产品管理-第八章产品成型设备

第九章 产品成型设备

第一节 颗粒成型方法和设备

一、概述

制粒是把粉状、块状、溶液或熔融等状态的物料经加工制成具有一定形状与大小颗粒制剂，该制剂是一种较大的粉剂颗粒，颗粒约为30～60目。制粒作为粒子的加工过程几乎与所有的固体制剂相关，制粒的全部工艺过程也与其他剂型的工艺有关，如真溶液制剂、胶体溶液制剂、混悬液制剂、半固体制剂。尤其与制粉技术密切相关。制粒的颗粒物可能是最终产品，也可能是中间体。制粒的目的根据所应用的行业各有不同，总结为以下几方面： （1）改善流动性，一般颗粒比粉末粒径大，每个粒子周围可接触的粒子数目少，因而黏附性、凝集性大为减弱，从而可大大改善颗粒的流动性，如陶瓷原料喷雾造粒后可显著提高成型给料时的稳定性；

（2）防止粉尘飞扬及器壁上的黏附，粉末的粉尘飞扬及黏附性严重，制粒后可防止环境污染与原料损失；

（3）防止各成分的离析，配方中各成分的粒度、密度存在差异时容易出现离析现象，混合后制粒或制粒后混合可有效地防止离析；

（4）防止某些固相物生产过程中的结块现象，如颗粒状磷胺和尿素的生产；

（5）调整成品的孔隙率和比表面积如催化剂载体的生产和陶粒类多孔耐火保温材料的生产；

（6）降低有毒和腐蚀性物料处理作业过程中的危险性，如将烧碱、铬酐类压制成片状或粒状后使用；

（7）便于使用，携带运输方便，提高商品价值等。

不同行业的颗粒剂制备方法会有些差异，药物物制剂常用制粒方法有：挤压制粒法、压片制粒法、包衣法、捏合法；洗衣粉的制粒方法有：喷雾干燥制料法、附聚成型法、干式混合法。但总的说来，颗粒剂的常用制造方法有如下几种：压缩制粒、挤出制粒、滚压制粒、喷雾制粒、流化制粒，此外还有溶合法制粒、高效混合制粒、喷浆冷凝制粒、搅拌混合制粒、烘烤箱制粒等方法。

二、制粒方法和设备

（一）挤出制粒

挤出制粒是将配方原粉用适当黏结剂制备软材后，用强制挤压的方式使其通过一定孔径的孔板或筛网而制粒的方法，再经过适当的切粒或整形的制粒方法。这是较为普遍应用的

制粒方法，其关键是将原料粉体与黏结剂制软材，适合于黏性物料的加工。所制得的颗粒的粒度由筛网的孔径大小调节，粒子形状为圆柱状，粒度分布窄，但长度和端面形状不能精确控制。挤压压力不大，致密度比压缩造粒低，可制成松软颗粒。挤出制粒的缺点是：黏结剂、润滑剂用量大，水分高，模具磨损严重，程序多，劳动强度大。挤出制粒因其生产能力很大，广泛应用于农药颗粒、催化剂载体、颗粒饲料、食品制粒等过程中。

1．挤出制粒过程和影响因素

一般说来，挤出制粒的工艺过程依次为：混合、制软材、压缩、挤出和切粒、干燥等工序。

制软材(捏合)是关键步骤，在这一工序中，将水和黏结剂加入粉料内，用捏合机充分捏合。黏结剂用量多时软材被挤压成条状，并会重新黏结在一起，黏结剂用量少时不能制成完整的颗粒而成粉状，因此选择适宜的黏结剂及适宜的用量是制软材过程关键。捏合效果的好坏将直接影响挤出过程的稳定性和产品质量，一般来说，捏合时间越长，泥料的流动性越好，产品强度也越高。原料粉体适度偏细将使捏合后泥团的塑性提高，有利于挤出过程的进行，同时细颗粒使粒间界面增大，也能提高产品的强度。

2．挤出制粒设备

挤出制粒设备主要有螺旋挤压式、旋转挤压式、摇摆挤压式等几种型式，如图9-1所示。

（a）螺旋挤压制粒机 （b）旋转挤压制粒机 （c）摇摆挤压制粒机

图9－1 挤出式制粒机示意图

1－外壳；2－螺杆；3－挤压滚筒；4－筛筒；5－筛圈；6－补强圈；

7－挤压辊；8－料斗；9－柱状辊；10－转子；11－筛网 由于挤出制粒产品水分较高，后续干燥工艺是不可缺少的，而且也是非常重要的。为了防止刚挤出的颗粒堆积在一起发生粘连，多对这些颗粒采用高温热风扫式干燥，使颗粒表面迅速脱水，然后再用振动流化干燥。

挤出制粒具有产量大的优点，但所生产的颗粒为短柱体，通过整形机处理后可以获得球状颗粒，用这种方法生产的球形颗粒比滚动成型的密度要高。

（二）滚动制粒

滚动制粒是粉料中加入一定量的黏合剂或润湿剂，在搅拌、振动和摇动等作用下不断长大，最后成为一定大小的球形颗粒。滚动制粒法的优点是处理量大，设备投资少，运转率高。缺点是颗粒密度不高，难以制备粒径较小的颗粒。在希望颗粒形状为球形、颗粒致密度

不高的情况下，大多采用滚动制粒。该方法多用于粒状混合肥料及食品的生产，也可用于颗粒多层包覆工艺制备功能性颗粒。

1．影响滚动制粒的因素

滚动制粒首先是黏结剂将粉料表面润湿，使粉粒间产生黏着力，然后外加机械力作用下形成颗粒，再经干燥后成粒。其影响因素如下：

①原料粉体的影响 原料粉体的比表面积越大，孔隙率越小，一次颗粒越小，所得团聚颗粒的强度越高。因此，为了获得较高强度的颗粒，对原料粉体有两点要求：第一，一次颗粒尽可能小，粉粒比表面积越大越好，但是考虑到经济性和使用上的方便，粉料不能太细，一般在325目左右。第二，要获得较小的空隙率，所用粉料的一次颗粒最好为无规则形状，这有利于团聚体的密实填充，具有一定粒度分布的原料也能达到降低空隙率的目的。由机械粉碎方式得到的粉体恰恰能满足这一要求。

②黏结剂的影响 添加黏结剂是提高滚动制粒强度的重要措施之一。常用的黏结剂及选用与挤压缩制粒类似，其中水是常用的廉价黏结剂。黏结剂通过充填一次颗粒间的孔隙，形成表面张力较强的液膜而发挥作用，有些黏结剂例如水玻璃还可以与一次颗粒表面反应，形成牢固的化学结合。调节黏结剂的加入量对制粒质量有重要意义，加入过少不起作用，过多则造成颗粒表面粗糙和颗粒间的粘连。对于某些适宜的产品，有时为了促进微粒的形成，在原料粉体中加入一些膨润土细粉，利用其遇水后膨胀和表面浸润性好的特点改善制粒强度。 2．滚动制粒的方法及设备

滚动制粒设备可以分为两类：转动制粒机和搅拌混合制粒机。

①转动制粒机 原料粉末中加入一定量的黏结剂，在转动、摇动、搅拌等作用下使粉末结聚成球形粒子的方法叫转动制粒。这类制粒设备有圆筒旋转制粒机、倾斜锅及离心制粒机，如图9-2和图9-3所示。

（a）圆筒旋转制粒机 （b）倾斜锅

图 9-2 转动制粒机示意图