ES2216889T5 - Aparato de secado por pulverizacion y sus procedimientos de utilizacion. - Google Patents

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Abstract

Un aparato de secado por pulverización que comprende: una cámara de secado primaria que tiene un espacio de flujo interno que termina en una salida de descarga, y una cámara de secado secundaria que comprende una tubería que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida de descarga de la cámara de secado, donde la relación del área de sección transversal de la cámara de secado primaria con respecto al área de sección transversal de la tubería es al menos 4:3, y donde la relación de la longitud de la tubería con respecto a la longitud de la cámara de secado primaria es al menos 2:1.

Description

Aparato de secado por pulverización y sus procedimientos de utilización.
Antecedentes de la invención
Esta invención se refiere a secadores de pulverización y más particularmente a métodos y equipos para secar partículas producidas mediante secado por pulverización.
El secado por pulverización se utiliza comúnmente en la producción de partículas para muchas aplicaciones, incluyendo productos alimenticios, cosméticos, fertilizantes, tintes, y abrasivos. El secado por pulverización puede hacerse a la medida para crear un amplio espectro de tamaños de partículas, incluyendo micropartículas. Las partículas secadas por pulverización son útiles en una variedad de aplicaciones biomédicas y farmacéuticas, tales como la administración de agentes terapéuticos y diagnóstico, como se describe por ejemplo en la Patente de los Estados Unidos Nº 5.853.698 a nombre de Straub y col., en la Patente de los Estados Unidos Nº 5.855.913 a nombre de Hanes y col., y en la Patente de los Estados Unidos Nº 5.622.657 a nombre de Takada y col.
En un proceso típico para la realización de partículas que utilizan un proceso de secado por pulverización, un material de formación sólido, tal como un polímero, que está destinado a formar la masa de la partícula, se disuelve en un disolvente apropiado para formar una solución. Alternativamente, el material puede suspenderse o emulsionarse en un no-disolvente para formar una suspensión o emulsión. Otros componentes, tales como fármaco, agentes de diagnóstico, o agentes de formación de poro, se añaden opcionalmente en esta etapa. La solución entonces es atomizada para formar una niebla fina de gotas. Las gotas entran inmediatamente en una cámara de secado donde contactan un gas de secado. El disolvente es evaporado a partir de las gotas en un gas de secado para solidificar las gotas, formando así partículas. Las partículas entonces son separadas del gas de secado y acumuladas.
En la mejora en escala de un proceso de secado por pulverización de este tipo, por ejemplo en la escala de planta piloto o de laboratorio a la escala de planta comercial, pueden encontrarse algunos inconvenientes. Por ejemplo, si la eficiencia de secado no es graduada adecuadamente, el contenido de disolvente de las partículas de producto puede aumentar de manera indeseable. Aunque incrementando la capacidad de secado o velocidad de secado se compensaría este secado insuficiente, la velocidad de secado incrementada puede inducir otros problemas. Por ejemplo, se ha observado que incrementando la velocidad de secado resulta una morfología inadecuada de las partículas y/o una distribución inadecuada del tamaño para algunas partículas de producto, tales como aquéllas que tienen especificaciones de rendimiento definidas críticamente. El cambio en la velocidad de secado puede alterar, por ejemplo, el modo en el que el material de formación sólido se precipita a medida que se evapora el disolvente, cambiando así la estructura (por ejemplo, porosidad) de la partícula para estar fuera de especificación, haciendo la partícula incapaz de contener de forma adecuada y administrar un agente diagnóstico o terapéutico. Adicionalmente el cambio de la velocidad de secado reduciendo el caudal de flujo (y como consecuencia la velocidad) del gas de secado puede reducir substancialmente la producción de producto.
Incluso en casos donde la morfología de las partículas y distribución del tamaño son menos críticos, la mejora en escala de la eficiencia de secado puede requerir aumentos indeseablemente grandes en el tamaño del equipo de proceso, tal como la cámara de secado, secando la fuente de gas, y secando el calentador de gas. La capacidad de secado generalmente es una función de la temperatura de gas de secado, caudal de flujo, presión, y composición disolvente. Además, el equipo de capacidad más grande requiere generalmente más espacio de planta. Es deseable reducir al mínimo la inversión de capital y el espacio requerido para aumentar proporcionalmente un proceso de producción.
El secado inadecuado del producto puede ser también un problema con procesos de secado por pulverización conocidos, particularmente para algunos productos farmacéuticos que deben secarse a temperaturas bajas con el fin de mantener la estabilidad y/o la actividad de estos materiales. El secado adicional de estos materiales sensibles a temperaturas altas puede darse utilizando un lecho fluidizado; sin embargo, este proceso resulta con frecuencia en rendimientos del proceso indeseablemente variables.
Los secadores de pulverización conocidos son típicamente inadecuados para el procesamiento aséptico, como pueden funcionar a presiones negativas, por ejemplo, y puede no diseñarse o construirse para cumplir con los requerimientos reguladores. En particular, no proporcionan una manera de secar completamente el material de forma aséptica en un sistema sanitario, cerrado y de presión positiva.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un método y aparato para secar efectivamente partículas hechas mediante secado por pulverización.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método y aparato para secar por pulverización que incorpora un proceso de secado que proporciona el secado mejorado de las partículas sin afectar de forma perjudicial el rendimiento del producto.
Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un aparato para secar partículas secadas por pulverización que es relativamente compacto y económico.
Otro objeto todavía de la presente invención es proporcionar un método y aparato para partículas que se secan por pulverización a temperaturas bajas para preservar la estabilidad o actividad de materiales inestables.
Resumen de la invención
Se proporcionan métodos y equipos de secado por pulverización mejorado. En una forma de realización preferida del método, las partículas están formadas por pulverización de una solución (o emulsión o suspensión sólido-en-líquido) de un material dentro de una cámara de secado primaria y evaporando al menos una porción del disolvente (o líquido no disolvente) suficiente para solidificar las partículas. El disolvente (o no disolvente) es evaporado dentro del gas de secado en el que son arrastradas las partículas. Entonces, las partículas parcialmente secas fluyen desde la cámara primaria dentro de un aparato de secado secundario para el secado adicional. El aparato de secado secundario aumenta la eficiencia de secado del sistema secador por pulverización sin incrementar la velocidad de secado, reduciendo al mínimo así la pérdida en el rendimiento.
El aparato de secado secundario incluye un tubo que tiene una longitud suficiente para incrementar el tiempo de contacto entre el gas de secado y las partículas (es decir, aumento del tiempo de residencia) para secar las partículas hasta la extensión deseada, en una capacidad de secado o velocidad y temperatura de secado que sería demasiado baja para proporcionar secado adecuado que utiliza solamente la cámara de secado primaria.
La relación de la longitud de tubo hasta la longitud de la cámara de secado primaria es al menos 2:1, y más preferentemente al menos 3:1. El área de la sección transversal del tubo es substancialmente más pequeña que el área de sección transversal de la cámara de secado primaria, de manera que las partículas se mueven a velocidad más alta a través del tubo para reducir al mínimo las pérdidas de producto. La relación del área de sección transversal de la cámara de secado primaria al área de sección transversal del tubo está preferentemente entre aproximadamente 2:1 y 500:1, más preferentemente está entre aproximadamente 4:1 y 100:1, y más preferentemente es aproximadamente 16:1.
En una forma de realización preferida, el tubo es de acero inoxidable, y electropulido a 20 RA o más uniforme, para proporcionar una superficie uniforme para rendimiento de partícula mejorado. El tubo preferentemente está en un diseño de bobina compacto, para transporte más fácil y que tiene requerimientos de espacio mínimos. El tubo tiene una envoltura para controlar la temperatura del proceso de secado secundario. La cámara de secado primaria y el aparato secundario pueden integrarse dentro de una unidad individual.
Una aplicación preferida para el proceso de secado por pulverización y el equipo está en la producción de partículas entre aproximadamente 1 y 200 \mum de diámetro, que puede utilizarse en la administración de un agente diagnóstico o terapéutico.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de un equipo de proceso de una forma de realización preferida del aparato de secado secundario integrado dentro de un proceso para hacer y acumular partículas secadas por pulverización.
Descripción detallada de la invención
Se han desarrollado métodos y equipos de secado por pulverización mejorados. El diseño mejorado del proceso mejora el secado de partículas secadas por pulverización antes de la acumulación incrementando el tiempo que 0las partículas contactan el gas de secado, preferentemente sin incrementar la velocidad de secado o reduciendo el rendimiento de producto. El tiempo de residencia incrementado se consigue por el uso de un aparato de secado secundario.
Como se utiliza aquí, el término "secado" con referencia a gotas o partículas significa la retirada del disolvente de la gota o partícula.
"Capacidad de Secado" se refiere a la cantidad máxima teórica de volátiles líquidos que pueden evaporarse dentro del gas de secado. Por ejemplo, si se cumple la capacidad de secado, la corriente de gas de secado será completamente saturada con los volátiles. El parámetro de capacidad de secado es dependiente del caudal de flujo de gas de secado, temperatura, presión, y composición volátil.
"Eficiencia de secado" se refiere a la cantidad de volátiles de líquido evaporado dividida por la capacidad de secado para un ajuste dado de parámetros del proceso. El parámetro de eficiencia de secado depende del caudal de flujo de solución, caudal de flujo de gas de secado, temperatura, presión, y composición volátil, así como la geometría de la cámara de secado y el tiempo de residencia del material que es secado.
"Velocidad de secado" se refiere a la cantidad de volátiles líquidos que se evaporan desde la superficie de gotas atomizadas como una función de tiempo. La velocidad de secado es una función de tamaño de las partículas, de la composición, y de la morfología; de la temperatura de gas de secado, de la presión, y del caudal de flujo; del caudal de flujo de solución; de la humedad del gas de secado; y de la posición de las partículas a lo largo de la longitud de trayectoria de secado.
Como se utiliza aquí, el término "disolvente" se refiere al líquido en el que se disuelve el material que forma la masa de la partícula secada por pulverización se disuelve, o se emulsiona para la administración al atomizador de un secador de pulverización y que es evaporado dentro del gas de secado, de todos modos el líquido es un disolvente o no disolvente para el material. Otros componentes volatilizables, tales como una sal volátil, pueden incluirse en el material de masa/líquido y volatilizarse también dentro del gas de secado. Ejemplos de sales volátiles, que son agentes de forma-
ción de poros útiles, incluyen bicarbonato de amonio, acetato de amonio, cloruro de amonio, y benzoato de amonio.
Las partículas hechas mediante procesos de secado por pulverización pueden ser de cualquier tamaño. Como se utiliza aquí el término "partícula" incluye micro-partículas, submicro-partículas, y macro-partículas. Generalmente, las partículas están entre aproximadamente 100 nm y 5 mm de diámetro o una dimensión más mayor. Las partículas pueden ser esferas, cápsulas, formas irregulares, cristales, polvos, aglomerados, o agregados. Las partículas pueden ser huecas, es decir, que pueden tener una carcasa exterior que rodea un núcleo de gas, tal como un agente de diagnóstico, o pueden formarse teniendo poros a través del material sólido, produciendo una estructura de esponja o en forma de panal. Las partículas pueden ser generalmente sólidas, es decir, que pueden ser completamente homogéneas o pueden incluir partículas sólidas más pequeñas de agente diagnóstico o terapéutico dispersadas por todo el material sólido de cada partícula.
Aparato
Una forma de realización preferida del aparato de secado secundario 10 se muestra en la figura 1, como parte de un sistema secador por pulverización. El aparato de secado secundario 10 incluye una bobina o tubo que forma la bobina de secado 11, que tiene entrada de bobina de secado 12 y salida de bobina de secado 13. La bobina de secado 11 está rodeada por una envoltura de bobina de secado 16. La envoltura 16 incluye una entrada de envoltura 14 y un drenaje de envoltura 15. La entrada de envoltura 14 y el drenaje de envoltura 15 proporcionan un medio para un medio de intercambio de calor, tal como agua de refrigeración, para fluir respectivamente dentro y fuera de la envoltura de bobina de secado 16. La envoltura de bobina de secado 16 está basada en diseños estándar conocidos en la técnica de intercambio de calor.
Como se utiliza aquí, la "cámara de secado primaria" está definida como el recipiente dentro del cual se pulveriza el material atomizado y el disolvente desde el atomizador. La cámara de secado primaria tiene un espacio de flujo interno que termina en una salida de descarga. Como se utiliza aquí, la "salida de descarga" de la cámara de secado primaria se define por ser el área en el que fluyen las partículas/gas de secado inicialmente encuentran una reducción en el área de sección transversal del flujo de al menos 25% (es decir, el punto en el que la relación del área de sección transversal de la cámara de secado primaria al área de sección transversal del tubo es al menos 4:3).
Como se utiliza aquí, la "longitud de la cámara de secado primaria" se define como la distancia mínima aproximada que una gota/partícula debe desplazar desde el atomizador para alcanzar la salida de descarga.
Como se utiliza aquí, el término "atomizador" se refiere a cualquier dispositivo de atomización. Los atomizadores representativos incluyen toberas de presión, toberas neumáticas, toberas sónicas, y atomizadores giratorios. Ejemplos de atomizadores giratorios adecuados incluyen ruedas de casquillo, ruedas de paletas, y ruedas sin paletas. Las toberas de presión incluyen cámara de remolino y tipos de núcleo con muesca. Las toberas neumáticas incluyen tipos de dos fluidos (mezcla interna y externa) y de tres fluidos. Las toberas sónicas incluyen tipos de sirena y silbato.
Como se utilizan aquí, los términos "tubería" o "tubo" se refieren a un tubo u otro conducto que tiene al menos una entrada y al menos una salida. La sección transversal de la tubería puede ser de cualquier forma, se prefiere circular. La tubería puede ser recta, sinuosa, o bobinada. Las porciones de la tubería pueden apilarse en capas conectadas, como se encuentran comúnmente en las aplicaciones de intercambio de calor. La bobina puede ser poligonal, circular, o una combinación de ambas. En una forma de realización preferida, se utiliza una diseño de bobina circular, puesto que proporciona un diseño compacto y está generalmente libre de curvas afiladas en la trayectoria de flujo, que puede proporcionar puntas no deseadas de impacto y acumulación de partículas.
Dimensiones de la tubería
La tubería debe tener una longitud de trayectoria suficiente larga para proporcionar un tiempo de contacto suficiente (es decir, tiempo de residencia) entre el gas de secado y las partículas como el desplazamiento de partículas desde la descarga de la cámara de secado primaria al punto de acumulación de producto, para secar las partículas hasta el nivel deseado utilizando las proporciones de secado específicas, la velocidad de gas de secado, y las temperaturas. Como se utiliza aquí, el término "longitud" utilizado con referencia a la tubería se refiere a la distancia mínima aproximada que una gota/partícula debe desplazar desde la entrada para alcanzar la salida. A una velocidad dada, puede obtenerse empíricamente la longitud mínima requerida para proporcionar el tiempo de residencia necesario para un conjunto dado de las condiciones y de los materiales del proceso. En un método preferido para determinar empíricamente la longitud requerida mínima, una serie de tubos de longitud incrementada puede utilizarse en una serie de ensayos de secado por pulverización se desplazan a una velocidad y temperatura de flujo constante, seguido por la medición de la humedad (es decir el residuo disolvente) que queda en las partículas del producto. Uno puede entonces trazar la humedad frente a la longitud del tubo para obtener una curva de humedad-longitud. A partir de esta curva, uno puede extrapolar para obtener la longitud mínima requerida para obtener un nivel de humedad particular para la velocidad de secado del conjunto y la velocidad de gas de secado.
Aunque los métodos descritos anteriormente para seleccionar un tiempo de residencia y longitud de la tubería pueden adaptarse para uso con un amplio intervalo de velocidades de gas de secado, la velocidad del gas de secados se ha encontrado que es crítica con respecto al rendimiento de producción de las partículas. Por ejemplo, una velocidad tan baja puede provocar que las partículas se coloquen fuera de la corriente de gas. Una velocidad demasiado baja puede incrementar también agregación de material a lo largo de la pared del recipiente debido a (1) cohesión si las partículas son secadas inadecuadamente y tienen una superficie pegajosa, (2) fuerzas electrostáticas debido a construcción estática sobre las partículas bien secadas, y/o (3) atrapamiento mecánico, por ejemplo, en fisuras en juntas de tubería o en microfisuras en superficies de tubería pulidas de forma inadecuada. El efecto de un cambio en la velocidad de gas de secado depende de varios factores, tales como el tamaño de partícula, densidad, y propiedades aerodinámicas. Típicamente, la velocidad de gas de secado en la cámara de secado primaria está entre aproximadamente 0,1 y 100 m/s. En una forma de realización preferida, la velocidad de gas de secado en la cámara de secado primaria está entre aproximadamente 0,5 y 5 m/s.
En una forma de realización preferida, la longitud de la tubería es al menos dos veces la longitud de la cámara de secado primaria. Más preferentemente, esta longitud de tubería con respecto a la relación de cámara de secado primaria es más grande que 3:1.
Para algunas aplicaciones de secado por pulverización, el diámetro de la tubería del segundo aparato de secado es solamente ligeramente menor que el diámetro de la cámara de secado primaria, por ejemplo, que tiene una relación de reducción (área de sección transversal de la cámara de secado primaria: área de sección transversal de la tubería) entre 4:3 y 2:1. En una forma de realización preferida, sin embargo, el diámetro de la tubería es más pequeño de manera significativa que el diámetro de la cámara de secado primaria, incrementando así la velocidad de partícula y gas en la tubería comparado con su velocidad en la cámara de secado primaria con el fin de aumentar al máximo el rendimiento del producto. La relación de reducción está preferentemente entre 2:1 y 500:1, más preferentemente entre aproximadamente 4:1 y 100:1, y más preferentemente aproximadamente 16:1. Un técnico en la materia puede optimizar fácilmente esta relación para un producto dado, basado en varios parámetros del proceso, incluyendo las velocidades de flujo de masa de gas de secado y material de partículas y especificaciones de equipo de transferencia de gas.
El área de la sección transversal de la tubería puede ser constante o puede variar a lo largo de la longitud de la tubería. Por ejemplo, uno o más reductores(o dispositivos de expansión) pueden utilizarse para conectar secciones de tubería entre sí o a la cámara de secado primaria. En una forma de realización preferida, el área de la sección transversal es substancialmente uniforme a lo largo de la longitud de la tubería.
Otras especificaciones de la tubería
La tubería puede formarse o revestirse con cualquier material de integridad estructural suficiente que es compatible con las partículas secadas por pulverización. La tubería debería ser resistente a corrosión y daño de fisura. El material de tubería debería ser compatible con el medio de intercambio de calor seleccionado. Los materiales representativos incluyen cristales, polímeros, metales, y compuestos de los mismos. Ejemplos de metales adecuados incluyen cobre, aluminio, hierro, latón, níquel, y acero. Los materiales poliméricos deberían ser generalmente puestos a tierra para prevenir que se forme carga estática, que puede provocar la acumulación de partículas y puede ser de otra manera arriesgado. Ejemplos de materiales poliméricos adecuados incluyen cloruro de polivinilo y politetra-fluoroetileno (TEFLON^{TM}). Los materiales de construcción son particularmente importantes para las partículas destinadas para uso en aplicaciones biomédicas, donde la pureza es esencial. En una forma de realización preferida, la tubería es de acero inoxidable de grado médico.
La rugosidad de la superficie del interior de la tubería generalmente es una consideración del diseño.
Una superficie rugosa puede reducir el rendimiento y crear problemas con la pureza del producto en algunas aplicaciones, especialmente productos de grado farmacéutico. La tubería tiene preferentemente una Rugosidad por Término Medio (RA) de 50 o más uniforme, y más preferentemente 20 o más uniforme. Las técnicas de electropulido estándar pueden utilizarse, por ejemplo, en la tubería de acero inoxidable para conseguir estos niveles de rugosidad.
En una forma de realización preferida, el aparato y sistema de secado por pulverización está diseñado y construido para funcionar de una manera estéril o aséptica para producir partículas estériles, particularmente partículas para productos médicos o farmacéuticos. Se prefiere que la esterilidad pueda certificarse o validarse utilizando técnicas conocidas. El aparato puede hacerse utilizando técnicas, equipo, y materiales conocidos en la técnica, y debería ser, por ejemplo, resistente a vapor de agua, calentamiento, radiación de ionización, y/o vapores químicos esterilizantes tales como óxido de etileno, peróxidos volátiles y ozono. Los acoplamientos entre las secciones del aparato deberían seleccionarse para mantener las condiciones estériles. Ejemplos incluyen TRICLOVER^{TM} o pestañas y juntas de obturación equivalentes.
El diseño y la disposición del aparato de secado por pulverización prevendría también, o al menos reduciría al mínimo, la acumulación del polvo dentro del aparato o del sistema, excepto donde se pretende que se acumule (por ejemplo, en un acumulador tal como un ciclón). Por ejemplo, el secador secundario está colocado preferentemente para proporcionar una inclinación descendente constante desde la cámara primaria al dispositivo de acumulación. Las alimentaciones de gas adicionales, preferentemente a una temperatura controlada y estéril, pueden estar previstas en cualquier punto en el aparato o sistema de secado por pulverización para facilitar el transporte de partículas y prevenir la acumulación no deseada a lo largo de todo el aparato hasta el punto de acumulación.
Método de Uso
Un método preferido de utilizar el aparato de secado secundario se describe con referencia a la figura 1, donde el aparato de secado secundario 10 es parte de un proceso de secado por pulverización, que incluye una cámara de secado primaria 20, un ciclón de producto 30, y un contenedor de acumulación del producto 31. Aunque la figura 1 muestra un secador por pulverización de flujo descendente vertical a contra corriente que tiene un fondo cónico, los métodos y el aparato descritos aquí son adaptables para esencialmente cualquier tipo de secador por pulverización, incluyendo secadores de flujo de corriente transversal, mezclada o en espiral, que tienen flujos horizontales, verticales-ascendentes o verticales-descendentes. La cámara de secado primaria generalmente puede ser de cualquier forma, incluyendo, cilíndrica, cónica, o en forma de paralelepípedo.
Una solución del producto (C) es pulverizada o atomizada dentro de la cámara de secado primaria 20 a través de una tobera 26. El gas de secado (A) entra a través de la entrada de alimentación de gas de secado 23, pasa a través del calentador de gas de secado 27, y a continuación fluye a través del filtro de gas de secado 24 para retirar el polvo y otra materia en partículas finas. El gas de secado entra entonces en la cámara de secado primaria 20 a través de la entrada de gas de secado 25. El gas de atomización (B) se suministra a la tobera 26 a través de la línea de gas de atomización 28 y se alimenta a través del atomizador 26 dentro de la cámara de secado primaria 20.
El flujo de gas de secado para drenar la entrada de alimentación 23 puede inducirse por una variedad de gas que genera y/o transfiere dispositivos tales como un ventilador, dispositivos de soplado, compresor, o evaporador de gas de cristal licuado. La fuente de gas puede ser aire atmosférico o un fuente dedicada de gas licuado o gas comprimido, almacenado por ejemplo en depósitos presurizados. En una forma de realización preferida, el gas de secado es nitrógeno que es generado a partir de un vaporizador de nitrógeno líquido, donde la presión del depósito o vaporizador proporciona la fuerza de accionamiento. Las gotas atomizadas se solidifican en partículas a medida que contactan y son arrastradas en el flujo de gas de secado a contra corriente. Las partículas dimensionadas en exceso se acumulan en el recipiente en una jarra de acumulación 22. Las partículas restantes salen a través de la salida de descarga de cámara de secado por pulverización 29 y fluyen hasta el aparato de secado secundario 10, donde las partículas pasan a través de la bobina de accionamiento 11 a través de la entrada 12 y la salida 13. Las partículas suficientemente secas entonces entran en un ciclón de producto 30 a través de la entrada de ciclón del producto 32. En el ciclón de producto 30, las partículas son separadas del gas de secado (D), que es escapado a través de la salida de ciclón del producto 33. Las partículas secadas son acumuladas en el contenedor de acumulación de producto 31. Uno puede controlar de forma fina el proceso de secado controlando la circulación de un medio de intercambio de calor a través de la envoltura de bobina de secado 16 durante el proceso de secado por pulverización. Los medios de intercambio de calor representativos incluyen agua (líquida y vapor de agua), acetona, aire, salmuera, limoneno, etanol, etileno glicol, freones, isopropanol, nitrógeno (gaseoso y líquido), metanol, propileno glicol, aceite de silicio, y hexafluoruro de azufre. El control de la temperatura puede ser particularmente importante para mantener la estabilidad de las partículas del producto que se forman o contienen substancias sensibles a temperatura alta, tales como fármacos térmicamente inestables (que incluye pero que no se limita a proteínas, péptidos, vacunas, y ácidos nucleicos) aumentando así al máximo la eficiencia de secado.
Los métodos y el equipo de secado por pulverización pueden adaptarse para uso tanto en un proceso continuo como en lotes.
En una forma de realización preferida, la temperatura de los orificios de entrada y salida pueden controlarse para producir los productos deseados, y puede variarse dependiendo del gas, disolvente, y material sólido utilizado. Para las partículas poliméricas el tamaño de las partículas de la solución de polímero es una función del atomizador utilizado para pulverizar la solución de polímero, la presión del atomizador, el caudal de flujo, el polímero utilizado, la concentración del polímero, el tipo de disolvente, la viscosidad, la temperatura de pulverización (tanto temperatura de entrada como de salida), y el peso molecular del polímero. Generalmente, cuanto más alto es el peso molecular, más grande es el tamaño de partícula, suponiendo que la concentración es la misma.
En un proceso de secado por pulverización típico para realizar partículas formadas de materiales poliméricos, los agentes terapéuticos tales como fármacos, o combinaciones de los mismos que utilizan el aparato y métodos descritos aquí, se utilizan los parámetros de proceso siguientes: temperatura de entrada = 30 a 400ºC; temperatura de salida = 6 a 100ºC, caudal de flujo emulsión/solución/suspensión = 5 a 5000 ml/min.; y diámetro de la tobera = 0,2 a 4 mm ID. Para partículas poliméricas, la concentración de polímero en la emulsión/solución/suspensión típicamente está entre 0,001 y 0,75 g/ml, y para partículas de fármaco, la concentración de fármaco en la emulsión/solución/suspensión también está típicamente entre 0,001 y 0,75 g/ml. La morfología de partícula depende de los varios factores, incluyendo la selección del polímero y/o agente terapéutico, así como la concentración, peso molecular, y velocidades de flujo de materiales. En procesos de secado por pulverización industrial para productos que son menos sensibles a temperatura, temperaturas de salida típicas están entre aproximadamente 70 y 400ºC. Masters, "Spray Drying Handbook" pág. 498-511 (5ª ed. John Wiley & Sons 1991) describe condiciones de secado por pulverización y diseño de planta típicos para una variedad de materiales. Estos diseños y las condiciones pueden adaptarse para uso con los métodos
descritos aquí.
Las temperaturas bajas de entrada y de salida pueden ser importantes para preservar la estabilidad y la actividad de muchos materiales farmacéuticos, particularmente proteínas, vacunas, pépticos, ácidos nucleicos, y fármacos químicamente inestables. Utilizando el aparato de secado por pulverización descrito aquí para secar estos materiales, la temperatura de entrada puede ser menor que 100ºC, preferentemente menor de 60ºC, y más preferentemente menor de 40ºC. La temperatura de salida es igual típicamente a o menor que la temperatura de entrada y por lo tanto puede ser menor que 100ºC, preferentemente menor que 60ºC, y más preferentemente menor de 40ºC. En muchas formas de realización, son posibles y preferibles las temperaturas más frías de 40ºC. Por ejemplo, las temperaturas de salida de 25ºC o menos, preferentemente 12ºC o menos (Ver Ejemplo 3 a continuación), son deseables, por ejemplo, para materiales con puntos de fundición o de degradación bajos.
Aplicaciones
El aparato y métodos de secado secundarios descritos aquí pueden utilizarse en, o adaptarse a, una variedad de procesos de secado de pulverización para hacer partículas en varias industrias, incluyendo abrasivos, productos agrícolas, productos bioquímicos, químicos, cosméticos, tintes, comidas, metales, (por ejemplo, abrasivos), pigmentos, y farmacéuticos. Los productos bioquímicos y farmacéuticos representativos y las clases de productos incluyen proteínas, péptidos, y ácidos nucleicos, así como antibióticos, enzimas, vitaminas, levadura, suero, vaccíneos, productos derivados del plasma, hormonas, micelia, y aminoácidos. Los químicos representativos y los metales incluyen acrilonitrilo butadieno estireno, (ABS), resina acrílica, alúmina, sulfato de aluminio, catalizadores de zinc y níquel, grafito, óxido de hierro, acetato de polivinilo, cloruro de polivinilo, gel de sílice, aluminato de sodio, dióxido de titanio y fosfato de zinc. Ver Masters, "Spray Drying Handbook" págs. 499-511 (5ª ed., John Wiley & Sons 1991), que describe estas y otras aplicaciones. La selección del material de masa de la partícula secada por pulverización depende del uso extremo pretendido de la partícula.
En una forma de realización preferida, el aparato de secado por pulverización se utiliza para partículas de un agente terapéutico, que puede incluir opcionalmente uno o más excipientes. El agente terapéutico puede ser un fármaco de molécula pequeña o un fármaco de molécula más grande (por ejemplo, péptido o proteína), tal como insulina, hormonas del crecimiento, eritropoietina, o interferona. En una forma de realización preferida alternativa, las partículas están formadas de un material de masa o matriz que tiene el agente terapéutico dispersado a lo largo del material, para uso en administración de fármaco controlado.
El aparato de secado secundario se utiliza preferentemente en un proceso para hacer partículas que tienen un diámetro entre aproximadamente 100 nm y 5 mm, más preferentemente entre aproximadamente 1 y 200 \mum. En la forma de realización particularmente preferida, los métodos y equipo de secado por pulverización están adaptados para hacer las micropartículas como se describe en la Patente de los Estados Unidos Nº 5.853.698 de Straub y col..
Los polímeros que pueden utilizarse en los métodos y equipo descrito aquí incluyen polímeros sintéticos y naturales, polímeros biodegradables y no biodegradables, y polímeros solubles en agua e insolubles en agua. Los polímeros sintéticos representativos incluyen ácido poli (hidroxi) tales como ácido poliláctico, ácido poli(glicólico), y ácido poli(láctico ácido co-glicólico), poliglicólidos, polilactidas, copolímeros polilactida co-glicólido y mezclas, polianhídridos, poliortoésteres, poliamidas, policarbonatos, polialquilenos, tales como polietileno y polipropileno, glicoles polialquileno, tales como poli(etileno glicol), óxidos polialquileno, tales como óxido de polietileno, tereftalatos de polialquileno tales como tereftalato de polietileno, alcoholes de polivinilo, éteres de polivinilo, ésteres de polivinilo, haluros de polivinilo tales como cloruro de polivinilo, polivinilpirrolidona, polisiloxanos, alcoholes de polivinilo, acetato de polivinilo, poliestireno, poliuretanos, y co-polímeros de los mismos, celulosas derivadas tales como alquil celulosa, hidroxialquil celulosas, éteres de celulosa, ésteres de celulosa, nitro celulosas, metil celulosa, etil celulosa, hidroxipropilcelulosa, hidroxi-propil metil celulosa, hidroxibutil metil celulosa, acetato de celulosa, propionato de celulosa, acetato butirato de celulosa, acetato ftalato de celulosa, carboxietil celulosa, triacetato de celulosa, y sal de sulfato de sodio de celulosa, (referido conjuntamente aquí como "celulosas sintéticas"), polímeros de ácido acrílico, ácido metacrílico o copolímeros o derivados de los mismos que incluyen ésteres, poli(metil metacrilato), poli(etil metacrilato), poli(butilmetacrilato), poli(isobutil metacrilato), poli(hexilmetacrilato), poli(isodecil metacrilato), poli(lauril metacrilato), poli(fenil metacrilato), poli(metil acrilato), poli(isopropil acrilato), poli(isobutil acrilato), y poli(octadecil acrilato) (referido conjuntamente aquí como "ácidos poliacrílicos"), ácido polibutírico, ácido polivalérico, y poli(lactida-co-caprolactona), copolímeros y mezclas de los mismos. Como se utiliza aquí, "derivados" incluyen polímeros que tienen substituciones, adiciones de grupos químicos, por ejemplo, alquilo, alquileno, hidroxilaciones, oxidaciones, y otras modificaciones realizadas de forma rutinaria por aquellos técnicos en la materia. Ejemplos de polímeros no biodegradables preferidos incluyen etileno acetato de vinilo, ácido polimetacrílico, poliamidas, copolímeros y mezclas de los mismos. Ejemplos de polímeros biodegradables preferidos incluyen polímeros de hidroxi ácidos, tales como ácido láctico, y ácido glicólico, polilactida, poliglicólido, polilactida coglicólido, y copolímeros con PEG, polianhídridos, poli(orto)ésteres, poliuretanos, ácido polibutírico, ácido polivalérico, y poli(lactida-co-caprolactona). Los polímeros naturales representativos incluyen proteínas y polisacáridos.
La elección del disolvente depende del material de masa y de la forma del material alimentado al atomizador, por ejemplo, si el material está disuelto, suspendido o emulsionado en el disolvente. En una forma de realización preferida, para uso con un material polimérico, el disolvente es un disolvente orgánico que es volátil o tiene un punto de ebullición relativamente bajo o puede eliminarse a vacío y que es aceptable para la administración a humanos en cantidades trazas.
Los disolventes representativos incluyen ácido acético, acetaldehído dimetil acetal, acetona, acetonitrilo, butinol, cloroformo, clorofluorocarbonos, diclorometano, dipropil éter, diisopropil éter, N,N-dimetilformamida (DMF), dimetil sulfóxido (DMSO), dioxano, etanol, etil acetato, etil formato, etil vinil éter, glicerol, heptano, hexano, isopropanol, metanol, cloruro de metileno, nitrometano, octano, pentano, tetrahidrofurano (THF), tolueno, 1,1,1-tricloretano, 1,1,2-tricloretileno, agua, xileno, y combinaciones de las mismas. En general, el polímero está disuelto en el disolvente para formar una solución de polímero que tiene una concentración de entre 0,1 y 75% en peso respecto al volumen (w/v), más preferentemente entre 0,5 y 30% (w/v).
La presente invención se entenderá adicionalmente con referencia a los siguientes ejemplos no limitativos.
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Ejemplo 1 Comparación de los Aparatos de Secado Secundarios
Se prepararon tres emulsiones de polímero idénticas, compuestas cada una de ellas por gotas de una fase acuosa suspendida en una fase de polímero/disolvente orgánico continua. El polímero era poli(lactida-co-glicólido) (PLGA) (50:50, MW aproximadamente 35.000 DA) y el disolvente orgánico fue cloruro de metileno. Las emulsiones se pulverizaron a través de toberas idénticas bajo condiciones de proceso idénticas de caudal de flujo de emulsión, velocidad de atomización, temperatura de entrada del gas de secado, y temperatura de salida de gas de secado. Cada emulsión se pulverizó dentro de un cámara de secado primaria ("PDC") de 6'' (15,24 cm) de diámetro.
Se evaluaron tres aparatos de secado secundarios diferentes ("SDA"): una cámara de secado de 4'' (10,16 cm) de diámetro, una cámara de secado de 6'' (15,24 cm) de diámetro, y una bobina de 15'' (3,81 cm) de diámetro 100'(30,5 m) de longitud. El volumen de la cámara de secado total y los tiempos de residencia estimados para cada combinación de diseño están previstos en la Tabla 1.
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TABLA 1 Dimensiones de la Cámara de Secado y Factor de Tiempo de Residencia de la Partículas
1
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La relación de la reducción del área de flujo de sección transversal se muestra en la Tabla 2.
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TABLA 2 Relaciones de Reducción de los Aparatos de Secado Secundarios
2
El rendimiento se determinó dividiendo la masa de producto acumulado por la masa sólida inicial. El tamaño de partícula del producto secado por pulverización se midió utilizando una Coulter MultiSizer. El contenido de humedad del producto secado por pulverización se determinó por la valoración de Karl Fischer. Los resultados del experimento se muestran en la Tabla 3.
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TABLA 3 Resultados de Rendimiento de Estudio de Secado
3
El sistema de bobina produjo el rendimiento más alto (72%) y la humedad más baja (6,86%) de los tres sistemas evaluados. Como se muestra en la Tabla 1, los tiempos de residencia y las capacidades de secado de los tres sistemas no son idénticos, ya que probablemente cuenta con al menos alguna variación en el contenido de humedad medido. La variación en el rendimiento, sin embargo, es más notable, puesto que si se aumentasen las longitudes de las cámaras secundarias de 4'' (10,16 cm) y 6'' (15,24 cm) para proporcionar un volumen idéntico al de las bobinas, el rendimiento para los sistemas de cámara secundaria de 4''(10,16 cm) y 6'' (15,24 cm) sería incluso menor que el del sistema de bobina. La diferencia de rendimiento es más probablemente debida a la velocidad de gas de secado comparativamente más baja en las cámaras secundarias 4'' (10,16 cm) y 6'' (15,24 cm).
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Ejemplo 2 Comparación de los Aparatos de Secado Secundarios
Se prepararon cuatro emulsiones de polímero idénticas, cada una de ellas compuesta por una fase acuosa suspendida en una fase continua de polímero disuelto en un disolvente orgánico. Las emulsiones fueron secadas por pulverización a través de toberas idénticas bajo las condiciones del proceso idénticas del caudal de flujo de emulsión, velocidad de atomización, velocidad de gas de secado, temperatura de entrada de gas de secado, y temperatura de salida de gas de secado. Cada emulsión se pulverizó dentro de la misma cámara de secado primaria, que tenía un diámetro de 6'' (15,24 cm) y una longitud de 18'' (45,72 cm), para un volumen total de 509 pulg.^{3} (8340 cm^{3}).
Se pulverizó una emulsión solamente dentro de la cámara de secado primaria, mientras que se pulverizaron otras tres emulsiones dentro de la cámara de secado primaria y una aparato de secado secundario. Se evaluaron tres aparatos de secado secundarios diferentes que tienen el mismo volumen: un tubo de 6'' (15,24 cm) de diámetro, un tubo de 4'' (10,16 cm) de diámetro, y un tubo de 1,5'' (3,81 cm) de diámetro. Se utilizaron adaptadores adicionales y tubería (1,5'' (3,81 cm) de diámetro) para conectar la cámara de secado primaria al aparato de secado secundario y para conectar el aparato de secado secundario al ciclón. Puesto que el volumen de las piezas de conexión fue aproximadamente el mismo para todas las configuraciones PDC/SDA, el volumen de la cámara de secado total permaneció aproximadamente igual. Las dimensiones y los volúmenes se muestran a continuación en la Tabla 4.
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TABLA 4 Dimensiones y Volúmenes de la Cámara de Secado
4
Las muestras de cada producto se liofilizaron para determinar la fracción de peso seco del producto. El rendimiento seco se calculó entonces como un porcentaje de la masa de polímero total pulverizada, utilizando la siguiente ecuación:
(Ecuación 1)Rendimiento = [(masa de producto acumulada) x (fracción de peso seco)] \div {}\hskip2cm (masa de polímero total pulverizada) {}\hskip0.6cm
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El tamaño de las partículas del producto secado por pulverización se midió utilizando un Coulter Multisizer. El contenido de humedad del producto secado por pulverización se determinó por la valoración de Karl Fischer. Los resultados de estos análisis están indicados en la Tabla 5.
TABLA 5 Resultados de Rendimiento de Estudio de Secado
5
El contenido de humedad de 28,6% obtenido cuando la cámara de secado primaria se utilizó sin el aparato de secado secundario fue indeseablemente alto. Los resultados mostraron que el uso de un aparato de secado secundario redujo el contenido de humedad por aproximadamente 55% y también redujo el tamaño de partícula media ligeramente. El tamaño y el contenido de humedad obtenidos con el aparato de secado secundario fueron aproximadamente los mismos para todas las configuraciones, que se esperó puesto que las emulsiones fueron pulverizadas bajo condiciones de proceso idénticas y puesto que cada aparato de secado secundario tenía esencialmente el mismo volumen total y tiempo de residencia.
Los resultados indican que el uso de un aparato de secado secundario redujo el rendimiento seco, presumiblemente, puesto que se depositó algún producto sobre las paredes del aparato de secado secundario, pero que el rendimiento aumentó como la relación del área de sección transversal de la cámara de secado primaria con respecto al aparato de secado secundario incrementado. La diferencia de rendimiento fue debido más probablemente a la velocidad de gas de secado comparativamente más baja en el aparato de secado secundario de 6'' y 4'' de diámetro. Utilizando una longitud larga de tubería de diámetro más pequeño, fue posible aumentar la máximo la capacidad de secado mientras que se reduce al mínimo la pérdida de producto. El experimento indica que la capacidad de secado del secador de pulverización puede incrementarse utilizando un aparato de secado secundario y que la disminución en el rendimiento del producto puede reducirse al mínimo utilizando el aparato de secado secundario descrito aquí.
Ejemplo 3 Fabricación de Micropartículas PLGA a Bajas Temperaturas
El aparato de secado por pulverización descrito en el Ejemplo 2 se utilizó para fabricar y secar partículas de poli(lactida-co-glicolido) (PLGA) (50:50, MW aproximadamente 35.000 Da) que utiliza temperaturas de procesamiento bajas. La cámara de secado primaria tenía una longitud de 19 pulgadas (48,26 cm) y un diámetro de 6 pulgadas (15,24 cm), y el aparato de secado secundario tenía un diámetro de 1,5 pulgadas (3,81 cm) y una longitud de 100
pies (30,5 m).
El PLGA se disolvió en cloruro de metileno para formar aproximadamente 29 L (litros) de una solución de PLGA 3% (w/w). La solución de polímero se emulsionó entonces con 2 L de una solución acuosa de 18% de bicarbonato de amonio en un depósito de mezcla de 75 litros montado con un homogeneizador Admix Rotosolver (Modelo 100RS88SS) por homogeneización durante 6,5 minutos a 3450 RPM.
La emulsión se pulverizó a un caudal de flujo de 150 ml/min. y se aerosolizó con nitrógeno a un caudal de flujo de 115 litros/min. en una tobera de atomización de aire de mezcla interna. El gas de secado (nitrógeno) se calentó a una temperatura de entrada de 55ºC y se introdujo dentro de la cámara de secado a un caudal de flujo de 105 kg/hora. Se encontró que la temperatura de salida de gas de secado era de 12ºC. Las partículas parcialmente secadas (que salen de la cámara de secado primaria) se pasaron a través del aparato de secado secundario, que se revistió con agua a 18ºC, y después se acumularon.
El rendimiento total de las partículas acumuladas era 91%. Las partículas tenían una distribución de tamaño caracterizado por un diámetro (X_{n}) por término medio de 2,0 \mum y un diámetro (X_{v}) de volumen por término medio de 5,3 \mum, como se determina en un contador Coulter. El contenido de humedad era 5,18% (w/w). El contenido de humedad bajo se consiguió utilizando temperaturas de gas de secado más bajas de manera significativa que la práctica estándar en sistemas de secado de pulverización de corriente.
Ejemplo 4 Fabricación de Micropartículas PEG a Bajas Temperaturas
Se repitió el proceso descrito en el Ejemplo 3, excepto para los siguientes parámetros: (1) polietileno glicol (PEG) (MW 8000) se utilizó en lugar de PLGA; (2) la longitud de cámara primaria era 25 pulgadas (63,5 cm); (3) el tiempo de homogeneización era 10 minutos; (4) el caudal de flujo de gas de secado era 150 kg/hr; y (5) el caudal de flujo de emulsión de polímero a la tobera de pulverización era 200 ml/min.
El rendimiento total de las partículas que fluyen libres acumuladas era 96%. El procesamiento de baja temperatura permitió la preparación de partículas PEG, que pueden fundirse o fusionarse juntas de otra manera durante el procesamiento, a medida que la temperatura de fundición de PEG (MW 8000) estaba típicamente entre aproximadamente 55 y 65ºC. Los ejemplos 3 y 4 demuestran por lo tanto que tanto las temperaturas de gas de secado de entrada como de salida pueden disminuirse utilizando los dispositivos de secado por pulverización y los métodos descritos aquí como se compara con aquellas temperaturas utilizadas típicamente en el secado por pulverización convencional.
Las modificaciones y variaciones de la presente invención serán obvias para aquellos técnicos en la materia a partir de la descripción detallada precedente. Tales modificaciones y variaciones están destinadas para que entren dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (20)

1. Un aparato de secado por pulverización que comprende:
una cámara de secado primaria que tiene un espacio de flujo interno que termina en una salida de descarga, y
una cámara de secado secundaria que comprende una tubería que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida de descarga de la cámara de secado, donde la relación del área de sección transversal de la cámara de secado primaria con respecto al área de sección transversal de la tubería es al menos 4:3, y
donde la relación de la longitud de la tubería con respecto a la longitud de la cámara de secado primaria es al menos 2:1,y en el que la tubería tiene una envoltura a través de la cual puede circular un medio de intercambio de calor, para controlar la temperatura en la tubería.
2. El aparato de la reivindicación 1, donde la relación de la longitud de la tubería con respecto a la longitud de la cámara de secado primaria es al menos 3:1.
3. El aparato de la reivindicación 1, donde la relación del área de sección transversal de la cámara de secado primaria con respecto al área de sección transversal de la tubería está entre aproximadamente 2:1 y 500:1, preferentemente entre aproximadamente 4:1 y 100:1, más preferentemente aproximadamente 16:1.
4. El aparato de la reivindicación 1, donde la tubería está en una bobina.
5. El aparato de la reivindicación 1, donde la tubería comprende adicionalmente una salida en comunicación fluida con un dispositivo de acumulación de partículas.
6. El aparato de la reivindicación 1, donde la tubería comprende 50 RA o acero inoxidable más uniforme.
7. El aparato de la reivindicación 1 adaptado para ser accionable bajo condiciones estériles o asépticas, formando así las partículas secadas por pulverización que son estériles.
8. Un método de fabricación de partículas que comprende:
(a) pulverizar una emulsión, solución o suspensión que comprende un disolvente y un material de masa a través de un atomizador, en una cámara de secado primaria que tiene una salida de descarga y que contiene un gas de secado, para formar gotas del disolvente y material de masa dispersado en el gas de secado;
(b) evaporar una porción del disolvente dentro del gas de secado para solidificar las gotas y formas partículas;
(c) fluir la partícula y el gas de secado a través de una cámara de secado secundaria que comprende una tubería que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida de descarga de la cámara de secado primaria, para evaporar una segunda porción del disolvente dentro del gas de secado,
donde la relación del área de sección transversal de la cámara de secado primaria con respecto al área de sección transversal de la tubería es al menos 4:3, y
donde la relación de la longitud de la tubería con respecto a la longitud de la cámara de secado primaria es al menos 2:1,y en el que la tubería tiene una envoltura a través de la cual puede circular un medio de intercambio de calor, para controlar la temperatura en la tubería.
9. El método de la reivindicación 8, donde el aparato es de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7.
10. El método de la reivindicación 9, donde la tubería está revestida y el revestimiento contiene agua de refrigeración.
11. El método de la reivindicación 8, donde el material de masa es un polímero y las partículas son micropartículas.
12. El método de la reivindicación 11, donde las micropartículas están entre aproximadamente 1 y 10 \mum de diámetro.
13. El método de la reivindicación 11, donde las micropartículas contienen un agente terapéutico o diagnóstico.
14. El método de la reivindicación 8, donde el material de masa es un agente terapéutico o diagnóstico.
15. El método de la reivindicación 8, donde la solución o suspensión comprende adicionalmente una sal volátil que es volatilizada en la etapa (b), etapa (c), o una combinación de ellas.
16. El método de la reivindicación 8, donde el gas de secado que entra en la cámara de secado primaria en la etapa (a) tiene una temperatura de entrada menor que 100ºC, preferentemente 60ºC, más preferentemente menor que 40ºC.
17. El método de la reivindicación 8, donde el gas de secado que sale del aparato de secado secundario tiene una temperatura de salida menor de 100ºC, preferentemente menor de 60ºC, más preferentemente menor de 40ºC, más preferentemente menor de 25ºC.
18. Una cámara de secado secundaria adaptable a la salida de descarga de gas/partícula de una cámara de secado primaria de un secador de pulverización que comprende:
una tubería que tiene una entrada que puede conectarse en acoplamiento fluido a la salida de descarga de la cámara de secado primaria,
donde la relación del área de la sección transversal de la cámara de secado primaria con respecto al área de sección transversal de la tubería es al menos 4:3, y
donde la relación de la longitud de la tubería con respecto a la longitud de la cámara de secado primaria es al menos 2:1, y en el que la tubería tiene una envoltura a través de la cual puede circular un medio de intercambio de calor, para controlar la temperatura en la tubería.
19. La cámara de secado secundaria de la reivindicación 18, donde la tubería comprende acero inoxidable 50 RA o acero inoxidable más uniforme.
20. La cámara de secado secundaria de la reivindicación 18, donde la tubería está en una configuración bobinada.
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