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流化制粒包衣设备的原理、组成及操作技术
来源:扬州日发干燥工程有限公司  |  日期: 2014-11-24 8:40:21

干燥设备【摘要】  介绍多种流化制粒包衣设备的原理、组成及共有和特有的操作技术
【关键词】 流化制粒机1   流化包衣机   操作技术   干燥2  PLC  自动控制  生产线   GMP  赖氨酸造粒
序论
    流化制粒包衣:使用气流或机械力同时作用使流化床内的“底料“呈现沸腾状或强制规则运动状,将润湿剂、黏合剂、包材、或母液均匀喷入使之团聚成粒或层积放大,可以达到团聚制粒、包覆制粒、颗粒或粉包覆包衣的效果。混合、制粒或包衣、干燥(有热气流时)可在一台设备内完成,工序集中,性价比较高。 
  流化技术本就是很好的干燥技术、筛选技术、混合技术。配上气流、物料的规则运动,不同方向上液体(或母液)喷入技术,就能实现一机式。这类技术对风量、床体尺寸、风温、液珠直径、喷量等参数设计要求较高,操作条件要求也较高3,流化床技术已从单纯的流化床干燥发展到流化床制粒、包衣、流化床混合及流化床粉碎。
  流化制粒包衣设备已经在医药、食品、化工、农药、饲料、颜料、化肥各行业中得到广泛的运用。能适用于粉末料的混合、制粒、干燥;粉末料的造丸;粉末、颗粒料的包衣;液体物料的造粒;粉状、颗粒、块状物料的干燥,展现出了其广泛应用的基础和市场潜力。
                                                                                                                                                                                                                        流化制粒包衣设备的原理、组成及操作技术
  作者根根流化的动力来源及形式将流化制粒包衣技术分为六种:
1、均匀垂直向上气流的沸腾床制粒包衣技术;2、旋转向上气流的旋流床制粒包衣技术;3、向上气流和旋转盘共同作用的旋转床制粒包衣技术;4、不均匀垂直向上气流(即喷动)的喷动床制粒包衣技术;5、向上气流和向下气流共同作用的复合床制粒包衣技术;6、滚筒和透过物料层气流的滚筒制粒包衣技术。
  下面按种类作相关的摘录和表述。
  一、 均匀垂直向上气流的沸腾床制粒包衣技术
  这种技术物料的运动状态为“沸腾状”,特性为不规则运动、边制粒边干燥、流化速度的范围较宽,操作弹性较大。分风层的特性是均匀的开孔。这类机型也是基本的机型,能配以振动流化技术。
由微观粒子的不规则团聚原理3推出,其适用于:1、不规则疏松颗粒的制粒,因为粒子的运动为不规则状。2、小粒子(粉末)的包衣,因为小粒子不需要规则运动,可以单液滴实现单粒子的包衣,正好雾滴在粒子的密相区,可以保证每个液滴均能包到粒子。3、喷雾造粒和颗粒涂层,利用连续供给晶种和连续喷雾,粒子的小多大少(小液滴有数倍的机会接触液滴),可实现多孔颗粒或类球形颗粒的连续生产。4、增重比一般小于1%的包衣制剂制备,增重比过大时,由于颗粒的不规则运动,包衣易不均匀,但增重比小于1%时,能显出其操作及能耗的优越性,常用于不完全包衣及着色包衣。
  得此种床的功能有:干燥,粉末制粒,粉末包衣,喷雾造粒,颗粒涂层,小剂量包衣。
操作方式有:批次式,连续加晶种或含固液体的连续式,料斗可推出式和固定式。
床体型式有:圆形,长方形;相应泄料形式有中心泄料、一端出料。
喷枪形式有:气流式喷枪,压力式喷枪。
喷枪安装形式有:
物料正上方向下;物料上层向下,适用于喷雾造粒、粉末包衣。喷雾特性是广喷。
物料内层向上;物料层上方斜向下;物料内层交叉,适用于颗粒造粒,着色包衣,颗粒涂层。喷雾特性是局部喷。
喷枪的数量可以是单喷枪,也可以是多喷枪,可以互相组合,喷枪的位置。
设备基本流程和组成:
    操作要点:1、保证物料能流化,制粒时流化速度可低一些,能看到一个明显的流化分层,干燥及制丸(颗粒涂层)时,流化速度要高一些,制丸时可让小粒子循环或及时落下。2、制不规则颗粒时,在液滴粘上一部分小粒子后,让形成的小颗粒及时干燥,从而保证强度和继续长大的可能,其特性是边制粒边干燥。3、颗粒涂层时,保持足够高的床层温度,因为在单个粒子上瞬时所喷上的液量较多,需要自身和周边的粒子提供足够的能量及时干燥,不然会粘连。4、包衣时,保持良好的沸腾状态和极小的喷量,得到良好的包衣效果。有两种情况:粉末包衣为大液滴,高温进风,小喷量;薄层包衣为小液滴,低进温,小喷量。
  二、旋转向上气流的旋流床制粒包衣技术
这种技术物料的运动状态为“旋转沸腾状”,特性为粒子旋转向上运动+不规则运动、边制粒边干燥、平面流化速度比第一种大、风速操作弹性也比较大。分风层的特性是层叠放射状的斜向上进风间隙。这类机型是沸腾状的改进型,粒子在床内除了沸腾运动,还有重要的旋转运动,粒子之间具有挤压作用,在制粒包衣方面具有相对的优越性。
由微观粒子的规则团聚原理3推出,其适用于:1、规则疏松颗粒的制粒,因为粒子的运动为规则状,并且由于旋转的原因,制粒所需粘结剂也更少。2、颗粒包衣,由于颗粒的相互挤压,更适用于缓控释颗粒制剂的制备及大颗粒剂的包衣。3、喷雾造粒和颗粒涂层,利用连续供给晶种和连续喷雾,粒子的小多大少(小液滴有数倍的机会接触液滴),可实现规则多孔颗粒的连续生产(但受床体尺寸的限制),所得颗粒由于压密的作用,堆积密度更高,颗粒表面也更光滑。
与第一种技术相比,同样大小的单个液滴能粘上多一些的粒子,同样尺寸的床体,风量更大,处理量也更大,制粒时间更短。所制得的颗粒堆密度更大,外形呈现圆形化,更易在床体的边缘出料。
得此种床的功能有:干燥,粉末制粒,喷雾造粒(丸),颗粒涂层、包衣。
操作方式有:批次式,连续加晶种或含固液体的连续式,料斗可推出式和固定式。
床体型式有:圆形,连续式时为圆形边缘出料。
喷枪形式有:气流式喷枪,压力式喷枪。
喷枪安装形式有:物料正上方向下;物料上层向下;物料内层切向;以正上方向下和切向居多。与第一种技术方向大体相像,切向的意思就是内部交叉,但主方向是沿圆形床体的切向,并与物料旋转方向一样。见下图。
喷枪的数量可以是单喷枪,也可以是多喷枪,位置的概念见第一种技术。
设备基本流程和组成:
    操作要点:1、保证足够的流化速度,让物料底层呈现螺旋向上运动,相对而言,操作流速范围窄一些。2、制粒时喷雾有向下和切向两种,喷雾时床层温度低一些,所得颗粒就紧实一些。3、由于对边制粒时,边干燥的要求相对较低,所需制粒时间缩短、粘结剂也更少。4、包衣时低进温、大风量、适应的喷量,保持足够床层温度,避免粘连。5、包层时,高进温,大风量,大喷量,可以少量粘连,粘结强度不够,自然会再分开。
三、向上气流和旋转盘共同作用的旋转床制粒包衣技术
这种技术物料的运动状态为“麻花状”,特性也为旋转向上运动、侧重于先制粒后干燥、所需风量最小、保持物料不漏下就行。分风层的特性是一个圆形间隙。这类机型偏重于粒子的旋转和翻滚运动,粒子在床内作麻花形式的三维旋转运动,粒子之间具有更大的相互搓动、挤压作用,在颗粒的塑造方面和易产生静电而粘壁的物料制粒方面,具有相对的优越性。
由微观粒子的规则团聚原理3和湿颗粒塑造模型推出,其适用于1、球形颗粒的制粒。2、易产生静电粉末的制粒,因为其特有的麻花三维运动,可以防止粒子粘壁。3、适用于非球形颗粒的球形塑造。4、颗粒涂层,其特有的运动可以保证涂层的均匀性及最少的粘结剂。
与前两种技术相比,由于其特殊的运动,单个液滴能粘到更多的粒子,并且由于搓动、挤压作用,粒子也更密实、更圆形化。但由于同时其风量比较小,不适宜于颗粒的干燥,除非进风间隙足够大。
得此种床的功能有:粉末制粒(丸),喷雾造粒(丸),颗粒涂层、包衣。
操作方式有:批次式,料斗可推出式和固定式。
床体型式有:圆形,料斗固定时为圆形边缘出料。
喷枪形式有:气流式喷枪。
喷枪安装形式有:物料正上方向下;物料内层切向;以切向居多。切向的概念与旋转向上气流的技术概念一样。
喷枪的数量可以是单喷枪,也可以是多喷枪,位置的概念见第一种技术。
床体内物料运动示意:
设备基本流程和组成:如将料斗加工成球形,则物料的运动状态将更好。
    操作要点:1、制粒时保持最小化的环形间隙,较快的喷速,均匀的液滴,比较快的转盘转速,适当的进风温度。2、塑造时,颗粒会析出湿份时,进风加热,不喷湿份;吸湿时,进风不加热,以快速度喷入需要的湿份,防过量喷时,进风可适当加热来调节,以防粒子过分长大。3、颗粒外表粉末包层时,喷量适当,以防晶核破坏,包层加粉时,宁少勿多,避免产生小晶核。4、当间隙调大后,可适用于非降速段的干燥,有让物料移到到转盘连缘的转速即可。
   四、不均匀垂直向上气流(即喷动)的喷动床制粒包衣技术
这种技术物料的运动状态为“喷泉状”,特性也为局部物料向上喷动运动,整个物料层内物料呈现穿过导向管的环状循环运动、侧重于制粒包衣过程中的干燥效果、平面的流化速度最大,风量的操作弹性最小。分风层的特性是有一个喷泉导向管。这类机型是针对颗粒包衣开发出的机型,粒子在床内除了沸腾运动,还有重要的环状循环运动3,粒子在导向筒内具有高度分散性,在直径0.4-1.2mm颗粒包衣方面具有相对的优越性。
    由此种原理得知,物料的每个单个粒子,均有同等的机会与液滴接触,这样对于粒度不均匀的物料就不太适用。由同等机会和导向筒内的高度分散性推出,其适用于粒度均匀的颗粒包衣,不易粘连。由其平面风的相对高流速,得知其能耗较大,为提高效率,就要提高导向筒内颗粒的密度和颗粒的翻转机会。对分风板的各区域开孔形式和开孔率设计要求最高,需要有复杂的计算和丰富的经验。
功能有:干燥,颗粒涂层、包衣。
操作方式有:批次式,连续式,料斗可推出式和固定式。
床体型式有:圆形,连续式时长方形。
喷枪形式有:气流式喷枪。
喷枪安装形式有:物料底层向上。
喷枪的数量可以是单喷枪,也可以是多喷枪,位置的概念见第一种技术。
操作及设计要点:1、最大程度的导向筒面积占平面比率,从而让大比率热风从导向筒经过,提高热效率。2、有效利用分风板的斜率和导向筒和分风板的间隙,让落下的颗粒在风和重力共同作用下,顺利进入导向筒,在保证分散性的前提下,尽量提高导向筒内的物料量。3、让导向筒内的物料尽可能的翻转,以使包层更均匀。4、所喷液体一定要及时干燥,避免颗粒的互相粘结。5、操作时,主要调节喷量、喷压(尽量让液滴更小、更均匀)、风温、风量,保证颗粒良好流动、喷动。
五、向上气流和向下气流共同作用的复合床制粒包衣技术
根据下部进风分风层的不同,物料运动状态有二种:沸腾状和旋转向上运动。特性为不规则运动或旋转向上运动加不规则运动。边制粒边干燥、流化速度的范围较宽,操作弹性较大。床体上下面积比例根据不同物料不同要求变化很大。这类机型通过上部的雾化器雾化料液,与上部部进风接触、干燥,得到不干的颗粒,通过下部进风使其沸腾、团聚造粒、烘干,然后在下部出料。是新式的复合机型,技术含量较高。
由微观粒子的团聚原理推出,其主要适用于不规则或不态规则疏松颗粒的制粒,优点是不需要粘合剂类的添加剂、润湿剂,可以从不易干燥的液体类,连续得到疏松颗粒。
得此种床的功能有:干燥,粉末制粒,喷雾造粒。
操作方式有:批次式,连续式,料斗可推出式和固定式。
床体型式有:圆形。
雾化器形式有:气流式喷枪,压力式喷枪,离心式雾化器(此种常用)。喷雾特性是广喷(类似于喷雾干燥形式)。
雾化器安装形式有:正上方。
进风通道有:上方和下方。 
出风通道有:上方和下段环向。
床体内物料运动状态根据分风板不同见以上内容:
设备基本流程和组成:
    操作要点:保持上部最可能高的进风温度和高的喷液量,并且液滴要大一些。保持底部尽可能低的进风温度,只要能干燥上部落下的粒子即可,以保证产品品质。让返回或加入的细粉尽量喷入到雾化层中去,增加与液滴接触的机会,以便得到大一些的晶核。
  六、滚筒和透过物料层气流的滚筒制粒包衣技术
这种技术物料的运动状态为“翻滚状”,特性为滚动运动、边喷雾边干燥、风量操作弹性一般。分风层的特性是均匀的开孔,高效包衣机就是典型的例子。
  由于物料粒子的滚动作用,可以推出,其特别适合于规则、不规则的大粒子包层、包衣操作。这些粒子在流化床中是不易流化的,在这种床中却可以很好的翻滚。
得此种床的功能有:干燥,异形颗粒涂层、包衣。
操作方式有:批次式。
床体型式有:滚筒形。
喷枪形式有:气流式喷枪。
喷枪安装形式有:
物料正上方向下;物料层上方斜向下。
喷枪的数量可以是单喷枪,也可以是多喷枪。
喷枪的位置概念、床体内物料运动示意、及设备基本流程和组成:
    操作要点:控制喷枪到物料层表面的距离,包衣液时应充分搅拌均匀,避免包衣液中卷入过多的空气,保持较好的雾化效果,保持物料层的良好滚动。 关于这种机型的书籍较多,有兴趣的朋友可以参考。
    喷枪喷量的共同操作要点:
制粒时,只要保持流化床不“死床”即可,正常床层温差在20-60℃之间。包衣时,一定要保证喷上颗粒的液滴及时干燥,避免颗粒之间相互粘结,正常床层温差在2-7℃之间。
制粒及包层时,气流喷枪可用较低的压力0.1-0.3MPa,包衣时,气流喷枪用较高的压力0.2-0.5MPa
结论
    不同物料有不同成品的需求,根据制粒包衣的原理和各机器的组成、原理、操作技术,来选择、设计比较好的设备,采用好的操作工艺,才能得到性价比高的产品。
1徐连英  侯世祥 中药制药工艺技术解析  人民卫生出版社 2003
2陈林书     制粒(丸)技术原理、设备的研究总结      2007-1-30
3陈林书     制粒包衣时微观粒子的作用机理  
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