CN114616037A - 闪蒸喷嘴组件 - Google Patents

Abstract

一种喷嘴组件，其包含喷嘴、歧管和棒体。所述喷嘴、歧管和棒体可以耦合在一起以提供能承受高温和/或高压原料的稳固喷雾干燥系统。在一些实施例中，所述歧管的内部肩部部分可与喷嘴套环的一侧接合以限制所述喷嘴相对于所述歧管的远侧移动。

Description

闪蒸喷嘴组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年11月8日提交的第62/933,156号美国临时申请的权益，所述美国临时申请以其全文引用的方式并入本文。

技术领域

本文公开的系统和方法涉及喷雾干燥系统和方法。

背景技术

喷雾干燥系统可用于从原料中生产粉末，用于从奶粉到散装化学品和药品的应用。高温下喷雾干燥可用于提供改进的喷雾配制物，例如均质性改善、粒径更均匀和/或通过提高药物的溶解度来提高产品产出量。然而，原料的温度和/或压力升高可能会带来重大的设计挑战，因此，需要改进能够在高温下操作的喷雾干燥系统。

发明内容

本文公开了包含喷嘴组件的喷雾干燥系统的各种实施例。

在一个实施例中，提供了一种喷嘴组件，其包括喷嘴、歧管和棒体。喷嘴可以具有喷嘴远端、喷嘴近端、位于喷嘴远端与喷嘴近端之间的喷嘴套环、第一中心通路、从喷嘴套环的第一侧延伸到喷嘴远端的喷嘴远侧部分，以及从喷嘴套环的第二侧延伸到喷嘴近端的喷嘴近侧部分。歧管具有歧管远端、歧管近端、借以接收喷嘴的第二中心通路、至少一个歧管扫气通路，以及与喷嘴套环的第一侧接合以限制喷嘴相对于歧管的远侧移动的内部肩部部分。棒体具有棒体远端、棒体近端、内管以及至少一个棒体扫气通路，内管在棒体远端的内管的扩大部分中具有凹槽。密封构件(例如，O形圈)可以位于内管的凹槽中，并且喷嘴近侧部分的至少一部分可以延伸到棒体的内管中，其中密封构件在喷嘴近侧部分的外表面与棒体的内管之间形成径向密封。在一些实施例中，喷嘴近端可以是倒角的。

在其它实施例中，压盖端可具备延伸到内管的扩大部分中的近侧部分和与喷嘴套环的第二侧接合以限制喷嘴相对于棒体的近侧移动的远侧部分。偏置构件(例如，弹簧垫圈)可位于压盖端的远侧部分与喷嘴套环的第二侧之间，以使喷嘴套环的第一侧偏压歧管的内部肩部部分。

在一些实施例中，空气帽可具备近侧开口、远侧开口和从近侧开口到远侧开口逐渐变细的空气帽通路。远侧喷嘴部分可以延伸穿过空气帽通路，并且空气帽的远侧开口可以与喷嘴远端齐平。在其它实施例中，远侧喷嘴部分可以相对于空气帽的远侧开口凹陷，或者在其它实施例中，远侧喷嘴部分可以延伸到空气帽的远侧开口之外。

在其它实施例中，喷嘴组件可以包含位于歧管与空气帽之间的涡流嵌件。涡流嵌件可以包含喷嘴延伸穿过的喷嘴通路和用于接收扫气的一个或多个额外通路。一个或多个额外通路可以相对于喷嘴通路以一定角度形成。

在一些实施例中，空气帽的大小可以设定成将涡流嵌件接收在近侧开口内。可以提供空气帽螺母以在空气帽上方延伸，从而将空气帽固定到歧管的远端。歧管可以包含歧管套环，并且歧管近端可以延伸到棒体中，使得歧管近端包围棒体的内管的一部分，且歧管套环的近侧与棒体的远侧表面接合。密封构件可以接收在邻近歧管套环近侧的凹槽中。

在一些实施例中，可以提供定心盘，其具有中心开口以及中心开口径向外侧的一个或多个槽。定心盘可以固定到内管，其中内管位于中心开口中。第二中心通路可由歧管的内表面限定，所述内表面从歧管的内部肩部部分延伸到歧管内的空气通道连接，歧管的内表面的长度是喷嘴从喷嘴套环延伸到空气罩的部分的长度的至少20％、30％或40％。空气通道连接可以包括圆柱形凹槽切口。

在另一个实施例中，喷嘴组件包括喷嘴、棒体、密封构件(例如，O形圈)和压盖端。喷嘴可以具有喷嘴远端、喷嘴近端、位于远端与近端之间的喷嘴套环、第一中心通路、从喷嘴套环的第一侧延伸到喷嘴远端的喷嘴远侧部分，以及从喷嘴套环的第二侧延伸到喷嘴近端的喷嘴近侧部分。棒体可以具有棒体远端、棒体近端、内管以及至少一个棒体扫气通路，内管在棒体远端的内管的扩大部分中具有凹槽。密封构件可以位于内管的凹槽中，并且喷嘴近侧部分的至少一部分穿过密封构件延伸到棒体的内管中。压盖端可以具有延伸到内管的扩大部分中的近侧部分和与喷嘴套环的第二侧接合以限制喷嘴相对于棒体的近侧移动的远侧部分。

在一些实施例中，喷嘴近端可以是倒角的。偏置构件可位于压盖端的远侧部分与喷嘴套环的第二侧之间，以使喷嘴套环的第一侧偏离棒体。

在其它实施例中，歧管还具备歧管远端、歧管近端、借以接收喷嘴的第二中心通路、至少一个歧管扫气通路，以及与喷嘴套环的第一侧接合以限制喷嘴相对于歧管的远侧移动的内部肩部部分。还可以提供空气帽、涡流嵌件和空气帽螺母。具有近侧开口、远侧开口和从近侧开口到远侧开口逐渐变细的空气帽通路；

在又一个实施例中，可以提供喷雾干燥系统，其包含干燥室、如上文所描述且位于干燥室内的喷嘴组件，以及耦合到喷嘴组件的气液歧管。

从参考附图进行的以下详细描述中将更显而易见本发明的以上和其它目标、特征和优点。

附图说明

图1是喷雾干燥设备和系统的示意图。

图2示出示例性闪蒸喷嘴组件的一部分的示意图。

图3是示例性闪蒸喷嘴组件的图示。

图4A和4B示出闪蒸喷嘴组件的示例性空气罩。

图5A、5B和5C示出闪蒸喷嘴组件的示例性涡流嵌件。

图6A和6B示出闪蒸喷嘴组件的示例性压盖端。

图7A和7B示出闪蒸喷嘴组件的示例性定心盘。

图8示出图3所示喷嘴组件的分解图。

图9示出喷嘴组件与气液歧管的示例性顶部连接。

图10示出图9所示示例性顶部连接的分解图。

图11是另一示例性闪蒸喷嘴组件的图示。

具体实施方式

一般说明

如本申请中所使用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”包含复数形式。另外，术语“包含”意指“包括”。此外，如本文所使用，术语“和/或”意指短语中的任何一项或多项的组合。另外，术语“示例性”意指用作非限制性示例、实例或说明。如本文所使用，术语“例如(e.g./for example)”引入了一个或多个非限制性实施例、示例、实例和/或说明的列表。

除非另有指示，否则如说明书或权利要求书中使用的表达部件数量、分子量、百分比、温度、时间等的所有数字将理解为由术语“约”修饰。因此，除非另外含蓄地或明确地指示，否则所陈述的数值参数是可能取决于标准测试条件/方法下所探寻的期望性质和/或检测界限的近似值。在将实施例与所论述的现有技术直接且明确地区分开时，除非叙述了词语“约”，否则实施例数量不是近似值。

虽然为了便于呈现而以特定的顺序来描述所公开方法的操作，但应理解，除非下文所陈述的具体语言要求特定排序，否则这种描述方式涵盖对操作的重新排列。例如，在一些情况下，可重新排列或同时进行顺序描述的操作。此外，为简单起见，附图可能未示出其中所公开事物和方法可结合其它事物和方法一起使用的各种方式。另外，说明书有时使用如“提供”、“产生”、“确定”和“选择”的术语来描述所公开方法。这些术语是所进行的实际操作的高级描述。与这些术语相对应的实际操作将根据特定实施方案而变化且可容易地被受益于本公开的本领域普通技术人员辨别。

本文描述的系统和方法及其单独的部件不应被解释为以任何方式局限于本文描述的特定用途或系统。实际上，本公开涉及各种公开的实施例的所有新颖和非显而易见的特征和方面，其单独存在以及以彼此的各种组合和子组合的形式存在。例如，公开的实施例的任何特征或方面可以彼此以各种组合和子组合的方式使用，其将由相关领域普通技术人员根据本文公开的信息辨别。另外，公开的系统、方法及其部件不限于任何特定方面或特征或其组合，公开的事物和方法也不要求应存在任何一个或多个特定优点或应解决问题。

喷雾干燥系统和方法

如本文所使用，术语“喷雾干燥”是指将液体混合物分解成小液滴(例如，雾化)并在存在用于从液滴蒸发溶剂的强大驱动力的容器(例如，干燥室)中快速去除混合物中的溶剂(例如，干燥)的工艺。溶剂蒸发的强大驱动力通常是通过将喷雾干燥设备中的溶剂分压远保持低于干燥液滴温度下溶剂的蒸汽压力来提供的。例如，这可以通过将液滴与温暖的干燥气体混合、将喷雾干燥设备中的压力保持在部分真空(例如，0.01atm至0.50atm)下或两者来实现。

转向附图，图1示出适合于执行所公开工艺的实施例的设备100。在下文的讨论中，喷雾干燥设备描述为圆柱形的。然而，干燥器可以采用适合于对喷雾溶液进行喷雾干燥的任何其它横截面形状，包含方形、矩形和八角形等。喷雾干燥设备也描绘为具有一个喷嘴。然而，喷雾干燥设备中可以包含多个喷嘴，以获得更高的喷雾溶液产出量。

设备100包含进料悬浮罐102、热交换器104、干燥室106、喷嘴108和颗粒收集装置110。在一个实施例中，至少一种溶质与进料悬浮罐102中的溶剂结合以形成进料悬浮液。进料悬浮液处于温度T1，所述温度低于溶剂的环境压力沸点。温度T1也低于TS，即溶剂中溶质溶解度等于溶质浓度的温度。当溶质包括不止一种溶质时，温度T1低于溶剂中至少一种溶质的溶解度等于所述溶质的浓度时的温度。至少一部分溶质悬浮于溶剂中，即不溶解。如果需要，可提供一个或多个混合装置，以在加工过程中保持进料悬浮液均匀。如果溶剂易燃，工艺可排除氧气。例如，出于安全原因，可以使用例如氮气、氦气、氩气等惰性气体填充进料悬浮罐中的空隙。

通常，干燥气体的温度和流速选择为使得喷雾溶液的液滴在到达设备壁时足够干燥，因而它们基本上是固体、形成细粉末且不会粘在设备壁上。达到这种干燥水平的实际时长取决于液滴的大小和工艺运行的条件。液滴的直径大小范围为1μm至500μm，所述大小取决于喷雾干燥粉末的所需粒径。液滴的大表面体积比和溶剂蒸发的大驱动力使得实际干燥时间为几秒或更少，通常少于0.1秒。固化时间应少于100秒，且通常少于几秒。

为方便起见，进料悬浮液可保持在接近环境温度；然而，这不是对所公开工艺的限制。通常，进料悬浮液的温度T1的范围可以是0℃至50℃，甚至更高。也可以使用低于0℃的温度，尤其是当溶质存在稳定性问题时。

将进料悬浮罐102中的进料悬浮液输送至泵112，所述泵将进料悬浮液引导至热交换器104。热交换器可具有进料悬浮液入口114、喷雾溶液出口116、加热流体入口和出口(未示出)。进料悬浮液在温度T1下通过进料悬浮液入口114进入热交换器104，并在高于进料悬浮液温度T1的温度T2下作为喷雾溶液通过喷雾溶液出口116离开。

在一个实施例中，T1高于或等于TS，即平衡状态下溶剂中溶质溶解度等于溶质浓度时的温度。普通技术人员将了解影响溶剂中溶质溶解的几个因素，包含溶质粒径、悬浮液流动条件以及在TS下溶质颗粒在溶剂中的停留时间。在以下讨论中，TS是平衡状态下在温度TS时溶剂中溶质浓度等于溶剂中溶质溶解度时(即溶质浓度随时间无净变化时)的温度。在一个实施例中，当T1高于或等于TS时，平衡状态下溶质基本上完全溶解于溶剂中，并且喷雾溶液在T1处不是悬浮液。“基本上完全溶解”是指溶质中不到5wt％未溶解。如果溶质包括活性剂和赋形剂，则选择T1，使得在T1下活性剂基本上完全溶解于溶剂中，而赋形剂可溶解、分散或高度膨胀于溶剂中，使其起到溶解的作用。在这些实施例中，进料悬浮罐102可被视为喷雾溶液罐，并且进料悬浮液入口114可被视为喷雾溶液入口。

为防止喷雾溶液中的溶剂发生不必要的蒸发/沸腾，泵112可配置成增加喷雾溶液的压力，以使喷雾溶液出口116处的喷雾溶液压力高于温度T2下的溶剂蒸汽压力。在一个实施例中，泵24将喷雾溶液的压力增加至范围为2atm至400atm的压力。在另一个实施例中，喷雾溶液离开热交换器30时的压力高于10atm。喷雾溶液进入喷嘴108时的温度通常与T2相同。优选地，其在温度T2的30℃范围内。

在一个实施例中，喷雾溶液温度T2高于溶剂的环境压力沸点。在一个实施例中，T2小于TS，且喷雾溶液在T2下是悬浮液。

在另一个实施例中，离开热交换器的喷雾溶液可以处于高于T1的任何温度T2，只要T2高于或等于TS。在一个实施例中，当T2高于或等于TS时，溶质基本上完全溶解于溶剂中，且喷雾溶液在T2下不是悬浮液。当工艺的目标是形成活性剂和赋形剂的固体非晶分散体时，T2高于或等于平衡状态下活性剂溶解度等于溶剂中活性剂浓度时的温度(即，TS)。在此类实施例中，T2优选地比TS高至少10℃。温度T2可以比T1高至少10℃、比T1高至少20℃、比T1高至少30℃、比T1高至少40℃、甚至比T1高至少50℃。在一个实施例中，温度T2至少为50℃。在另一个实施例中，温度T2至少为70℃。在另一个实施例中，温度T2至少为80℃。在另一个实施例中，温度T2至少为90℃。在另一个实施例中，温度T2至少为100℃。在又一个实施例中，温度T2至少为120℃。

热交换器114可以具有任何设计，其中热量转移到进料悬浮液，从而导致温度升高。在一个实施例中，热交换器114是间接热交换器，其中加热流体通过传热表面与进料悬浮液接触。示例性间接热交换器包含管中管装置和壳中管装置，这两种装置均为本领域中熟知的。热交换器114也可以是直接热交换器，其中例如蒸汽的加热流体直接注入进料悬浮液中，从而导致进料悬浮液的温度升高。在又一个实施例中，进料悬浮液流过热表面，例如电阻加热元件，从而导致进料悬浮液的温度升高。还可以使用可提高进料悬浮液温度的其它热源，例如微波和超声装置。

可以最大限度地减少进料悬浮液在热交换器114中的停留时间，以限制悬浮液/溶液暴露于高温的时间。悬浮液/溶液在热交换器中的停留时间可以少于30分钟、少于20分钟、少于10分钟、少于5分钟或少于1分钟。

将喷雾溶液出口116处的喷雾溶液引导至干燥室106，在所述干燥室喷雾溶液进入喷嘴108，用于将喷雾溶液雾化成液滴118。喷雾溶液进入喷嘴108时的温度为喷雾温度，指示为T3。在一个实施例中，T3低于或等于T2。当需要使溶质基本上完全溶解于喷雾溶液中时(即T2高于TS)，通常需要T3处于或接近T2。然而，T3明显低于T2有时也有好处。例如，当T3显著低于T2时，溶质的降解可能会减少，或者某些喷嘴中的雾化可能更有效。在一些情况下，甚至需要T3足够低，使得溶质不会基本上完全溶解于溶剂中。在这种情况下，溶液可能会在足够短的时间内低于溶质基本上完全溶解的点，以使所有溶质保持溶解，直到溶液雾化。替代地，溶液可能会在足够长的时间内低于溶质基本上完全溶解的点，以使一种或多种溶质可从溶液中沉淀或结晶。在一个实施例中，温度T3比T2低5℃。在另一个实施例中，温度T3比T2低20℃。在另一个实施例中，温度T3比T2低50℃。在又一个实施例中，温度T2和T3均高于TS。在一个实施例中，温度T2和T3比TS至少高5℃。在另一个实施例中，温度T2和T3比TS至少高20℃。在又一个实施例中，温度T2和T3比TS至少高50℃。

在一个实施例中，设备100可配置成使得最大限度地减少喷雾溶液处于高于T3的温度的时间。这可以通过将喷雾溶液出口116尽可能靠近喷嘴108来实现。替代地，喷雾溶液出口116与喷嘴108之间的管道或流体连接的大小可以较小，从而最大限度地减小喷雾溶液的体积，并缩短喷雾溶液处于高于T3的温度的时间。喷雾溶液温度高于T3的时间可少于30分钟、少于20分钟、少于10分钟、少于5分钟，甚至少于1分钟。

加热的干燥气体120可与液滴118一起输送至干燥室。干燥气体几乎可以是任何气体，但为了最大限度地降低易燃蒸汽点燃导致的着火或爆炸的风险，并最大限度地减少溶质的不良氧化，可以使用惰性气体，例如氮气、富氮空气、氦气或氩气。干燥室入口处的加热干燥气体温度可在20℃至300℃之间。

在干燥室106中，从液滴中去除至少一部分溶剂，以形成包括溶质的多个颗粒。通常，希望当液滴与干燥室表面接触时液滴充分干燥，从而不会粘附或覆盖室表面。

颗粒以及蒸发的溶剂和干燥气体在出口122处离开干燥室，并被引导至颗粒收集装置110。合适的颗粒收集装置包含旋风分离器、过滤器、静电颗粒收集器等。在颗粒收集装置110中，蒸发的溶剂/干燥气体124与多个颗粒126分离，从而允许收集颗粒。

示例性喷嘴系统及其使用方法

图2示出示例性闪蒸喷嘴组件108的示意图。闪蒸喷嘴组件108中心通路128和外部通路130。中心通路128与流入的喷雾溶液132流体连通，且外部通路130与扫气134流体连通。扫气可以是任何合适的气体，例如氮气、富氮空气、氦气或氩气。在一些实施例中，扫气134与干燥气体120相同。在其它实施例中，扫气可具有与干燥气体不同的组合物。扫气的温度和流速可至少部分地取决于所需操作变量，例如T3、喷雾溶液流速等。

闪蒸喷嘴108具有入口端(由A表示)和出口端(由B表示)。来自热交换器(如图1所示)的喷雾溶液132可在A处进入中心通路128，且扫气134可在A处进入外部通路130。当喷雾溶液132从入口A穿过中心通路128行进到出口B时，中心通路内的压力可能会由于压降而降低。普通技术人员应了解，闪蒸喷嘴中的压降量取决于多个因素，包含中心通路的长度、中心通路的直径、喷雾溶液的流速和喷雾溶液的粘度。喷雾溶液作为液滴(在出口B处)离开闪蒸喷嘴时的压力将是喷雾干燥室中的压力。在入口A与出口B之间，喷雾溶液的压力可以降低到低于喷雾溶液中溶剂的蒸汽压力的值，从而导致形成溶剂的汽泡(例如，通过沸腾和/或闪蒸)。当喷雾溶液132离开中心通路128的出口B时，其是包括喷雾溶液和汽相溶剂的液滴的流体136。

通过外部通路出口138离开的扫气134与通过中心通路128离开的流体136流体连通。扫气134降低了在中心或外部通路出口处形成固体材料的可能性。另外，扫气的流速可用作控制离开的液滴的二次雾化的源。

图3示出闪蒸喷嘴组件200。闪蒸喷嘴组件200包含空气罩202和涡流嵌件204，它们使用空气罩螺母208固定到歧管206的一端。喷嘴210位于歧管206内。喷嘴210具有延伸穿过空气罩202的第一端212和延伸到棒体216中的内管中的第二端214，其中第一端212和第二端214由喷嘴套环218分开。

图4A和4B示出示例性空气罩202，且图5A、5B和5C示出示例性涡流嵌件204。如图3所示，涡流嵌件204可至少部分接收在空气罩的内部区域内。图4A和4B示出空气罩第一端207处的凹陷区域205，所述凹陷区域的大小可以设定成接收涡流嵌件204。

如图5A、5B和5C所示，涡流嵌件204可包括喷嘴210可延伸穿过的中心开口和周向包围扫气可传递通过的开口的一个或多个开口209。如图5B和5C所示，开口209中的每一个可以从涡流嵌件204的第一端到第二端以一定角度延伸，以在扫气从涡流嵌件204的第一端传递到第二端时为扫气提供旋转部件。在一些实施例中，涡流嵌件可以与空气罩集成，而不是分开的部件。

再次参考图3，喷嘴210的第二端214接收偏置构件220(例如，弹簧垫圈)和压盖端222。耐温度和耐溶剂的密封构件224(例如，

O形圈)可放置在喷嘴210上方，并接收在棒体216内管226的压盖中。喷嘴210的第二端214可以是倒角的，以降低O形圈损坏的风险，并通过使O形圈更容易定位在喷嘴210上而简化组装。

如图3所示，O形圈224包围喷嘴的至少一部分而不是邻接喷嘴的端部，从而为喷嘴提供径向密封。这种布置减少了O形圈的潜在压缩和旋转，从而减少对O形圈的潜在损坏同时提供改进的密封。此外，喷嘴套环218在一侧直接邻接歧管的壁，并在另一侧被弹簧垫圈220向下偏置。这种布置可以减少喷嘴与空气罩202的尖端竖直对准的可变性。

喷嘴210可以具有从喷嘴套环218的一侧延伸到第一端(即，远端或出口端)的远侧部分和从喷嘴套环218的另一侧延伸到第二端(即，近端或入口端)的近侧部分。

喷嘴210与歧管接触的部分如图3中的长度L1所示。优选地，此长度为喷嘴210从喷嘴套环218延伸到空气罩202的部分的长度的至少20％。在其它实施例中，L1可以是长度L2的至少30％或至少40％。在一些实施例中，长度L1在长度L2的20％与80％之间或30％与70％之间。

另一个密封构件228(例如，硅胶O形圈)可放置在歧管螺纹230或延伸部分上，邻近歧管套环232。如图3所示，歧管206可以通过接合相对的螺纹部分等方式接收到棒体216中。在一些实施例中，邻近表面的大小可以设定成使邻近表面接触以限制施加在密封构件228上的压力的量。例如，在一些实施例中，歧管套环232和棒体216的相对面可以彼此接触以限制进一步的相对移动(例如，通过使歧管套环上的面在棒体面上“触底”)。由密封构件228形成的密封可以限制空气在两部分之间逸出，并在棒体内提供歧管的一致同心对准。

使用压盖端222有助于更容易地插入耐温度和耐溶剂的O形圈224。为确保O形圈224保持在所需位置，弹簧垫圈220对压盖端222施加张力，以保持压盖端222和喷嘴210两者的位置。另外，压盖端222的L形允许压盖端222的一部分延伸到压盖中，从而将O形圈224完全包裹在压盖中，并限制O形圈224从压盖中移出且对径向密封产生负面影响。图6A和6B更详细地示出示例性压盖端222，包含同心延伸部分223，其从主体225延伸以在图3所示的横截面视图中提供L形。

如图3所示，压盖端222与棒体216的内管226之间的连接的安装和设计为密封和喷嘴对准提供了稳固且高度可重复的连接，这有利地消除了操作员可变性并提高了组装的简易性。另外，压盖端的厚度以及弹簧垫圈确保没有间隙，并且喷嘴、O形圈和压盖端保持在它们期望的位置。

再次参考图3，凸台密封配件236可以(例如，通过焊接)耦合到内管226，以使用螺纹配件将内管226连接到棒216。在一些实施例中，定心盘238也可以(例如，通过焊接)固定到内管226，以提供改进的同心对准。图7A和7B更详细地示出示例性定心盘238。圆柱形定心盘238包括接收内管226的中心开口239，以及从中心开口239延伸用于扫气穿过的一个或多个槽241。

在一些实施例中，棒两侧的凸台密封连接可以是相同的，使得内管226和歧管206的连接与棒定向无关。

图8示出图3所示喷嘴组件的分解图。从图8可以看出，示例性组装方法可以包含以下步骤。可以将涡流嵌件204定位在空气罩202中，并且可以将空气罩202压入歧管206中。可以拧紧(例如，手动拧紧)空气罩螺母208。可以使O形圈228(例如，硅胶AS568-908 O形圈)绕歧管螺纹滚转。可以将弹簧垫圈220和压盖端222放置在喷嘴210的短端上，其中压盖端222的平坦侧面向弹簧垫圈220。然后，可以将喷嘴210定位到歧管206中，轻轻按压直至其停止，这确保喷嘴尖端按需要定位，例如与空气罩202的尖端齐平。如本文所使用，术语“齐平”是指彼此完全或基本水平的两个表面。

可以将O形圈(例如，Kalrez AS568-006)压入棒体内管的凹槽(压盖)中，并根据需要施加压力以正确安放。O形圈理想地均匀分布在凹槽(压盖)中，且不成角度或突出。为有助于O形圈滑入压盖中，可以使用润滑剂，例如乙醇。最后，可以将歧管/喷嘴组件拧入棒体216中直到其触底。在此定向上，歧管的O形圈下方的平坦金属表面优选地与棒体的金属表面接触。

图9示出喷嘴组件200与气液歧管240的示例性顶部连接，且图10示出喷嘴组件这一区段的分解图。将另一个O形圈242(例如，硅胶AS568-908)放置在凸台密封配件236的螺纹上方，并放置到凹槽244中。可将凸台密封配件236拧入棒216中直到其触底。优选地，螺纹内管上O形圈上方的平坦金属表面与棒的金属表面接触。可以将另一个O形圈246(例如，硅胶AS568-113 O形圈)放置在喷嘴棒接头248内的凹槽中。然后，可以将喷嘴棒接头248拧到螺纹内管的端部250上。

可将垫圈252(例如

垫圈)放到喷嘴棒接头248上，并将气液歧管240拧到喷嘴棒接头248上。

一旦组装，高温高压的流体就可以流过内管226的内部通路并进入毛细管喷嘴210。一旦离开喷嘴210，流体迅速膨胀并经历相变(即，如本文所述，流体“闪蒸”雾化)。同时，鞘气(例如，氮气或其它合适的气体)流过内管226与棒216之间的外部通路、流入歧管206、流过涡流嵌件204，并在喷嘴210的尖端附近离开空气罩202，以提供改进的雾化并防止材料在喷嘴210的尖端处积聚。

本文公开的不同结构的尺寸可能不同。例如，本文公开的棒体的长度范围可以是10英寸至35英寸，或10英寸至30英寸，或10英寸至20英寸，或20英寸至30英寸，这取决于特定的应用。喷嘴长度和直径也可能不同。例如，喷嘴的总长度范围可以是3.5cm至11cm，或5cm至9cm，或5.5cm至7cm。在一些实施例中，喷嘴内径范围可以是100μm至1000μm，或150μm至900μm，或150μm至200μm，或350μm至850μm，这取决于特定的应用。喷嘴内径可能沿其长度变化。例如，在一些实施例中，较大内径部分可位于近端，且较小内径部分可延伸到远端。对于内径逐渐减小到较小内径的实施例，较小内径部分的长度范围可以是3cm直至11cm。当然，较小的喷嘴长度可能需要对系统的其它部分进行修改。例如，如阅读本公开的本领域普通技术人员所理解的，可以减小歧管206的长度以容纳较短的喷嘴。

如上所述，远侧喷嘴部分可以延伸穿过空气帽通路，并且空气帽的远侧开口可以与喷嘴远端齐平，或者在其它实施例中，远侧喷嘴部分可以延伸到空气帽的远侧开口之外。图11示出图3所示的闪蒸喷嘴组件200。然而，喷嘴远端从空气帽的远侧开口外侧延伸，而不是与空气帽的远侧开口齐平。

喷嘴从远侧开口外侧延伸的量可能会有所不同。在一些实施例中，喷嘴远端从远侧开口外侧延伸的量的范围为0(例如，齐平)至3mm，或在其它实施例中为0(例如，齐平)至2mm，或在其它实施例中从0(例如，齐平)至1mm。在另一个实施例中，喷嘴远端从远侧开口外侧延伸0.5mm至1.5mm。

示例性喷雾配制物和进料悬浮液

本文描述的系统和方法可用于各种原料。在一个实施例中，原料是包括活性剂、基质材料和溶剂的进料悬浮液，其中至少一部分活性剂、一部分基质材料或一部分活性剂和基质材料悬浮于或不溶解于溶剂中。在一些实施例中，溶剂可以是有机溶剂。在一个实施例中，进料悬浮液基本上由活性剂、基质材料和溶剂组成。在另一个实施例中，进料悬浮液由活性剂、基质材料和溶剂组成。在又一个实施例中，进料悬浮液由悬浮在溶解于溶剂中的基质材料溶液中的活性剂颗粒组成。应认识到，在此类进料悬浮液中，一部分活性剂和基质材料可在进料悬浮液温度下溶解至其溶解度极限。

如本文所使用，术语“活性剂”是指药物、医药、药剂、治疗剂、营养药剂、营养剂或其它化合物。活性剂可以是通常分子量为2000道尔顿或更小的“小分子”。活性剂也可以是“生物活性物质”生物活性物质包含蛋白质、抗体、抗体片段、肽、寡核苷酸、疫苗以及此类材料的各种衍生物。在一个实施例中，活性剂是小分子。在另一个实施例中，活性剂是生物活性物质。在又一个实施例中，活性剂是小分子和生物活性物质的混合物。在又一个实施例中，通过某些公开工艺制备的组合物包括两种或更多种活性剂。

如本文所使用，术语“溶剂”是指可用于溶解或悬浮溶质的水或其它化合物，例如有机化合物。合适的溶剂可以包含水；醇，例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和丁醇；酮，例如丙酮、甲基乙基酮和甲基异丁基酮；酯，例如乙酸乙酯和乙酸丙酯；以及各种其它溶剂，例如四氢呋喃、乙腈、二氯甲烷、甲苯和1,1,1-三氯乙烷。也可以使用低挥发性溶剂，例如二甲基乙酰胺或二甲亚砜，其通常与挥发性溶剂结合使用。还可以使用溶剂混合物，例如50％甲醇和50％丙酮，也可以使用与水的混合物。

如本文所使用，术语“有机溶剂”是指作为有机化合物的溶剂。在一个实施例中，溶剂是挥发性的，其具有150℃或更低的环境压力沸点。在另一个实施例中，溶剂的环境压力沸点为100℃或更低。合适的溶剂包含醇，例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和丁醇；酮，例如丙酮、甲基乙基酮和甲基异丁基酮；酯，例如乙酸乙酯和乙酸丙酯；以及各种其它溶剂，例如四氢呋喃、乙腈、二氯甲烷、甲苯和1,1,1-三氯乙烷。也可以使用低挥发性溶剂，例如二甲基乙酰胺或二甲亚砜，其通常与挥发性溶剂结合使用。还可以使用溶剂混合物，例如50％甲醇和50％丙酮，也可以使用与水的混合物。在一个实施例中，有机溶剂含有少于50wt％的水。在另一个实施例中，有机溶剂含有少于25wt％的水。在又一个实施例中，有机溶剂含有少于10wt％的水。在又一个实施例中，有机溶剂含有少于5wt％的水。在另一个实施例中，有机溶剂基本不含水。

在一些实施例中，进料悬浮液可进一步包含赋形剂。如本文所使用，术语“赋形剂”是指可能有益于包含在与活性剂的组合物中的物质。术语“赋形剂”包含惰性物质以及可能产生组合物有益性质的功能性赋形剂。示例性赋形剂包含但不限于聚合物、糖、盐、缓冲剂、脂肪、填充剂、崩解剂、粘合剂、表面活性剂、高比表面积基质、调味剂、载剂、基质材料等。

示例性产品

本文描述的系统和方法可用于形成各种喷雾干燥产品。

例如，颗粒可以具有任何所需粒径。在一个实施例中，颗粒的平均直径范围为0.5μm至500μm。在另一个实施例中，颗粒的直径范围为0.5μm至100μm。在另一个实施例中，颗粒的平均直径大于10μm。在另一个实施例中，颗粒的平均直径大于20μm。在另一个实施例中，颗粒的平均直径大于30μm。在另一个实施例中，颗粒的总气体动力学中位数直径范围为0.5μm至10μm。在另一个实施例中，颗粒的总气体动力学中位数直径范围为1μm至5μm。

在一个实施例中，通过本文公开的工艺和设备制备的多个颗粒是可被受试者(例如，人或动物)吸入的可吸入颗粒。如本文所使用，术语“吸入”是指通过口或鼻向受试者输送。在一个实施例中，喷雾干燥的颗粒被输送至“上呼吸道”。术语“上呼吸道”是指输送至鼻部、口部、咽部和喉部通道，包含鼻、口、鼻咽、口咽和喉。在另一个实施例中，喷雾干燥的颗粒被输送至“下呼吸道”术语“下呼吸道”是指输送至气管、支气管、细支气管、肺泡管、肺泡囊和肺泡。

在一个实施例中，颗粒的总气体动力学中位数直径(MMAD)约为5至100μm。在另一个实施例中，颗粒的MMAD约为10至70μm。总气体动力学中位数直径(MMAD)是基于颗粒质量的气体动力学中位数直径。在颗粒样本中，按重量计50％的颗粒的气体动力学直径将大于MMAD，且按重量计50％的颗粒的气体动力学直径将小于MMAD。在又一个实施例中，颗粒的平均直径为50μm，甚至40μm，或30μm。在其它实施例中，颗粒的MMAD可以小于约20μm，甚至小于约10μm。在另一个实施例中，颗粒的MMAD范围为0.5μm至10μm。在另一个实施例中，颗粒的MMAD范围为1μm至5μm。

在一个实施例中，颗粒供吸入，且其MMAD为0.5至100μm。在另一个实施例中，颗粒供吸入，且其MMAD为0.5至70μm。

在一个实施例中，颗粒供输送至上呼吸道，且其MMAD大于10μm。在另一个实施例中，颗粒供输送至上呼吸道，且其MMAD为10至100μm，并且其中气体动力学直径小于10μm的颗粒的重量分数小于0.1。在另一个实施例中，颗粒供输送至上呼吸道，且其MMAD为10至70μm，并且气体动力学直径小于10μm的颗粒的重量分数小于0.1。

在另一个实施例中，颗粒供输送至下呼吸道，且其MMAD小于10μm。在一个实施例中，颗粒供输送至下呼吸道，且其MMAD为0.5至10μm，并且气体动力学直径大于10μm的颗粒的重量分数小于0.1。在另一个实施例中，颗粒供输送至下呼吸道，且其MMAD为0.5至7μm，并且气体动力学直径大于7μm的颗粒的重量分数小于0.1。

在一个实施例中，当收集颗粒时，颗粒中剩余溶剂的浓度(即，残余溶剂的浓度)小于基于颗粒总重量的10wt％。在另一个实施例中，当收集颗粒时，颗粒中残余溶剂的浓度小于5wt％。在又一个实施例中，颗粒中残余溶剂的浓度小于3wt％。在另一个实施例中，喷雾干燥工艺之后的干燥工艺可用于从颗粒中去除残余溶剂。示例性工艺包含托盘干燥、流化床干燥、真空干燥以及以引用的方式并入本文中的WO2006/079921和WO2008/012617中描述的干燥工艺。

通过提供制造起来更容易且更一致的喷嘴组件，改进喷嘴的同心对准、包含减少空气罩内喷嘴尖端的偏心和竖直对准，以及增强稳固性从而更好地承受喷雾溶液的高温和/或高压，本文公开的喷嘴组件和系统改进了喷雾干燥系统的组装和操作。

鉴于所公开的发明的原理可应用于许多可能的实施方案，应认识到所示实施例只是本发明的优选示例且不应被视为限制本发明的范围。实际上，本发明的范围由所附权利要求书限定。因此，我们将这些权利要求的范围和精神内的全部内容都称为我们的发明。

Claims (26)

1.一种喷嘴组件，其包括：

喷嘴，其具有喷嘴远端、喷嘴近端、位于所述喷嘴远端与所述喷嘴近端之间的喷嘴套环、第一中心通路、从所述喷嘴套环的第一侧延伸到所述喷嘴远端的喷嘴远侧部分，以及从所述喷嘴套环的第二侧延伸到所述喷嘴近端的喷嘴近侧部分；

歧管，其具有歧管远端、歧管近端、借以接收所述喷嘴的第二中心通路、至少一个歧管扫气通路，以及与所述喷嘴套环的所述第一侧接合以限制所述喷嘴相对于所述歧管的远侧移动的内部肩部部分；

棒体，其具有棒体远端、棒体近端、内管以及至少一个棒体扫气通路，所述内管在所述棒体远端的所述内管的扩大部分中具有凹槽；以及

第一密封构件，其位于所述内管的所述凹槽中，

其中所述喷嘴近侧部分的至少一部分延伸到所述棒体的所述内管中，其中所述第一密封构件在所述喷嘴近侧部分的外表面与所述棒体的所述内管之间形成径向密封。

2.根据权利要求1所述的喷嘴组件，还包括压盖端，所述压盖端具有延伸到所述内管的所述扩大部分中的近侧部分和与所述喷嘴套环的所述第二侧接合以限制所述喷嘴相对于所述棒体的近侧移动的远侧部分。

3.根据权利要求2所述的喷嘴组件，还包括偏置构件，所述偏置构件位于所述压盖端的所述远侧部分与所述喷嘴套环的所述第二侧之间，其中所述偏置构件使所述喷嘴套环的所述第一侧偏压所述歧管的所述内部肩部部分。

4.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴组件，还包括：

空气帽，其具有近侧开口、远侧开口和从所述近侧开口到所述远侧开口逐渐变细的空气帽通路，

其中所述远侧喷嘴部分延伸穿过所述空气帽通路，并且所述空气帽的所述远侧开口与所述喷嘴远端齐平。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的喷嘴组件，还包括：

空气帽，其具有近侧开口、远侧开口和从所述近侧开口到所述远侧开口逐渐变细的空气帽通路，

其中所述远侧喷嘴部分延伸穿过所述空气帽通路，并且所述喷嘴远端从所述空气帽的所述远侧开口向外延伸。

6.根据权利要求4或5中任一项所述的喷嘴组件，还包括：

位于所述歧管与所述空气帽之间的涡流嵌件，所述涡流嵌件包括所述喷嘴延伸穿过的喷嘴通路和用于接收扫气的一个或多个额外通路，

其中所述一个或多个额外通路相对于所述喷嘴通路以一定角度形成。

7.根据权利要求6所述的喷嘴组件，其中所述空气帽的大小设定成将所述涡流嵌件接收在所述近侧开口内。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的喷嘴组件，还包括：

空气帽螺母，其在所述空气帽上方延伸，从而将所述空气帽固定到所述歧管的远端。

9.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴组件，其中所述歧管还包括歧管套环，所述歧管近端延伸到所述棒体中，使得所述歧管近端包围所述棒体的所述内管的一部分，且所述歧管套环的近侧与所述棒体的远侧表面接合。

10.根据权利要求9所述的喷嘴组件，还包括第二密封构件，所述第二密封构件接收在邻近所述歧管套环的所述近侧的凹槽中。

11.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴组件，还包括定心盘，所述定心盘具有中心开口以及所述中心开口径向外侧的一个或多个槽，其中所述定心盘固定到所述内管，其中所述内管位于所述中心开口中。

12.根据权利要求5至11中任一项所述的喷嘴组件，其中所述第二中心通路由所述歧管的内表面限定，所述内表面从所述歧管的所述内部肩部部分延伸到所述歧管内的空气通道连接，所述歧管的所述内表面的长度是所述喷嘴从所述喷嘴套环延伸到所述空气帽的部分的长度的至少20％、30％或40％。

13.根据权利要求12所述的喷嘴组件，其中所述空气通道连接包括圆柱形凹槽切口。

14.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴组件，其中所述喷嘴近端是倒角的。

15.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴组件，其中所述第一密封构件是O形圈。

16.根据权利要求10所述的喷嘴组件，其中所述第二密封构件是O形圈。

17.根据权利要求3所述的喷嘴组件，其中所述偏置构件是弹簧垫圈。

18.一种喷嘴组件，其包括：

喷嘴，其具有喷嘴远端、喷嘴近端、位于所述喷嘴远端与所述喷嘴近端之间的喷嘴套环、第一中心通路、从所述喷嘴套环的第一侧延伸到所述喷嘴远端的喷嘴远侧部分，以及从所述喷嘴套环的第二侧延伸到所述喷嘴近端的喷嘴近侧部分；

棒体，其具有棒体远端、棒体近端、内管以及至少一个棒体扫气通路，所述内管在所述棒体远端的所述内管的扩大部分中具有凹槽；

密封构件，其位于所述内管的所述凹槽中，并且所述喷嘴近侧部分的至少一部分穿过所述密封构件延伸到所述棒体的所述内管中；

压盖端，其具有延伸到所述内管的所述扩大部分中的近侧部分和与所述喷嘴套环的所述第二侧接合以限制所述喷嘴相对于所述棒体的近侧移动的远侧部分。

19.根据权利要求18所述的喷嘴组件，其中所述喷嘴近端是倒角的。

20.根据权利要求18或19所述的喷嘴组件，还包括偏置构件，所述偏置构件位于所述压盖端的所述远侧部分与所述喷嘴套环的所述第二侧之间，其中所述偏置构件使所述喷嘴套环的所述第一侧偏离所述棒体。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的喷嘴组件，还包括歧管，所述歧管具有歧管远端、歧管近端、借以接收所述喷嘴的第二中心通路、至少一个歧管扫气通路，以及与所述喷嘴套环的所述第一侧接合以限制所述喷嘴相对于所述歧管的远侧移动的内部肩部部分。

22.根据权利要求21所述的喷嘴组件，还包括：

空气帽，其具有近侧开口、远侧开口和从所述近侧开口到所述远侧开口逐渐变细的空气帽通路；

接收在空气帽中的涡流嵌件，所述涡流嵌件包括所述喷嘴延伸穿过的喷嘴通路和一个或多个额外的成角度定位的通路；以及

空气帽螺母，其在所述空气帽上方延伸，从而将所述空气帽固定到所述歧管的所述远端。

23.根据权利要求22所述的喷嘴组件，其中所述远侧喷嘴部分延伸穿过所述空气帽通路，并且所述空气帽的所述远侧开口与所述喷嘴远端齐平。

24.根据权利要求22所述的喷嘴组件，其中所述远侧喷嘴部分延伸穿过所述空气帽通路，并且所述喷嘴远端从所述空气帽的所述远侧开口向外延伸。

25.一种喷雾干燥系统，其包括：

干燥室；

根据权利要求1至24中任一项所述的喷嘴组件；以及

气液歧管，其耦合到所述喷嘴组件，

其中所述喷嘴组件位于所述干燥室内。

26.一种喷雾干燥系统，其包括：

通过使用根据权利要求1至24中任一项所述的喷嘴组件雾化喷雾溶液，形成多个液滴，

将所述多个液滴输送至干燥室；

将干燥气体输送至所述干燥室，以至少部分地干燥所述多个液滴以形成多个颗粒；以及

将所述多个颗粒引导出所述干燥室。

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