CN112451982A

CN112451982A - 一种去除流体中有机溶剂的蒸发设备

Info

Publication number: CN112451982A
Application number: CN202011402861.4A
Authority: CN
Inventors: 魏彦; 张奇志; 蒋新国; 倪海华; 郝秀斌; 黄淑萍; 郑龙生; 赵世磊
Original assignee: Fudan University; Yangtze River Pharmaceutical Group Co Ltd
Current assignee: Fudan University; Yangtze River Pharmaceutical Group Co Ltd
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2040-12-02
Also published as: CN112451982B

Abstract

本发明公开了一种去除流体中有机溶剂的蒸发设备，该蒸发设备包含：储液罐，连接与其呈一定角度的管道，管道中内置不锈钢孔网，通过折流效应及孔网的筛分效应可进行气液分离；此管道下方再连接与其呈一定角度的管道，管道中内置不锈钢孔道，液体在折流效应及重力作用下，进入管道下部的不锈钢孔道，并进入集液罐，而气体折流而行，进入管道上部的不锈钢孔道；此管道上方再连接与其呈一定角度的上行管道，在上行过程中，气体中混有的一部分液体会因重力而下流汇集并流回集液罐，达到提高收率的目的，而气体最终被真空泵抽走。本发明改善了药物制剂中低沸点有机溶剂的蒸发效果，在药液收率为100％的情况下，可除去96％的低沸点有机溶剂。

Description

一种去除流体中有机溶剂的蒸发设备

技术领域

本发明包括但不限于机械设备领域，尤其涉及一种去除流体中有机溶剂的蒸发设备，例如乳液蒸发设备，可适用于纳米药物制剂中的有机溶剂在进行薄膜蒸发前的一次蒸发目的。

背景技术

薄膜蒸发器是一种新型的蒸发设备，其工作原理是使物料沿着加热的圆筒体表面向下流动，形成薄膜，从而使物料的蒸发面积显著增大。薄膜蒸发器具有以下优势：传热效率高；质量交换快；物料受热时间短；物料以薄膜的形式蒸发，几乎没有压差，减少了真空度的损失。

由于较高的蒸发效率及易于实现工艺放大，薄膜蒸发器广泛用于制药工业中。如在药物制剂制备工艺中，一些特殊的纳米制剂在制备阶段会引入有机溶剂，而这些有机溶剂往往需要采用薄膜蒸发设备去除至规定的极低限度值以下。

然而，一些含有低沸点有机溶剂(如氯仿、二氯甲烷等)的乳液，在采用薄膜蒸发设备进行蒸发时，由于有机溶剂在真空条件下暴沸，加之乳液中表面活性剂的作用，会产生大量泡沫，从而被真空泵迅速带离至废液侧，导致药液的大量损失，从而使产品的收率降低。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制本申请的保护范围。

本发明设计了一种去除流体中有机溶剂的蒸发设备，通过气液分离能预先去除流体中的大部分低沸点有机溶剂，以缓解薄膜蒸发阶段大量泡沫的产生，从而提高薄膜蒸发的效率及流体收率，同时，该蒸发设备，可快速、大量的除去纳米制剂中的低沸点有机溶剂。

本发明提供了含有机溶剂的流体蒸发设备，所述蒸发设备主要包括：

储液罐，与储液罐连接的第一管道，储液罐与第一管道通过第一连接管相连，与第一管道相连的第二管道，与第二管道相连的第三管道，与第三管道相连的真空缓冲罐，与真空缓冲罐相连的真空泵，与第二管道相连的集液罐；

其中，所述第一管道内存在一个或多个垂直于第一管道排列的不锈钢孔网；所述第二管道内含多个平行于第二管道分布的不锈钢孔道；

所述的蒸发设备中至少包括下列一种分布方式：

i.第一管道与第一连接管之间的角度呈大于90度小于180度角的分布；

ii.第一管道与第二管道之间的角度呈大于0度小于90度角的分布；

iii.第三管道与第二管道之间的角度呈75度至100度角。

在本发明的实施方案中，储液罐和/或真空泵缓冲罐为立式布置。

在本发明的实施方案中，第一管道与第一连接管之间的角度呈135度角，第二管道与第一管道之间的角度呈45度角，第三管道与第二管道之间的角度呈90度角。

在本发明的实施方案中，所述蒸发设备还包括水浴罐，所述水浴罐可产生不同温度的介质，该介质用于蒸发设备的冷却或加热；可选地，储液罐、第一管道和第二管道的外壁包含夹层，所述水浴罐中的介质可在储液罐、第一管道和第二管道的外壁中循环，以使罐或管道腔维持在一定温度。

在本发明的实施方案中，所述的蒸发设备中，在第一管道与第二管道之间和/或第三管道与真空真空泵缓冲罐之间可以设置玻璃视镜。

在本发明的实施方案中，所述流体可以是乳液或纳米制剂的药液，例如包括但不限于注射用紫杉烷类(如卡巴他赛、多西他赛、或紫杉醇)白蛋白结合型药液。

在本发明的实施方案中，除玻璃视镜外，所述设备全部采用不锈钢材质。为保证设备的密封性，所述设备各部分通过不锈钢法兰连接，法兰内置硅胶密封圈。

含有机溶剂的流体例如药液以一定速度经储液罐1流出，自进入第一管道4开始，即进入蒸发设备的真空系统。在高真空条件下，有机溶剂的沸点降至更低温度，达到沸点的有机溶剂开始沸腾蒸发，并形成大量气体。蒸发设备的蒸发过程即是将这些有机溶剂气体与流体中液体进行气液分离的过程。在此过程中，有机溶剂气体被真空泵14抽走，而液体进入集液罐9中。

第一管道4与第一连接管3呈135度角分布，在流动方向改变并遇到阻挡时，有机溶剂气体会折流而走，而液体由于惯性，继续有一个向前的速度，这些向前流动的液体附着在阻挡壁面上，进一步在重力作用下下流汇集到一起，从而实现初步的气液分离。

在第一管道4内置不锈钢孔网5，当有机溶剂气体与液体一起流动通过孔网时，孔网可起到筛分效应，即气体自由通过，而液体被拦截且留在孔网上，并在重力作用下下流汇集在一起从第一管道4的底部流出，从而实现再次的气液分离。

第二管道7与第一管道4呈45度角，由第一管道4流出的液体在折流及重力作用下，倾向于流入第二管道7下部的圆柱形孔道8内，并进一步在重力作用下下流汇集于集液罐9中；而有机溶剂气体折流而走，且由于较低的密度，倾向于流入管道7上端的圆柱型孔道8内。

第三管道11与第二管道7呈90度角，由第二管道7上端的圆柱形孔道8流出的气体将在真空泵的吸力作用下，折流而走，进入第三管道11。第三管道11具有较长的管程和垂直高度，在气体向上运动的过程中，其中夹带的部分液体将在重力作用下汇集下流，并重新流回集液罐9中，以避免药液损失。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本发明所述有机溶剂蒸发设备结构示意图；

图2为不锈钢孔网结构示意图；

图3为不锈钢孔道示意图，A为不锈钢孔道横截面示意图；B为不锈钢孔道纵截面示意图。

附图标记为：1—储液罐，2—水浴夹层，3—第一连接管，4—第一管道，5—不锈钢孔网，6—玻璃视镜1，7—第二管道，8—不锈钢孔道，9—集液罐，10—水浴罐，11—第三管道，12—玻璃视镜2，13—真空泵缓冲罐，14—真空泵，15—不锈钢孔网横截面，16—不锈钢孔道横截面，17—不锈钢孔道纵截面。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在本发明的实例中，本发明提供了去除流体中有机溶剂的蒸发设备，所述蒸发设备主要包括：

所述的蒸发设备中包括下列一种、两种或三种分布方式：

iii.第三管道与第二管道之间的角度呈75度至100度角；

在本发明的实例中，第一管道与第一连接管之间的角度呈135度角，第二管道与第一管道之间的角度呈45度角，第三管道与第二管道之间的角度呈90度角。

在本发明的实例中，所述蒸发设备还包括水浴罐，所述水浴罐可产生不同温度的介质，该介质用于蒸发设备的冷却或加热；可选地，储液罐、第一管道和第二管道的外壁包含夹层，所述水浴罐中的介质可在储液罐、第一管道和第二管道的外壁中循环，以使罐或管道腔维持在一定温度。

在本发明的实例中，所述的蒸发设备中，在第一管道与第二管道之间和/或第三管道与真空真空泵缓冲罐之间可以设置玻璃视镜。

在本发明的实例中，除玻璃视镜外，所述设备全部采用不锈钢材质。为保证设备的密封性，所述设备各部分通过不锈钢法兰连接，法兰内置硅胶密封圈。

在本发明的实例中，储液罐和/或真空泵缓冲罐为立式布置。

如图1、图2和图3所示，蒸发设备，所述蒸发设备包括：储液罐1立式布置，通过法兰与第一连接管3连接，第一连接管3立式布置，第一连接管3与第一管道4通过法兰连接，第一管道4内置不锈钢孔网5，不锈钢孔网5的结构见图2，第一管道4含玻璃视镜1(6)，第一管道4与第二管道7相连，第二管道7内置不锈钢孔道8，不锈钢孔道8的结构见图3的A和B，第二管道7通过法兰与集液罐9相连，第二管道7通过法兰与第三管道11相连，第三管道11含玻璃视镜2(12)，第三管道11与真空泵缓冲罐13相连，缓冲罐13立式布置，缓冲罐13与真空泵14相连，含水浴罐10；储液罐1、第一管道4、第二管道7含水浴夹层2，水浴罐中介质可在其中循环。

实施例1

储液罐1与第一管道4之间角度为135度，第一管道4与第二管道7之间角度为45℃，第二管道7与第三管道11之间角度为90度，第二管道7内含不锈钢孔道，而将第一管道4中不锈钢孔网5去除。将2g卡巴他赛溶于20ml二氯甲烷，溶液中加入600ml人血清白蛋白(3％w/v)；混合物在低转速下匀浆5分钟(FLUKO，OE-017)形成初乳，然后将其转移到高压均质机内(Microfluidics)，在15000～25000磅/英寸²(psi)下循环均质至少5次，得到药液。将药液以300mL/min的流速注入所述高效有机溶剂蒸发设备，在水浴夹层温度设定为25℃，真空度设定为0.09MPa条件下进行蒸发。实验过程中可观察到乳液从第一管道4快速冲下，被真空泵吸入真空泵缓冲罐中，造成药液收率的显著下降(表1)。因此，高效有机溶剂蒸发设备的技术方案优选为在第一管道4中内置不锈钢孔网5。

表1.含或不含孔网5时药液收率

	不含孔网5	含孔网5
			药液收率(％)	65％	100％

实施例2

将第二管道7中的不锈钢孔道去除，而其他设备参数设置同实施例1。

将3g卡巴他赛溶于25ml二氯甲烷，溶液中加入600ml人血清白蛋白(5％w/v)，混合物在低转速下匀浆5分钟(FLUKO，OE-017)形成初乳，然后将其转移到高压均质机内(Microfluidics)。在15000～25000磅/英寸²(psi)下循环均质至少5次，得到药液。将药液以300mL/min的流速注入所述高效有机溶剂蒸发设备，在水浴夹层温度设定为25℃，真空度设定为0.09MPa条件下进行蒸发。实验过程中可观察到大量乳液从第二管道7被真空泵吸入第三管道11中，进而进入真空泵缓冲罐中，造成药液收率的显著下降(表2)。因此，高效有机溶剂蒸发设备的技术方案优选为在第二管道7中内置不锈钢孔道8。

表2.含或不含不锈钢孔道8时的药液收率

	不含不锈钢孔道8	含不锈钢孔道8
			药液收率(％)	60％	100％

实施例3

将储液罐1与第一管道4之间的角度分别调整为90度、135度、180度，而其他设备参数设置同实施例1。

将3g卡巴他赛溶于25ml二氯甲烷，溶液中加入600ml人血清白蛋白(5％w/v)，混合物在低转速下匀浆5分钟(FLUKO，OE-017)形成初乳，然后将其转移到超声细胞破壁仪，在20KHz，20～100％振幅下超声处理3分钟，得到药液。将药液以300mL/min的流速注入所述高效有机溶剂蒸发设备，在水浴夹层温度设定为25℃，真空度设定为0.09MPa条件下进行蒸发。在储液罐1与第一管道4之间角度为90度或180度时，可观察到大量药液被吸入真空泵缓冲罐中，造成药液收率的显著下降，而角度为135度时，药液收率为100％(表3)。因此，储液罐1与第一管道4之间的角度优选为135度。

表3.储液罐1与管道4呈不同角度时的药液收率

储液罐1与管道4之间角度	90度	135度	180度
				药液剂收率(％)	68％	100％	56％

实施例4

将第一管道4与第二管道7之间的角度分别调整为10度、45度、90度，而其他设备参数设置同实施例1。

将2g紫杉醇溶于20ml三氯甲烷，溶液中加入400ml人血清白蛋白(5％w/v)，混合物在低转速下匀浆5分钟(FLUKO，OE-017)形成初乳，然后将其转移到超声细胞破壁仪，在20KHz，20～100％振幅下超声处理3分钟，得到药液。将药液以300mL/min的流速注入所述高效有机溶剂蒸发设备，在水浴夹层温度设定为25℃，真空度设定为0.09MPa条件下进行蒸发。在第一管道4与第二管道7之间角度为10度、45度、90度时，药液收率分别为55％、100％、96％(表4)。因此，第一管道4与第二管道7之间的角度优选为45度。

表4.管道4与管道7呈不同角度时的药液收率

实施例5

将第二管道7与第三管道11之间的角度分别调整为45度、90度、135度，而其他设备参数设置同实施例1。将3g紫杉醇溶于20ml二氯甲烷，溶液中加入400ml人血清白蛋白(5％w/v)，混合物在低转速下匀浆5分钟(FLUKO，OE-017)形成初乳，然后将其转移到高压均质机内(Microfluidics)，在15000～25000磅/英寸²(psi)下循环均质至少5次，得到药液。将药液以300mL/min的流速注入所述高效有机溶剂蒸发设备，在水浴夹层温度设定为25℃，真空度设定为0.09MPa条件下进行蒸发。将第二管道7与第三管道11之间的角度分别调整为45度、90度、135度时，药液收率分别为95％、100％、76％(表5)。因此，第二管道7与第三管道11之间的角度优选为90度。

表5.第二管道7与第三管道11呈不同角度时的药液收率

管道7与管道11之间角度	45度	90度	135度
				药液收率(％)	95％	100％	76％

实施例6

将第三管道11的垂直高度设定为与储液罐1等高、其高度的2/3或其高度的1/3，而其他设备参数设置同实施例1。将2g多西他赛溶于30ml三氯甲烷，溶液中加入400ml人血清白蛋白(5％w/v)，混合物在低转速下匀浆5分钟(FLUKO，OE-017)形成初乳，然后将其转移到高压均质机内(Microfluidics)，在15000～25000磅/英寸²(psi)下循环均质至少5次，得到药液。将药液以300mL/min的流速注入所述高效有机溶剂蒸发设备，在水浴夹层温度设定为25℃，真空度设定为0.09MPa条件下进行蒸发。在第三管道11的垂直高度分别为与储液罐1等高、其高度的2/3或其高度的1/3时，药液收率分别为100％、72％、45％(表6)。因此，第三管道11的垂直高度优选为与储液罐1等高。

表6.管道11不同垂直高度时的药液收率

管道11垂直高度	等高	2/3高度	1/3高度
				乳液收率(％)	100％	72％	45％

实施例7

预蒸发设备参数：储液罐1与第一管道4之间角度为135度，第一管道4与第二管道7之间角度为45℃，第二管道7与第三管道11之间角度为90度，第三管道7内含不锈钢孔道8，第一管道4内含不锈钢孔网5，第三管道11与储液罐1等高。同时选用同样处理规模的薄膜蒸发设备进行对比。将2g多西他赛溶于20ml二氯甲烷，溶液中加入400ml人血清白蛋白(5％w/v)，混合物在低转速下匀浆5分钟(FLUKO，OE-017)形成初乳，然后将其转移到高压均质机内(Microfluidics)，在15000～25000磅/英寸²(psi)下循环均质至少5次，得到药液。将药液以300mL/min的流速注入所述高效有机溶剂蒸发设备或薄膜蒸发设备，在水浴夹层温度设定为25℃，真空度设定为0.09MPa条件下进行蒸发。如表7所示，尽管薄膜蒸发设备可将氯仿去除至更低百分比(0.3％)，但药液收率仅为16.7％，而蒸发设备蒸发后药液收率为100％，且可除去绝大部分氯仿。

表7.预蒸发设备与薄膜蒸发设备蒸发效果比较

设备	药液收率	氯仿残留
			蒸发设备	100％	4.1％
薄膜蒸发设备	16.7％	0.3％

本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。

Claims

1.一种去除流体中有机溶剂的蒸发设备，所述蒸发设备主要包括：

储液罐，与储液罐相连的第一连接管，与第一连接管相连的第一管道，与第一管道相连的第二管道，与第二管道相连的第三管道，与第三管道相连的真空泵缓冲罐，与真空泵缓冲罐相连的真空泵，与第二管道相连的集液罐；

所述的蒸发设备中至少包括下列一种分布方式：

iii.第三管道与第二管道之间的角度呈75度至100度角。

2.如权利要求1所述的蒸发设备，其中，所述的蒸发设备中包括i、ii和iii三种分布方式。

3.如权利要求1所述的蒸发设备，其中，第一管道与第一连接管之间的角度为135度。

4.如权利要求1所述的蒸发设备，其中，第一管道与第二管道之间的角度为45度。

5.如权利要求1所述的蒸发设备，其中，第三管道与第二管道之间的角度呈90度角。

6.如权利要求1至5中任一项所述的蒸发设备，其中，第三管道的垂直高度不低于储液罐。

7.如权利要求1至5中任一项所述的蒸发设备，其中，储液罐和真空泵缓冲罐为立式布置。

8.如权利要求1至5中任一项所述的蒸发设备，其中，所述的蒸发设备还包括水浴罐，所述水浴罐可产生不同温度的介质，该介质用于蒸发设备的冷却或加热。

9.如权利要求8所述的蒸发设备，其中，所述的介质用于冷却或加热储液罐、第一管道、和第二管道。

10.如权利要求1至5中任一项所述的蒸发设备，其中，在第一管道与第二管道之间和/或第三管道与真空真空泵缓冲罐之间设置玻璃视镜。