的趨勢越來越明顯。
② 流速分布及湍動能的變化
圖7，8展示出了不同粘度下，刮板數(shù)目對液膜內(nèi)平均速度和湍動能的影響?？梢钥闯?，各粘度條件下，液膜內(nèi)平均速度均隨刮板數(shù)的增加而增大，且變化趨勢基本一致，當物料粘度較低時，在刮板的刮擦作用下，液膜極易發(fā)生飛濺，湍流區(qū)域減少，不利于液膜的蒸發(fā)，當粘度為0．3 Pa·s，刮板數(shù)大于2時，湍動能急劇減小；當粘度為1．0 Pa·s，刮板數(shù)大于4時，液膜內(nèi)湍動能急劇減小，但液膜內(nèi)平均速度并沒有減小。
進一步由圖6可以看出，當刮板數(shù)大于4時，圈形波內(nèi)的液膜發(fā)生了嚴重的飛濺，并沒有和壁面上的液膜進行混合，不利于物料之間的傳熱與傳質(zhì)。所以適當?shù)卦黾庸伟宓臄?shù)目可以提高圈形波內(nèi)的平均速度，增加液膜的湍動，從而有利于傳熱與傳質(zhì)，同時也可以提高薄膜蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力，但是過多的刮板會產(chǎn)生液膜的飛濺，反而不利于物料的傳熱與傳質(zhì)，造成能量的浪費。最佳刮板數(shù)為4塊。綜上所述，合理的刮板數(shù)目有利于薄膜蒸發(fā)儀效率的提高。
綜上所述：
（1）增加刮板的傾角可以增大液膜的徑向速度，從而促進液膜的徑向混合，但是傾角增大的同時圈形波的截面積變小，降低了薄膜蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力。
（2）增加刮板的數(shù)目，圈形波內(nèi)的平均速度增大，湍動增強，但是當刮板數(shù)量過多時，液膜出現(xiàn)了嚴重的飛濺，此時湍動能減小，不利于物料之間的傳熱與傳質(zhì)。
對于薄膜蒸發(fā)器必須選擇合理的刮板傾角和數(shù)目，以提高蒸發(fā)效率及增大料液在腔體內(nèi)的覆蓋率，從而達到溶劑的有效蒸除。
