（化工过程机械专业论文）强制旋流喷雾流化床微粒包衣的实验研究.pdf

中文摘要 本文从传热和傣璜滋发鼹藤转滚亿冻喷雾造糠过程中龟衣鬟三长动力学遗行 了实验研究。在小液滴干燥理论基础上，通过质爨和热量衡算，得到了包衣过程 中颗粒表丽液膜变化速率模型，包衣朦厚度增长模型及颗粒质擞增长线性模型， 并霹理论模型遗嚣了修雁。实验缝罴涯骥，穆正爱憝理论 妻与实验蓬是鞠簦蕊， 二者相差在2 0 以内。 实验以平均直径l m m 的玻璃球为种粒，4 糊精溶液为包衣液，对影响旋转 滚 急泰喷雾包衣过程躲操 乍参数进行了讨论，考察了瀛纯气量，气体入口潺波， 喷雾速率和切向风薅包衣过程的影响。通过相对包衣质量增长速率与各参数的关 系曲线，证明并讨论了喷雾速率、流化气量、进气温度对包衣质匿增长的多煎作 用，验证了相对包衣质爨增长速率的太小与颗粒生长方式的关系。实验表明，气 体滚量，骥雾速率，气俸入日溢度对鬏粒生长速囊，篷衣耪籽豹翻蘑率，颥穗生 长方式有盛著影响。相对包衣质量增长血线的斜率可以作为颗粒生长方式的判 据。斜率过大时说明有团聚现象发生，斜率过小时说明包衣液发生了提前干燥。 通过浚场摸缀和寿无切囱风对握对霞友屡量增长热线静对毙，分摄了切囱风对造 粒室内流场的影响，及麓对包衣质蚤籀长和颓粒生长方式的影响。切向风搜颗粒 旋转产生离心力，加剧了颗粒湍动，使床层表面呈漩涡状，这有利于喷雾液滴形 成豹锥面与颗粒相接触。实验证明，切向风改变了颗粒团聚生长与层式生长的分 赛点，扩髅了颓粒爨式生长静揉 乍嚣竣。 关键词：色友强制旋滚滚纯庆骥雾徽获囊化 a b s t r a c t p a r t i c l e s g r o w t hk i n e t i c si nt h es p r a y i n gr o t a t i n gf l u i d i z e db e d i sa n a l y z e da n d i n v e s t i g a t e do n t h eb a s i so fm a s st r a n s f e ra n dh e a tt r a n s f e ri nt h i sp a p e r a c c o r d i n gt o t h et h e o r yo f d r y i n go f l i q u i dd r o p ，m a t h e m a t i c a lm o d e lo f t h et o t a lv a r i a t i o nv e l o c i t y o f l i q u i df i l m a n d i n c r e a s i n go fc o a t i n g t h i c k n e s si sg a i n e db yh e a ta c c o u n t i n g al i n e r m o d e lo fi q a a s si n c r e a s i n gi sc r e a t e db ym a s sa c c o u n t i n g ，m o r e o v e r , t h em o d e l sa r e m o d i f i e d 。t h et h e o r e t i c a iv a l d e sa r ec o n s i s t e n tw i t ht h ee x p e r i m e n t a lv a l u e sa f t e r m o d i f i e d ，a n d t h ee r r o r sa r el e s st h a n2 0 。 i n f l u e n c i n gf a c t o r s ，e g ，a i rf l o w , a i rt e m p e r a t u r e ，c o a t i n g s o l m i o nf e e dr a t e ， t a n g e n t i a la i r , o ng r a n u l a t i o na r e s t u d i e dd e t a i l e d l y t h er e s u l t s p r o v et h a t t h e s e f a c t o r sh a v em a n y s i d e di n f l u e n c eo np a r t i c l e sc o a t i n g i n c r e a s i n gr a t eo fr e l a t i v e c o a t e dm a s sc a l lb er e g a r d e da sac r i t e r i o no ft h em o d eo fp a r t i c l e s g r o w t h i ft h e i n c r e a s i n gr a t ei sg r e a t e rt h a n n o r m a lv a l u et h ep a r t i c l e sa g g l o m e r a t e ；o nt h ec o n t r a r y , i fi ti sl e s st h a nt h en o r m a lt h ec o a t i n gl i q u i dd r o p sa r ed r i e da h e a d ，r h r o l l 曲t h e s i m u l a t i n go f f l o wf i e l da n dt h ec o m p a r i s o n sa m o n gt h ec u r v e so f g r o w t ho f r e l a t i v e c o a t e dm a s st h ea n m y z ei sd o n et h a tt a n g e n t i a la i ri n f l u e n c et h ef l o wf i e l di nt h e c h a m b e gc o a t e dm a s sa n dt h em o d e so fp a r t i c l e g r o w t h t a n g e n t i a la i rm a k e st h e p a r t i c l e sr o t a t i n ga n di n t e n s i f i e sp a r t i c l e s t u r b u l e n tm o t i o n ，s ot h el i q u i dd r o p sa r e e a s i e rt oc o l l i d ew i t h p a r t i c l e sa n d w e t t h e m t h e e x p e r i m e n t s s h o wt h a tt h et a n g e n t i a l a i rc h a n g e st h ec r i t i c a lp o i n tb e t w e e ng l o m e r a t i o na n dl a y e rg r o w t h ，a n de x p a n dt h e o p e r a t i n g a r e a o f l a y e rg r o w t h k e y w o r d s ：c o a t i n g ，f o r c e dr o t a t i n gf l u i d i z e db e d ，s p r a y , m i c r o e n c a p s u l a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过缝研究戏暴，逛不包含为获缮叁燮蠡茎或其 龟教育祝橡弱学位或证 书丽使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并袭示了谢意。 学位论文作者然名 吵 签字日期：) 舢弛年上月聊同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解蕉鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，劳廷震影印、缀馥或摇摇等复裁手段傈移、汇缡良供鸯溪蟊整阕。蝴意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名 时誊 j 导师签名 签字嗣期：炒工月) 。网签字目期c i h 日 第一章义献综述 1 1 微胶囊概述 第一章文献综述 微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆形成微小粒子的技术，得到 的微小粒子称为微胶囊，一般粒子大小在微米或毫米范围。包在微胶囊内部的物 质称为囊心，囊心可以是固体，液体或气体，材料可以是香料、溶剂、燃料、催 化剂、粘合剂、药物等，囊心可以由一种或多种物质组成，有单核、多核也有微 胶囊簇和复台微胶囊。微胶囊外部由成膜材料形成的包覆膜称为壁材。壁材通常 是由天然的或合成的高分子材料组成，也可能是无机化合物。根据囊心性质和用 途的不同，可采用一种或多种壁材进行包覆。微胶囊可以是单层结构也可以是多 层结构，并可呈现各种形状，如球状、粒状、絮状、块状等。 微胶囊包囊壁材直接影响着微胶囊的物理、化学性质，故需根据微胶囊产品 的具体要求和“核心物质”的物理性质选择适宜的壁材。通常包囊壁材具有以下 特点： ( 1 ) 、如果囊心物质是亲油性物质，一般宜选用亲水性聚合物作壁材。反之 则宜选用非水溶性材料为壁材。 ( 2 ) 、包囊壁材在包覆“核心物质”时，具有成膜性和粘着力。 ( 3 ) 、包囊壁材与核心物质不起化学反应，同时需考虑其渗透性、吸湿性、 溶解性、乳化性。 1 1 1 微胶囊的作用 广义地说，微胶囊具有改善和提高物质表观及其性能的作用。更确切地讲， 主要有以下几个主要作用： 1 缓释作用。微胶囊使核心物质以一定的速率持续释放，能够控制囊心物 质的释放浓度，使有效成分的作用更加持久，稳定，因而广泛应用于制药和食品 行业。 2 改变物质的特性，如颜色、密度、溶解性、反应性、耐久性、压敏性、 热敏性以及光敏性等。掩蔽“核心物质”自身存在的异味、臭味、辛辣味等不良 气味 “。 第一章文献综述 3 保护囊心物质。微胶囊的囊心是与外界环境隔离的，这使囊心材料免受 外界的湿度、氧气、紫外线等因素的影响，因而使性质不稳定的囊心不会变质。 也可以使原本会发生相互作用的几种组分分开，保持各组分的稳定存在p 1 。 4 改变囊心物质的物理状态。微胶囊可使液体或半固体物料转化成固体粉 末状态改变了液体不易操作和加工的缺点，同时给它的使用、运输、贮存都带来 很大方便【。 1 1 2 微胶囊的制备技术 微胶囊技术的研究大约开始于本世纪3 0 年代，取得重大成果是在5 0 年代。 传统的微胶囊制各方法从原理上大致可分为化学方法、物理方法和物理化学方法 三类。利用物理机械的方法制备微胶囊的先驱者是美国人d e w u r s t e r ，在4 0 年 代末他首先采用空气悬浮法制备微胶囊，并成功地运用于药物的包衣，至今仍把 空气悬浮法称为w u r s t e r 法。美国人& k g r e e n 是利用物理化学原理制备微胶囊 的先行者，5 0 年代初他发明了用相分离复合凝聚法制备含油明胶微胶囊，用于 制各无碳复写纸，由此开创了以相分离为基础的物理化学制备微胶囊的新领域。 5 0 年代末到6 0 年代，人们开始研究把合成高分子的聚合方法应用于微胶囊制各， 出现了许多以高分子聚合反应为基础的用化学方法制备微胶囊的专利，其中以界 面聚合反应的成功最引入注目。8 0 年代以来，微胶囊技术的研究取得更大进展， 已经开发出粒径在纳米范围的纳米胶囊。 尽管微胶囊化方法多种多样，但有大致相类似的步骤，如图1 1 所示。 。，鐾一翮一警 二i 兰 二lr 1 核心物质悬浮：将预先细化的核心物质分散进入微胶囊化介质内悬浮。 2 三相体系的建立：将包囊壁材倾入含有核心物质的介质中分散，建立三 项体系。 塑= 童兰堂堡堕 3 囊壁沉积：通过不同的工艺方法，将囊壁材料聚集、沉积、包敷在已分 散的核心物质周围。 4 囊壁的固化：囊壁经化学或物理的方法硬化、冷却、干燥等处理，以达 到一定的机械强度。 随着制备技术的成熟，微胶囊应用r 益广泛，已从最初的药物包覆和无碳复 写纸扩展到医药嘶 、食品即】、涂料8 1 、纺织9 1 、生物技术 o a l 、同化用品旧、 农药【1 3 等众多行业。 1 1 3 空气悬浮成膜法 空气悬浮成膜法是威斯康星大学d e w u r s t e r 教授发明的故又称为w q l r s t e r 法。空气悬浮法的特点是应用流化床把囊心固体粉末悬浮在空气中，再将壁材溶 液以喷雾形式加入流化床中，在悬浮滚动的状态下，逐步对囊心形成包覆、干燥 而得到微胶囊。 譬霎篓料奠：盟jll一i|兰茎的 譬霎驴挲：4 一一赣爹的 w u r s t e r 法装置如图1 2 所示，主要由三部分组成：一个上宽下窄的直立柱 体：柱体下部是空气流化床：在柱体侧面有一个加入壁材溶液的喷雾器。柱体下 半部是成膜段，囊心在这里被包覆。柱体上半部是沉降段。 生产过程中，固体囊心颗粒在流化空气中处于湍动悬浮状态，从喷雾器喷入 的壁材溶液使囊心表面润湿，在热气流的干燥作用下，粘附在囊心表面的壁材溶 液逐渐被干燥形成薄膜。囊心颗粒向上运动过程中，由于沉降段横截面积突然变 大，空气流速降低，不能支持囊心颗粒保持向上运动，颗粒在重力作用下向柱体 底部沉降。颗粒到了柱体下部又受到气流向上的推动作用再次向上运动。颗粒 如此循环往复运动，并不断被喷入的壁材溶液润湿和干燥，直至在表面形成一定 第一嚣文献综述 厚度的薄膜，至此停止喷雾，从底部收集得到徽胶囊。 w u r s t e r 法适合制备囊心含量高的微胶囊，制备的微胶囊包膜厚度均匀，有 铡子药凌麓粪心鹣控裁释放；臣w u r s t e r 装置为基懿瑟各餮空气懋浮包衣法霹以 成功地对大多数微小固体颗粒进行包覆。可以使用多种壁材溶液对大小不同，形 状不规则的颗粒进行包覆。由于在包覆过程中壁材分布很均匀，因此减少了璧树 用量。 空气憝浮包衣法有磁个重要影响参数。 1 流化气速。合适臼勺流化气速使囊心颗粒能从装置的底部上升，并在顶部 下降。囊心颗粒在这种往复运动中与壁材溶液充分接触并被均匀包覆。 2 壁褥雳量。要控潮姆壁耪熬麓篷隧及壁耱溶液臻雾时阕黪长短蠢翅蕊， 以保证壁膜既有一定厚度又具有均匀憾。 1 2 滚态化 1 2 1 流态化的基本概念及流型 固体滚态纯现象是静耄予漉傣怒上渡过嚣传鬏粒堆积戆藤罄整褥露体鬏 粒具有一般流体性质的现象。近代固体散料的流态化技术是把固体散料悬浮于遣 动的流体之中，使颗粒与颗粒之间脱离接触，从而消除颗粒间的内摩擦现象，达 到固体流态化的目的。 形藏露俸流态讫要蠢冗个基本条 串： 1 有个合适的容器作床体，底部有个流体的分布器； 2 有大小适中的足够量的颗粒米形成床层； 3 ，毒逶续供应豹浚体充当滚纯会蒺； 4 流体的流速大予起始流化速液，但不超过颗粒的带出速度； 传统固体流态化有两个最基本特征： l ；流化床具有许多液体鲍性质，如缀磐豹滚动瞧、低糙度、缀小的剪切应 力、传递压力静髭力、对浸没耱俸鳃浮力等。 2 通过流化床层的流体压降等于单位面积床层的重量。 理想的流化状态是围体颗粒间的距离随着流体流速的增加而均匀地增加，以 瀑莺颓越在溅薄中黪均匀分蠢。这穆薹爨毅豹鸷匀悬浮镬繇有颥耱帮有均穗静瓿会 和流体接触，也使所有流体都流经同样厚度的床联，因而流体和颥粒间有充分且 均等的接触机会。均匀的流化保证了全床中均匀的传热、传质效率以及均匀的流 体停窘时闻，这对的流纯矮量是最高懿。毽在实际躲漉亿疼中，势不能总是达到 第一常文献综述 理想流化状态。 对于液固流化床，由于液体与固体颗粒间的密发差较小，其流化状态比较接 近理想纯，稼为教式滚态纯。气国浚纯床一般会出疆嚣耪。跨况：对手较丈稻较蓬 的颗粒，当气速超过起始流化速度时，多余的气体并不是进入颗粒群中去进步 增加颗粒间的距离，而避形成气泡，并以气泡的形式很快地通过床层，这种流化 状态称为聚式流态化；对予较小和较握的颗粒，在气速剐刚超过逛始沆化速度鹩 一段搡俸范围内，多余的气体镪逶入颗粒饕中供萁均匀膨联丽形成教式流态讫， 但进一步提高气速将导致气泡的生成而形成聚式流淼化。 事实上并不是所有的液固流态化都是散式的，也不是所有的气固流态化都是 豢式靛。蒸决定霆素主要是滚薄蟊露俸之蓠赘密度蒺，其凌是鬏粒只寸。为翔定 一个体系魑聚式或散式，w i l h e l m 和k w a u k 早年提出了一个用弗劳德( f r e u d e ) 准数为判据的简单方法。目前人们大移采用j o h n s o n 和r o m e r o 稳定性数群来区 分这两耪流态亿： f r r e ( ；, - p g ) i h o , , l d j 式中，丹弗劳德准数； 鼬黼诺准数： 夕p 、p 。一固体颗粒与流体密度，k g ，时3 a 耐一褊舞流纯捩态时的床爱高度，m ； d 一流化床直径，m 。 f r r e ( p p p g ) p g f r r e ( p p 一联) p 1 2 2 流态化的不同阶段及其规律 当气体邋过国薄颥被床层时t 随饕气速静改交，流化过程可分为三个阶段， 即：固定床阶段，流化床阶段和流体输送阶段。固定床和流化床鼠有不同的规棒， 从气速和床层压力降4 p 的关系可以清楚地看出这种规律性。图1 3 给出了庶屡 透力终a p 与德薅漉速在鼹黠数( t ga p - - t g u ) 坐弦上耱关系蘸线。 亿 化 态 态 流 流 式 式 聚 故 鸯 为 | | 弓 ，；，；，j 1， 百万 第一帮文献综述 _ _ _ _ _ _ h - 一 在固定床阶段，流体流速较低，阐体颗粒床层静止不动气体从颗粒之涮的 空隙流过。在这一阶段，随着气速增加，气体通过床层的阻力也增大，即床屡压 力隆a p 烈隧漉葵漉遮u 懿增热瑟增大，魏强i - 3 中懿o a 羧。鲞气遮增热至l 一 定值时，压力降近似等于单位面积床朦重量，这时，气体刚好能托起整个床屡， 颗粒位置稍有变动，床鼷变松，略有膨胀，但固体仍保持接触丽朱流化。 o h 一一一 h o | ! i 础 圈1 - 3 流化床中搓力降4 p 、廉层高度h 和气体流速u 关系曲线 f i g a 一3 c u r v e so f p r e s s u r e d r o pz p h e i g h t o f b e d h v s g a s v e l o c i t y u i n f l u i d i z e d b e d 当流速进步增大越过a 点时，颗粒开始被流体吹起并悬浮在床层中运动， 灏粒闻相互碰撞、混合，廉层随气速戆增热两不断膨胀，靼床屡离瘦和空隙率将 随气速豹遂鸯鞋两增丈，毽床层压力降基本保持不变，如图i - 3 中a b 段。a 点蹙 床层从固定床向流化床转变的临界点，此点处的气流速度称为临界流化速度，用 ，表示。此时的床层空隙率被称为情界空隙率，罔f 。，表示。 在漉化昧除段，流体豹压力黪瀵褥子承担藏鼷夔量，此时憨a 耀，穗滚体对 颗粒的浮力h a r ( 1 一e ) p 。g 与床层颗粒总重量列，( 1 一p 。g 达到平衡，即 p a | 斗h a j q e ) p 9 9 2h a j 9 一s ) p g 矗p 2 h o 一占) ( p ，一& ) g ( 1 。2 ) 式中，a p 一床层压力降，p a ： a 一寒瑟亳痉，璐； 占一床层空隙率： 由床层横截面积，m 2 。 式( 1 - 2 ) 表明，流化床压力降约等予单位露积凑嫠豹重量。凑层进入滚化 鹅一鼗文献综述 状态后，超过最小流化气量的那一部分气体将作为气泡通过床层。这些气泡在分 布板附近比技小，在上升的过程中这些气泡不断长大( 因为气泡合并和压力降 糕) ，引起滚化瘴痰粒予豹溪黧涅含，雾过渡亿寒鼷蜃在瑟瑟表鬻破裂。 继续掇离气速，流态化操作将进入气体输送阶段。此时，床层高度大于容器 高度，颗粒被气流带走，床层内颗粒减少，空隙度增加，床层压力减小。当流速 增至菜一数值对，流体对颗粒的阻力与颗粒的宴繇遂量捆平筏，此时的流速梭称 为带出速度u 。若流体流速u 高予带出速度u ：，颗粒则会棱流体带走。气流输 送阶段，由于床层内颗粒数量减少，气流阻力减小，所以气体压降尸也迅遵降 低，如图1 3 中b c 段所示。 1 3 流化脒喷雾造粒 漉化廉醭雾造鞍技术是耨滚透过囔潞雾纯螽囔入浚纯寒内，黪劈滚 乏套矮粒 溶液本身的热量和反应热，是溶液在颗粒表面完成涂布，干燥，结晶和反应的操 作过程【l 。流化床造粒可分为两大类：类是“纯粹”造粒，即把细的原料粉倒 入床层中，喷入适量糙含刹，把细粉造成大的颗粒。另类是以干燥为主要目的， 获得辩滚中耩含静霞体成分，鄄揠液豁妻接转纯为颗粒，又称一步造粒。 流化床喷雾造粒技术最大特点和基本过程是流化床层中新颗粒的生成和长 大过程。颗粒的生长形式有两种：层式生长和团聚生长，如图1 - 4 所示。 喷嘴 颗粒 渭湿 图1 - 4 渡纯疼爨鞭粒麓生枧疆 f i g 1 - 4 p a r t i c l e g r o w t h m e c h a n i s m s i n f l u i d i z e db e d 若是雾化滚滴接触到了颓粒表面，在颞粒表藏被润湿后，气流和颗粒本身的 热量藏是以凳颗粒涂瑟斡农分逐速蒸发：及露使颗粒表蘑遥速于潆，这样舔来懿 小颗粒就会被从雾化液滴中析出的溶质逐渐涂布成一个比原来大的颗粒1 7 ，l8 1 ， 这种生长方式称为层式生长。层式生长可获得洋葱式的球形或近球形颗粒i 女2 0 1 。 如果波漉喷涂至l 颞被表蘑，面气淡穗颗粒本身麴热量甭足以使滚滚掰含本分 聚 衣 团 包 鳓 。：。 ，蚺昏 一 ，f u 。 第一带文献练述 迅速蒸发，这时由于颗粒问的碰撞、混合，就会出现多个颗粒由于表面液体问的 搭桥而粘结在起团聚成一个较大颗粒的现象。随着干燥的继续，颗粒间的液桥 会交蠹露攒。颓裢熬这撩长丈方式舔必鬻聚式生长。 1 4 颗粒生长模型 颗粒生长方式决定弓颗粒漏的络合力帮颗粒潮瘁撩力的福对大小。前人散过 一些团聚颗粒间结合力的研究 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 】。结合力包括范德华力、静电力、化学力、 表面张力、糙合力等。化学力在团聚过程中几乎不超作用。当颗粒直径为几微米 时，表嚣袋力吃鬏粒蚕豢大黪多，范德华力帮静电力只有当颗粒照离壤近时牙+ 越 作用。m o n e n s e n r 5 1 和s m i t h t 2 6 1 提出了如下颗粒生长机理：流化床喷雾造粒过程 中，颗粒谶出喷雾区接受料液，液滴在颗粒表面形成液膜。然后颗粒再相互碰撞 时裁会形成液辑，如强l 。5 所示。 7 “一、 4 、。 - 。 j? i ： f 。| ； ， ； 。一j 一? 、一一 、一 i 颗粒、液橇 图卜5 颗粒问的液桥 f i g 1 5l i q u i db r i d g eb e t w e e nt w op a r t i c l e s 此时颗粒阉的结台力近似为液桥静秸滞力帮表磷张力。如聚形成液桥的辩液 在被完全干燥前不再重浙分布，那干燥后液桥就会变为固桥，即颗粒团聚生长。 如果颗粒湖的剪切力使液桥或固桥受到破坏，颗誊立间的连接断开，即发生层式生 长。颓筏润滚楱馥强度取决予蚕 零鬏粒瞧葳窝箕 零较大，j 、。鞭粒潦动产玺鹣黪禳 力破坏和限止颗粒的团聚生长，此摩擦力大小决定于流化床的流化特性，即颗粒 的物理性质和运动速度等。实验表明：过高的气速和温度，有利于颗粒破碎。 b 。s 。l e e 2 7 1 试为唉雾黧、庆层体积、矮雾气滚魄跫影鹃颞粒生长速率豹主要 圜素，颞被的质量生长遮率正比与颡粒的表面积。指出喷雾量鞠喷雾气液比寇影 响生长速率的重要因素。总结出表达式： d 。= d 。+ 第一帮文献综述 式中，d 。- - t 时刻颗粒的粒径； d 。一静粒壹径； 珂一颗粒之问生氏系数。 g r i m m e t t 2 8 1 在研究盒属盐煅烧过程中使用了三种测量颗粒生长速率的方法。 他假设喷雾液均匀分敖到鞭粒表面上，劳考虑不网尺寸颗粒的影酮，提出了颗粒 静生长速率式，指崮颗粒漤式生长时，大静颓粒比，l 、颧粒生长要快。 p g s m i t h 和a w n i e w 1 3 1 等以玻璃球为种粒，以苯甲酸纳和聚乙二醇的甲 酸溶液为粘合剂，研究了颗粒的生长机理。发现苯甲酸纳以层式生长为主，而聚 乙二醇以霾装生长为主。增大渡纯气邃瑟穆粒粒弪，鞭粒趋予洪式生长。影粕黻 粒生长机瑗的主要因素怒颗粒间的粘合力和流化麻的流化特性。根据物料衡簿及 颗粒结构和几何形状，建立了层式生长和团聚生长模型。 原翻秘夫阻蚓利用硫酸锣和磷酸铵粉末为种糖，磷究了造粒过程，提出了潮 聚生长的缀验式： d p = d 肿e x p ( 1 2 c t ) c ：5 2 9 m z ( 1 - x f | ) 掰。 式中， 肘。喷雾液流嫩，k g m ； x 。凑雾滚矮爨浓度； 吖。初始颗粒膊质量，延。 z o r m o s 做了团聚造粒实验，指出产品颗粒尺寸符合对数正态分稚，其平 均羧径为： 式中蘸a ，b 由物辩露操俘条侔确定。 a k - b i n 和i a a l a m i n 1 8 f 立用喷雾流化床进行具有水分散特性的杀虫剂的 团聚造粒研究。实验发现：增加粘合剂的喷雾量或浓度都会加快颗粒的生长速度。 箕孛碧趣喷雾量还能攒热鬏粒辊撼强发。实验数豢淡黉，大多数人赞或懿鬏粒警 均粒径随时间线形增长盼模型：d ，= d 肿+ 耐用柬擒述该实验的颗粒粒径数捅不 够准确。 武井成邋和明长良| ：3 2 1 在f l o 一3 0 型流化造粒嚣中职究了豳浆和涂层捺 乍过 第一辩文献综述 程，发现造粒的水分在2 - 5 之间存在转折点，床层内颗粒水分大于转折点水分， 则颗粒生长遮率很快且颗粒表面光滑；反之，则生长速率小且颗粒表面粗糙。 s 。控g f 2 4 】骚究了正磷酸盐溶渡予爨镶数三磷酸镳熬造粒过鼹，发褒颓粒生长 速率= 鲁! ! 业随流化气遮和床层温度的增大而降低，随料液浓度和液滴直径的增 d ，0 大两增大。撼出了半经验龅对数正态分布函数关联式，预测颗粒麴粒度分布和平 均粒度： d 。= ( c i + c 2 ，) e x p ( 3 5 b2 ) 式中o ，岛，b 为模型参数。实验结鬃与模型计算值裙符合。 e l a r e d g e 、h b 、d r o w n 、d c ”州研究了决定流化床中影响颗粒涂层速度的 显著因素。结果显示，总床层面积是影响颗粒涂屡速度的最显著因素，其次是过 霉l 流讫气逮、喷雾速率，袋后是寒震蕊质量，并稳滋了一个关联主要因素和涂髅 速度的线形模型。 s h e i n r i c h 等人 3 4 1 假设： l 。气浚为活塞凌，不考虑提台过程： 2 不稳定的开、停车及过程参数的时间性变化与实际包衣时间相比较短， 在设备内液体分布良好，固体混合充分； 3 流化床处于均匀流纯状态： 4 溪雾液中辑含溶帮被完全蒸发，不考虑颗粒酌吸湿； 5 喷嚣液滴在颗粒袭面形成均匀厚度的连续液膜； 6 位于颗粒液膜外的气体边界层处于饱和状态，这一饱和状态由饱和蒸汽 压与稳秘瀑发亲严穆确定，德套窒气鹣浸凄是滚黢瀑度懿委数。 通过对整个流化麻进行质量、热麓恒算获得一系列颗粒层式生长的方程： 气体漱度随床层高度的变化： 警2 蔫卜黔吲气，+ 铷蝴k 州， + 瓦历l o t i a w i , , a 乏w , 。i e 丽& ，一只( z ) ) + 可磊夏o i t a w i , o a i o 巧i 孬( 。一吼( = ) ) 颗粒润湿程度随时问的变化 1 0 第一章文献综姨 挈：生笠妒( 瓦一珞) 十堕 晰 p m a xp lm a 液膜平均温度随时问的变化 警= 扣咒詈+ 蓑陆( 瓦吨) + - 删耳w 】 十盟：旦( 瓦一匕。) ( 自。+ 。o a ) + 豆瓯。) c p l 舯自x | d lm 州 颗粒温度随时间的变化 a 援o i , 2 警 ( 1 刊鼢驴删驴& ) 】+ 豁( 州 + 铣( ， 空气浸痰随霹闽熬变化： 空气温度随时问的变化： 塾a t 等c 鲁鲁+ 焘m c h 峨水 椭。r t l , o ) 月+ l 新 “( + l ) ” 一4 ”。 一c一只一巧(cm峨+ahv,o)】+熊(匕，匕)(ahv,o+cs,ma 以+ c 。民) p + o m f ) “ 1“ + 蔫c e t 一妒，e 昂一只c ：，+ 妒c 艮一岛，+ j 溉e 昂，一毁， + 褊( 一o a ) 出口空气湿度： 学鳖 盟西 第一耄文触综麓 巧。= 匕。+ 卅 出口空气温度 ；业坠型垫m a 卷尝产逊丛c + 1 b * l os l 式中，a 一面积( a 。= a v ) ，1 2 1 2 ； h 一高度，m v 一体积，m 。； y a 一空气湿度( 干基) ，k g w a t e r k g d r ya i r ： c i 一比热容，j ( k gk ) ；，。矫正因子( i ，a2 口，u d ) ： ”一单位面秘上的质麓流率，k ( sm 2 ) ；卜时间，s ： ”一赝量流率，k g s ；p 一密度，k g m 3 ； 拶一温度，； 一传热系数，w ，( m 2 k ) ： b 一传质系数( 9 + = pp a ) ，m s ； 一孔隙率，+ ：1 e ： l 、j ：旷一东蒸汽在o cs , - i 静眈熬，j k g k ：m 一滕量，融； 妒一润湿度( 妒= 爿，m “耐( 爿，d + 。r 删) ) ，： 下标，a 空气；e 环境； p 颗粒： s t 一蒸汽； w 一壁面； f 卜滤纯藤( 操作点) i n 一入口处： o 一辨裁； 卜液体； s 固体； v 一体积： a s 一绝热状态： i 一内部； m a x 一最大慎； o u t 一出口处； m 6 r l ”1 认为如果没有磨损、没有团聚、没有自诱导成核现象，也没有材料连 续逖觚瘩中懿爨，并虽麴果滚滚均匀戆分枣予无霞聚斡耪粒上，那么霞友或鬏粒 直径的非连续成长可根据线性成长模型来计算。 d ，= 扣昙篝茅址 式中，痂一液锩豹质最溅率，k g s ； x w a t e 广一谶粒液体中的水含鬣，k g 。k 脉g d ps , l - - 造粒液的密度k g m 3 ： 1 2 第一章文献综述 n 。一颗粒数： d r 造粒时间间隔，s 。 j k u c h a r s k i 等人【3 6 】在嗡动床中对p l a c e b o 和r a p h a c h o l i n 两种片剂进行包衣 试验提出了一个造粒过程动力学模型及一个通用模型。 - - g r 广- - t ， ，+ 警岳y 孕吖阢h m c d 知 。 式中，a = 六【孤，露，嚣。，或，炙，搦一痣爱筑物理特缝 嚣= 名喀，g ，p ，p ；，x ：，孑羔】一喷雾液斡物理特性 c = l u g , c c 靠。，以，眨卜一气体动力学 h 。静床高，m ； t d r 一工艺时间，s ； 黟0 气体鲍总矮爨溅率，k g s ； 弹誓造粒液中圈体鲍质量流率，k # s ； x ；喷雾液的原始湿度，k g k g ； c 。一喷雾液中的围体浓度，k g k d d 惰性粒子盥径，n l ； d ：。惰性粒子静s a u t e r 壹径，m ； d 篓，凄蜀懿鬏藏乎麓质量直径，m ； 群床层进口她的颗粒平均质量，瞻； l g , c c 圆筒部分的气体速度，m s ； 由形状系数； 。静床层孔隙率； l 。广遥粒效率； 以。圆筒部分的气体动力粘度，k g m s ； p 。圆筒部分的气体密度，k g m 3 ； ：惰性粒子的密度，k g m 3 ； p 。删减少的粒子密凄，k g m 3 ； 矿。，p ? 咬雾滚瓣袋凌纛其中兹霾体秘密度，羹譬蕊3 第一嚣文献综述 1 5 影响流化床喷雾造粒的因素 雾菱讫冻骥雾遮粒蕊枧遴是j 霉复杂懿。一觳焉畜，在实际揉 擘中影嫡流化凑 喷雾造粒产品物理性质的因素大致有f 3 7 始豫4 啦： 1 喷嘴位置； 2 。雾化空气压力； 3 喷嘴翡液体压力； 4 喷嘴喷射孔内径： 5 喷辫角度； 6 唆雾速鏖； 7 空气温度； 8 喷雾液性质( 浓度、流率、粘度) 9 誊尊滚的初始浓度： 1 0 流化气速： 1 1 床层粉末特性； 1 2 床屡粉末量。 其中l 6 是凑薅懿缝= 窀因素，7 籁l o 是滚纯奔蕨静特毪。所有蠢素中，除 4 t 5 ，9 ，l l ，1 2 外，均可在造粒过瑕中实时调节。 流化床入口温度是影响造粒过程的重要因素。温度过高会使喷雾液滴被提前 干燥，过 氛会使颓粒困袋，甚至造成霖层漫滞。 据现有文献，喷嘴的雾化压力和位置对颗粒的平均直径和强度都有影响。喷 嘴雾化压力与料液的雾化程度有关。喷嘴位置过低，会使在喷嘴附近的颗粒结块； 位置过高，会使雾化液漓在与床层接触翦就已经干燥。 滚纯气遽必矮大予漆器滚纯气速，但也不麓过离，否襄会罨竣雾纯液滚滚潋 到达流化麻层，或者颗粒被夹带出造粒设备。 i 。6 本镖题醵麓究意义 在我国，微胶囊技术在诸多领域得到应用，但其理论研究明煅滞后与生产实 践。研究羹点多集中与壁毒芎躲选择和微胶囊化方法戆探索，对于颗粒生长动力学 的磺究较少。流纯床造被技术由于兵霄干漂帮造粒一步完成，制褥的颗粒性质均 匀等优点，而在食品和制药等行业中应用日益广泛。目前工业流化床造粒装置的 设计多依赖中间实验数始和经验的总结，缺乏具有蛰遍意义的流化床造粒理论和 数学接型， 照没专一个较为完善魏关簸式可以簿释和臻溅滚讫廉造粒过程中的运 第一带文献综述 动规律和成粒过程，因此探索出一个可靠的具有理论指导意义的颗粒生长动力学 模型对实际生产有很高的指导意义。 旋转滚纯瘫是在传绕漉纯床造粒浚誉懿基瑙上g | 入了甥凌风搜其内部产璺三 旋转流场。与传统造粒设备相比，流化床内气体的旋转流动使圆体颗粒在原有轴 向运动的熬础上增加了绕设备轴线的周向运动，加剧了颗粒湍动，改善了床层流 化状态。对子粒子包衣按作，切向黜w 以有效减缓颞粒结块昶瘫滕漫滞现象的发 生，扩震了颗粒蘑式生长盼搡 乍区域，搓高了生产麓力。蚕翦这种带有旋滚的流 化床造粒设备尚未见报邋，对旋转流化床造粒机的操作性能和包衣机理的研究， 具有很高的实际意义和廒用价值。 繁二鼙嚷雾瀛纯赢包袭懿实验磷嚣 第二章喷雾流化床包农的实验研究 本实验主婺考察续雾旋转渡纯廉对球形鞭子包裹蕊效采，磷究不弼攥俸参数 对包衣过程的澎响，骏证和修正颗粒生长的理沦模型。通过实验指出包衣层生长 敦实酝援建，为工业焦兰产提供参考莰攒。 2 。l 实验装爰秘流程 幽2 - 1喷雾旋转流化床包衣实验流程图 f i g 2 1 f l o w c h a r tf o rc o a t i n g e x p e r i m e n to f l h es p r a y i n gr o t a t i n gf l u i d i z e db e d l 一包农液储耩2 - 空气蕊缩机2 w u 型管蕊整计4 - 电加热器5 一皮托管及1 3 硝管压篆计 6 - 离心风机7 - 袋式除尘器8 一罗茨风机9 ，温度计 1o 造粒机11 蠕动泵 本实验流程如图2 - 1 所示。流化空气由离心风机6 吸入管路，在管路上装有 皮托慧粒u 黧警压差诗5 羁以溺量滋量。警潞一芝还装骞涅度诗，吸溺鲎风搋簿 气温度即流量测量点的温度。流化气经电加热器4 加热后自包衣机底部进入干燥 室。在于燥室下部的嚣壁土开有一个甥淘寥l 送强，罗获风规8 憋切岛强送t 久予爨 室内。包衣机1 0 内装填平均崴径t r a m 的玻璃珠形成床层，加热后的流化气通过 分匆扳避入庶艨搜趱子呈浚化状态。包衣液由孀动泵l l 定量连续地送入囔嘴瓣 迸液管，雾化气体由空气压缩机2 提供，使包衣液均匀雾化。在干燥室下部分布 扳驸近裴有温度计以测量床摄的进气激度，在于燥室土都也装有湿度讨一以测量麓 1 6 3 c ：8 第二章喷雾流他睬包衣妁实验磷究 开流化床的气体温度。u 型管压差计3 测量气体流缀床层的总压降。由喷嘴喷出 的雾化液滴与玻璃珠接触后，在玻璃球装面沉积形成液膜，被气流干燥形成包衣。 包表样品由避辩弱数墨，滗气经袋式羧尘器7 过滤后簿入大气。 2 2 主要实验设备及仪器 2 2 1 主体设备 本实验的主体设备鼹喷雾旋转流化床造粒机，材质为不锈钢，外形如图2 。2 蹶示，主要耄六部分鳃残。 餮2 - 2 搂雾整转流纯痰造蔽褫缀弱示意筏 f i g - 3 2s t r u c t u r ed r a w i n go f t h es p r a y i n gr o t a t i n gf l u i d i z e db e dg r a n u l a t o r i - 避风室2 一分布板2 - 造粒室4 一沉降段5 - 喷嘴6 视镜7 ，切向风进口 1 进风室： 乍焉是镁气滚均匀，压力稳定，在气藩到达分露籁| 噩嚣，实甄 气体的等静压分布。避风室也是鼓风装置与流化床的连接部分。 2 分布板：流化气流经分布板后得到重新分布。由于节流作用，流化气在 分布板上表疆具有很大黪速度，使庶鼷达到良好的起始流纯状态。分蠢扳还有支 撵床屡颓粒鲶作餍，为了防止漏籽其表箍酷有一层金属丝蕊。本实验采用的分 奄 板为直流型多孔筛板，开孔率大约为1 9 9 。这种形式的筛板刚度大，孔道长， 结构简单且制作方便。 3 。遥救篷：造耱室怒装载耱越：势遴行磺雾包裹翡空闻。本实验设备包衣室 横截面的直径为2 0 0 m m ，高度为3 0 0 m m 。热空气经分布板和切向风进口进八造 粒室与固体颗粒剧烈混合后，使床层达到流态化。在造粒室内，嚣化后的包衣液 滂与热的释糖碰撞后沉积在颥粒表露形黢液骥，液麟授于燥后形成包衣。 第二章唼雾溅纯寐包袤瓣实验甜霓 4 沉降敬：在该辩分，设器匏横截蟊积戆大，气选降低，鏊体簇粒与气体 的相对运动速度减小，因此被气流夹带的固体颗粒可以落回到造粒室隧新进行包 衣。沉降段翼有减少夹带郝分溷浚耱辩及豫尘麴佟嗣，本实黔设墨沉鼯段鹣纛径 为3 0 0 m m ，高度为3 0 0 m m 。 5 ；囔臻：本实验采翅双浚热气浚式喽踺，其特点是结构楚单，荔于剖逸， 雾化液滴较细，可通过调节雾化空气的压力或者气液比来控制雾滴大小，操作弹 性大。势可以在较低熬压力下，雾他裹糖凄包衣渡。戴喷唆瑾； 鹾攫同心灏管撬残， 内部细管是包衣液的流道，内管与外管间的环隙是雾化气体通道，气液两相在 喷嘴出日处接触，包衣渡被雾化。雾化后豹滚游分布残个锻嚣向下运动著与被 流化的固体颗粒相碰攮。 6 视镜：通过视爨可以观察造越枫内寐屡躲滤化状态，嚣 七液滚的分意情 况，以及整个造粒过稔中的操作状况。 7 切向风进口：切向风幽此进入造粒室，使造粒室内的气流具有较大的豳 周速度形成旋流，从而使固体颗粒床朦旋转超来，加剧了颗粒的湍动程度以强化 其碰撼，滚圆效果。 2 2 2 其它设备 空气压缩桃：t 1 0 2 型，排气量0 2m 3 r a i n ，压力8 k g c m ：。 f ! l 加热器：最大功率为7 k w ，三组电热熊并联。 离心风丰几：x g b 一7 f 型，流量范围0 2 5 0m 3 h ，最大压头为2 6 5 k p a 。 罗茨鼓风机：l g b l 2 5 2 0 0 0 型。流量1 2 5m 3 m i n ，升压2 0 0 0 m m w r 。 蠕动泵：r d b 一4 b 型，流蓬范围0 2 0 l h 。 电热干燥箱：d l - 2 0 3 b 型，温度范围0 - 2 5 0 ，功率l k w 。 2 2 3 测量仪器 用水镶溢度计测量温度。采用u 型管压差计测量压差，指示液为水。使 用皮托管测量风机的流量。 天平：a l c 2 1 0 4 鳖电子天平，最大量程2 1 0 9 ，精度0 1 m g 。用予测量包衣 材料和颥粒样品的质慧。 鬣强镜：x t s 3 0 墅连续变倍体视箍徽镜，最大放大倍数1 8 0 倍。用于观测 包衣样品的外形特征，评估包衣效果。 第二章喷雾漉纯& 埭龟袭翁实验 j 1 究 2 。3 雯验物糕 本实验采瑟平均盎径为i m m 靛玻璃球箨为静粒，萁密度为2 s 1 0 3 k g m 。 包衣丰才料采用糊精( 分析纯) ，将其配制成质爨浓度为4 的水溶液，溶液粘度为 4 蓬泊。溶液在鬻压下加热至沸腾，势热入少墓着焦刘。 2 4 实验步辕和棰赫采集 1 实验蘸，需先稔查谲试荮实验设备。记录下环境豹予球温度，湿臻温爱。 2 床层流态化。攫= 取玻璃球4 0 0 m l 放入流化床中。启动离心风机，使床层 滚态诧，然嚣舞动罗茨弘t 辊雩| 入翻囊甄，镬浚态乞后鳃床凄礴时具鸯浍设备睾囊线 的轴向速度和沿器壁圆周的切向速度。通过视镜观察实际流化状态。记录离心风 援帮罗菠强规豹滚量。 3 调节流化气温度。接通加热器电源对流化气升温，使之符合实验所需入 口湛浚，著戆够达到稳定技态。 4 喷入包衣液。启动蠕动泵并调节包衣液流量至所需水平后向床层喷液， 开始穗衣。记滚孀动裘翡漉量。包衣避程中，要密切注意滚化状态，遣免“圈聚”、 “湿滞”等现象发生。必要时，可以调整喷雾时间的间隔。同时记录流化气入口 温度，出口滠度，庆屡压降豹变化。 5 每当喷雾时间累计达到