流化床喷雾技术及应用.doc

流化床喷雾技术及应用邹龙贵（常州市佳发制粒干燥设备厂,常州 213116）摘要：从流态化机理分析了粉粒物料在气相介质的运行轨迹，阐述了顶喷流化床制粒、底喷流化床包衣、旋转流化制丸及旋流流化床技术，并就相应的工艺进行分析，介绍其在医药、化工、食品中的应用实例。关键词：流化床；顶喷；底喷；侧喷；包衣；制粒喷雾流态化具有气固两相大面积对流、传热传质快、效率高的特点，在工业上被广泛用于制粒、制丸及包衣。1 顶置喷雾流化床1.1 顶置式喷雾流化床流程系统示意图（图1） 图1 顶置式喷雾流化床流程系统 空气经过滤、加热后进入流化床，促使物料流化；粘合剂经雾化器雾化成细小雾粒，喷射至流化的粉料上，物料得以润湿，相互间聚集架桥，水分经干燥后形成固体颗粒。 传统的制粒工艺： 粉体干混 粘合剂 湿材 挤压成条状颗粒 干燥 运用流化床顶喷法制粒，将混合制粒干燥多道工序纳入一台设备内完成。与传统工艺相比：(1)缩短3/4以上操作时间，降低了操作强度；(2)成粒为近似球形，流动性好，利于压模成型和包装计量；(3)制粒时完成干燥，成粒为多孔性，利于速溶。1952年瑞士AEROMATIC公司首次研究成功流动床干燥机，并将流态化与喷雾技术有机结合，开发了医药、食品、化工行业的流化床制粒设备。我国80年代相继从AEROMATIC公司、德国GLATT公司，日本友谊株式会社引进该设备；近年来，医药行业面临的GMP认证，流化床在我国药厂已得到普遍应用。1.2 顶喷流化床包衣的特点 (1) 逆向喷雾 喷雾方向与物料运动方向相反，液滴到达物料需运行一段距离，其间会蒸发掉部分湿份，从而降低粘性，铺展范围降低，衣膜成形慢。 (2)不规则流态化 顶喷流化床内物料运行是随机的、杂乱无章的，每个粉粒接触液滴机会并不一致，因而包衣并不是均匀的。 (3)衣膜特性 由于物料流化态的不规则性，衣膜不可能连续，厚薄不匀，会伴随产生孔隙等缺陷。 (4)顶置喷雾 对喷雾范围不必加以约束，因而容易进行工业化放大，德国GLATT公司已生产2000kg/批机型，国内已生产300kg/批投料的包衣机型；但会有少量颗粒出现粘连现象。 应用： 100m的粉状物料热熔融包衣； 200m颗粒的薄膜、矫味、着色包衣。2 底置喷雾流化床2.1 底置式喷雾流化床流程系统示意图（图2） 图2 底置喷雾流化床结构 1959年，美国威斯康星州的Dale、Wurster博士首创了底喷流化床，即Wurster系统。其机理为喷动流态化与喷雾相结合，形成喷泉状态，使工业化包衣变得现实，其工艺已获广泛应用，至今尚无其它形式所能取代。带扩展室的物料床中心设置圆形导向筒，分布板在导向筒区域内具有较大的开孔率，以满足大部分风量通过，形成类喷泉式的流态化；粉粒从导向筒内由气流加速上升，离开导向筒进入扩展室，风速急剧下降，物料下落进入床体与导向筒之间的环隙区域，过程循环进行，物料具有高度的分散性，因而底喷包衣工艺具有人们所期望的工艺重复性。2.2 结构特点(1)物料高度分散 物料在导向筒内处于气流输送状态，分散性好，衣膜的喷涂不至于会产生粘连。(2)底喷 雾粒与物料同向运行，其到达物料的距离很短，湿份不至于快速蒸发掉，与物料附着良好，并具有极强的铺展性，使得衣膜牢固、连续。(3)规则流流态化 “喷泉”式流态化中物料具有重现性良好的运行轨迹，这一点是严格包衣操作所不可缺少的，物料与雾粒接触机会均等，包衣均匀。(4)喷泉流流态化 物料本身形成自转，其表面任一角度与雾粒接触机会均等，对于缓释、控释而言，底喷工艺形成的衣膜连续均匀。(5)衣膜性能 底喷流化床的“喷泉”规则流使得“完全”包衣变得可行，耗用衣材较省。(6)设备部件要点 导向筒高度可调，随着物料粒径变大，其高度会有所改变。流化分布板是随物料性质变化的，其开孔率及其分布采取更换方式调节。根据死床高度设计合适的导向筒高度；高度太高，碰撞加剧，会产生衣层脱落，太低影响物料由流化区飞向包衣区迁移，包衣不均。(7)可工业化放大 底喷床可完成400g至500kg的包衣操作；大生产时，床内设置至7个喷头，同时要求具备七个一致的喷泉流。(8)应用广泛 50m的粉末包衣，粒丸（6mm）掩味、着色、热熔、防潮、抗氧化包衣、粒丸肠溶衣、缓释包衣、控释包衣、悬浮液、溶液涂层放大等。3 流化床侧喷3.1 侧置喷雾流化床流程系统示意图（图3）3.2 工作原理传统的流化床分布板演变为一个旋转的转盘，并与床壁间形成一狭小的缝隙，物料在床内因离心力、自重及空气浮力作用形成环形绳股状运动；物料处于规则的运动之中，并产生较底喷更为强烈的旋转，类似传统的泛丸工况。侧喷流态化主要用于致密药丸制备及包衣。3.3 结构特点 图3 侧置喷雾流化床结构 规则流流态化 与底喷一样，侧喷床内物料已形成严格的运行轨迹，包衣均匀。绳股状运动 物料自转，粒丸表面获得衣材机会均等，衣膜连续。侧喷 喷枪处于密集的物料层中，只需较短行程便能到达物料表面，紧密附着、铺展，无衣材损失，很适宜于高效量药丸的包衣。 密集性 物料处于高度密集状态，对棱角粒子会产生磨擦的可能，需精心调整合适的转速，同时还可能产生粘连，因而一般不用于粉末、微粒包衣操作。制大粒、致密颗粒 由于物料工作时相互挤压，可完成在顶喷床内无法完成的结实颗粒、大粒制造，如胶囊填充颗粒等。4 旋流流化床技术4.1 旋流流化床流程系统示意图（图4）图4 旋流流化床流程系统4.2 结构特点辐射式进风驱动盘 热空气呈辐射切向进入，物料作三维运动，与顶喷流化床比较，混合快速而不产生分层；物料在床内旋转翻腾比顶喷更为规则，因而利于实现粉、粒、丸均匀包衣；物料在床内产生自转，其表面成膜厚度均匀，因而可应用于缓控释包衣；旋转流态化使物料间相互挤压，成粒密度较高，对于大比重制粒特别理想；物料旋流及自转，成粒真球度高，通过适当的辅料配比可完成丸剂制备作业。 雾化器 三流体雾化器的内层气用以雾化，外层气在出口处将雾化区与物料隔离，确保无粘连；雾化底喷操作，雾粒到达物料表面距离极短，粘结剂可充分润湿物料，造粒时间缩短；因雾粒到达物料表面距离极短，包衣时雾粒不致形成喷雾干燥，物料完全利用，生产成本低；多喷枪作业并不产生交叉影响，生产效率提高。 CIP在位清洗 配有360度旋转快装清洗头，可实现主机内快速清洗作业；不锈钢烧结过滤器，清洗时不需拆卸。进出料 利用引风机，采取负压气流输送上料，可避免粉尘飞扬；利用物料旋转所产生的离心状态，旁侧卸料快速。除尘装置 排风携带的粉尘被布袋有效拦截；除尘利用热风，可避免过滤器潮湿堵塞；强热风量反吹除尘，清灰干净。5 流化床应用物料CMC-Na砌土硅酸二氯乙氢尿酸钠伊曲康唑剂型类别制粒包衣防水隔离包衣喷涂包衣床型顶喷底喷侧喷旋流床目的增重保持发光功能ClO