流化床制粒设备

关于流化床制粒设备的初步探讨

摘要：流化床制粒设备目前广泛应用于中药生产过程中，优点显著，该方法是集混合、制粒、干燥甚至包衣在一个全封闭容器中进行操作的技术，与其它湿法制粒相比，具有工艺简单、操作时间短、劳动强度低等特点。目前流化床制粒技术正得到越来越广泛的应用，国内外生产的流化制粒机的差距也越来越小，这项技术对我国中药生产现代化的发展意义重大。本文就流化床制粒设备在中药生产中影响制粒的工艺因素作一个简要的探讨。

关键词：流化床；制粒；干燥；

流化床制粒(fluidized bed granulation)又称为沸腾制粒、流化喷雾制粒或一步制粒等。该方法是集混合、制粒、干燥甚至包衣在一个全封闭容器中进行操作的技术，与其它湿法制粒相比，具有工艺简单、操作时间短、劳动强度低等特点，而且减少物料搬运次数并缩短各工序所需时间，从而减少对物料和环境的污染。

流化床制粒技术具有传质快、传热效率高、颗粒粒度均匀、密度小、流动性好、压缩成型性好等优点。颗粒间较少或几不发生可溶性成分迁移，减小了由此造成片剂含量不均匀的可能性.

1 流化床制粒原理

其工作原理是用气流将粉末悬浮，即使粉末流态化，再喷入黏合剂，使粉末凝结成颗粒。由于气流的温度可以调节，因此，可将混合、制粒、干燥等操作在一台设备中完成。流化造粒机一般由空气预热器、压缩机、鼓风机、流化室、袋滤器等组成，如图4所示：流化室多采用倒锥

形，以消除流动“死区”。气体分布器通常为多

孔倒椎体，上面覆盖着60~100目的不锈钢筛网。

流化室上部设有袋滤器以及反冲装置或振动装

置，以防袋滤器堵塞[1]。

工作时，经过滤净化后的空气由鼓风机送至

空气预热器，预热至规定温度后，从下部经气

体分布器和二次喷射气流入口进入流化室，使

物料流化。随后，将黏合剂喷入流化室，继续

流化、混合数分钟后，即可出料。湿热空气经袋滤器除去粉末后排出。

流化造粒机制得的颗粒多为30~80目，颗粒外形比较圆整，压片时的流动性也较好，这些优点对提高片剂质量非常有利。由于流化制粒

图1流化床喷涂造粒器

1－循环型流化床2－喷雾装置3－除尘装置4－排风机5－压缩空气6－送液装置7－鼓风机8－空气过滤器9－换热器

机可完成多种操作，简化了工序和设备，因而生产效率高，生产能力大，并容易实现自动化，适用于含湿或热敏性物料的制粒。缺点是动力消耗较大。此外，物料密度不能相差太大，否则将难以流化制粒。有时喷射出的熔融物或溶液、悬浮液的雾滴，未接触到其他运动颗粒，就已经固化或干燥，形成新的核粒。根据粒数平衡，可得到颗粒成长速率，以确定所需停留时间和流化床浓相区高度。雾化装置主要有气流式喷嘴和压力式喷嘴两种，其中压力式喷嘴用得比较少些。

颗粒的形成是当黏合剂均匀喷于悬浮松散的物料时，粘合剂雾滴使接触到的粉末润湿并聚结在自己周围形成粒子核，同时再由继续喷入的液滴落在粒子核表面产生黏合架桥，使粒子核与粒子核之间、粒子核与粒子之间相互交联结合，逐渐凝集长大成较大颗粒[2]。影响流化制粒的主要因素有药物细粉的性质、制粒机内的物料量、粘合剂的种类、粘合剂的浓度、粘合剂的喷雾速度、喷雾空气的压力、进风风量大小、进风温度、干燥时间和温度等[3].

凝聚制粒：加入容器的药物粉末(一次粒子)在流化过程了，与喷雾的黏合液接触之后凝聚，逐渐长大成所需的颗粒(二次凝聚粒子)，这种粒子松软、不规则。选择适当的搅拌、转动、循环、喷雾、流化等条件，可以制备由轻质不定形颗粒到重质球形颗粒的任意粒子[4]。

包衣制粒：以粉体的一次粒子作为核心粒子，其表面被喷雾黏合液润湿后与其他粉末接触，粉末黏附于颗粒表面形成粉末包衣颗粒，包衣颗粒的表面再次与喷雾液及粉末接触，层层包粉逐渐长大所需的球形颗粒。

研究表明，随着气液比的降低、雾化气量的减小以及温度的降低，颗粒聚合率增加。对颗粒微观结构分析发现，实验中颗粒存在两种不同的聚合方式，即包衣成粒以及聚合，如图2示。

(a)包衣结构(b)聚合结构

图2两种不同形式的颗粒聚合方式的扫描电镜显微照片

2 流化床干燥

流化床干燥过程中温度通常经过三个阶段的变化:干燥的第一阶段，物料温度由室温逐步被加热到热空气的湿球温度;第二阶段，物料保持热空气的湿球温度

不变，直至物料水分含量降至临界湿度，此时物料中不再含有游离水分;随后，进入到温度上升的第三阶段，物料失去结合水。干燥时，进风温度不宜过高，颗粒表面的溶媒过快蒸发，阻挡内层溶媒向外扩散，结果会产生大量外干内湿的颗粒。温度过低，干燥时间过长，会产生很多细粉[5]。

3 流化床制粒装置与流程

流化床制粒装置主要由进风和排风装置、容器、气体分布装置(如筛网等)、喷雾系统、气固分离装置(如捕尘袋)、物料进出装置、控制系统等组成。进风风源一般为室外空气，空气先经过初效(或中效)过滤器和加热器，从流化床下部通过筛网进入盛装固体物料床的容器部分，热空气使床层内的固体物料呈流化状态，然后蠕动泵将粘合剂溶液送入喷枪管，由压缩空气将粘合剂溶液均匀喷成雾状，散布在流态粉体表面，使粉体相互接触凝集成粒。经过反复的喷雾和干燥，当颗粒大小符合要求时停止喷雾，形成的颗粒继续在床层内送热风干燥，出料。而随气流上升到腔体顶部的颗粒被捕尘袋阻挡下来，穿过捕尘袋的气流随即被外置的排风机吸走。一般工厂在屋面排风管出口处安装水幕除尘装置，它克服了制药过程粉体颗粒对环境的污染。水幕除尘装置的箱体顶部装有喷淋头，形成水幕。带粉尘的气流经过喷淋下来的水幕，粉尘被水吸收，在箱体内沉淀到底部，通过排污管排出。其沸腾干燥部分见图[6]。

图3 沸腾干燥机结构简图

1机座2项圈3气流分布板4料斗5风管6引风机

7袋式除尘器8亚高效过滤器9加热柜

其流程如图4

图4流化床喷涂黏附造粒装置流程

1－排风机2－袋式过滤器3－流化床造粒器4－原料储仓5－定量给料机6－计量输送机7－回转阀8－投料输送机9－雾化空气10－搅拌机11－鼓风机12－加热器13－排料螺旋14－风筛分级15－成品输送16－成品储槽17－计量包装机4 流化床制粒的影响因素

流化床制粒是一个复杂的过程，受到很多因素的影响，可归纳为设备因素、工艺因素、处方因素等。设备因素与制粒机的构造有关，工艺因素与实际的操作条件密切相关，处方因素则与制粒材料和粘合剂的种类与浓度有关。

4.1 设备因素

在流化床制粒机中，空气分流板及容器均对粒子的运动产生影响。其中容器的材料和形状对粒子运动的影响更大。不但要保证物料粉末能达到很好的流化状态，也要使物料不与容器的器壁发生粘附，否则制粒过程中会产生大量细粉。现在容器的材料有多种，主要为含碳量低的不锈钢，形状基本为下窄上宽的圆柱体或圆锥体，大部分流化床的生产厂家都对筒体采取了抛光处理。在制粒过程中，空气分流板上会放置1-2 层（180目左右）的不锈钢筛网，不但起到承载物料的作用，在一定程度上也减弱了空气分流板对粒子运动的影响。甚至有早期的国外文献报道空气分流板对粒子运动基本没有影响。

使用顶喷流化床时，喷嘴的位置会影响喷雾均匀性和物料的润湿程度，为使粒径分布尽可能窄，应尽量调整喷雾面积与湿床表面积一样大。如果位置太高，