沸腾床工艺原理

沸腾床工艺原理

用沸腾床技术来生产各种用途的无尘颗粒或进行颗粒包衣（例如用来防潮、防止产品与氧或其他物质发生反应、或制造控释制剂等）都有能重复生产一批又一批均匀、质量和外观了良好的产品的要求。要达到这个目的就要控制工艺过程的“重要参数”。这些参数主要就是空气湿度的一些参数和他们的适当配合。沸腾床工艺过程是一种热动力学过程，喷入的黏合剂或成膜材料的悬浮液或溶液的蒸发速度直接影响液滴在接触底物时的大小和黏度。当然，当时液滴的物理状态也有一定的作用。

在沸腾床造粒过程中，颗粒并不是象很多人想象的那样由黏合剂造成，而是由喷入的液体造成的。在这里，黏合剂的作用只是巩固原先的成粒作用。是浮在空气的颗粒在“液桥”的作用下连接起来。液体不断蒸发，黏合剂发生硬化，这样就产生一种粘力使成粒作用固定下来。如果喷入的液滴很大，那么就得到大的颗粒。相反，如果选择雾化至很小的液滴的话，就会就得很小的颗粒。甚至是微粒。最重要的是，液滴应该尽可能均匀，这样才能得到粒度谱很窄的颗粒产品。液滴的大小可以通过使用不同尺寸的喷咀和不同大小的雾化空气压力控制，压力越高则液滴的粒度越小。

正如上述指出的那样，我们现在面对的是一个热动力学过程。在这个过程中，当液滴离开喷咀后，它的尺寸不会保持原来一样而是在逆流而来的热空气作用下不断地减小。液滴在从喷咀出来直至到达底

物的过程中不断蒸发，所以它的固：液比例不断地在改变；也就是说液滴越来越小，其黏度越来越高，最后液滴的性质发生了根本的变化。只要液滴仍然足够大，它就可以在悬浮的粒子之间产生搭桥作用，将一些粒子包埋和使一些小粒子聚集起来。液体蒸发时，液滴的黏度不断增加，同时其大小不断地减少。当它们小到一定程度，以至不发生搭桥作用时，它们就会在固体粒子表面上沉积下来。最后，它们在流化床中不断蒸发至干而成为包衣，这就是顶喷包衣的情况。

即使在这种情况也能观察到一定的成粒作用。例如，当粒子进入喷雾区而它的动能又很小时，如果表面表面的包衣还没有来得及硬化，它还可以和其它粒子黏结。当薄膜硬化时，就会形成小颗粒。

然而，这种情况只能说是一种附带的造粒作用，是沸腾床造粒工艺不希望出现的情况。如果是在不想粒子发生聚集的情况，例如在包衣过程那种情况就要使粒子的动能有足够大，这时就不会发生粒子的聚集作用了。这时，粒子很快地通过喷雾区，由于它们本身有足够的动能，所以他们之间始终保持分离的状态。

考虑过上述一些基本点后，我们现在就应该提出一个问题，那就是应该选择哪一些工艺参数来确定流化床的热动力学过程的操作点了。当然，我们不能将问题搞得太复杂，例如要求操作者在面前去解很多物理方程式。我们需要的是给他们一些简单而足够的手段，使得他们能一批又一批地重复相同的条件。

实际温差△T和实际的工艺空气流量（亦即蒸发能力）构成了沸腾床的主要工艺状态，所以要精确控制这些参数。一般来说，沸腾床

过程可以说是一种有“忍耐性”的过程，它不应该在“刀尖”状态下工作，而应该有一定的变化余地。

在确定了主要工艺参数后，我们将以一套沸腾床设备来说明应如何来控制在整个工艺过程的操作点。首先，我们应选择进风温度这个指标，其次是排风温度或物料温度。有了这两个数据，我们就能计算温差△T。当然，后者即物料温度比较容易精确控制，同时它更能代表沸腾床的状态。至于工艺空气量应该说这是不容易控制的参数。首先，精确可靠的流量计相当昂贵。其次，单靠空气阀门不能精确控制通过流化窗的空气量，因为设备的压差不断在改变（取决于过滤器的堵塞程度、物料温度、物料的堆密度或筛网的结块情况），因而空气流量亦在不断变化。由于这个原因，操作者必须随时调节空气流量或采用自动调节系统以保证工艺条件达到产品质量和外观的一致性。但是另一方面，我们还要指出，蒸发能力是一个不断波动的一个因素，因此热动力学操作点也就经常在改变者。这种改变总是会对产品质量和外观形态产生一定的影响，例如在造粒过程它回引起产品的粒度谱变宽（太大的粒子和细粉增多），在包衣过程则会引起包薄密度和孔隙率的改变因而引起药物释放特性的明显变化。采用可靠的空气流量监测装置可以使操作者比较容易地控制工艺条件，保证产品质量和外观的均匀一致，同时这还有利于克服不利的“天气效应”。

在这里，我认为应该强调一下：从本质来说，沸腾床过程现在还是一种经验工艺过程，还不能够通过一些数学模型来计算和预先确定最好的工艺条件，而必须通过实际草来建立一系列适当的工艺参数，

例如最优空气流量、入风温度、排风温度、喷液速度和雾化空气压力等。一旦这些工艺条件（依赖于工艺和产品）建立后，如果不是现上述提到的那种不利的“天气效应”的话，从理论上来说我们总可以保证它们在每一批产品生产时能够实现的。大多数沸腾床设备都没有配备完整（价格昂贵）的空调工艺设备，所以每日变化的空气湿度总是会改变热动力学操作点，而这种影响与季节关系特别大。

通过上述分析，我们已经接受了空气流量和排风温度或物料温度是沸腾床工艺过程的基本常数这一前提，那么进风温度和喷液速度就应该是在工艺过程中需要调节的工艺参数了。如果进入的空气很湿，这样原先定下来的排风温度或物料温度就会降低，因为在这种情况下工艺过程的空气的除湿能力就会大大降低。在这种情况下如果要保持已经选定的工艺条件就要提高进风温度或降低喷液速度或两者兼用之。至于选择怎么样的具体措施，这还取决于到底系统有多少备用的热能和喷液速度能降低到什么程度而不影响喷出的雾滴的大小，一般来说，采取提高进风温度是一个比较实际的措施，因为这样可以缩短工艺时间。在寒冷而又干燥的冬季日子，空气的除湿能力较高，所以在这种情况下显然可以增加喷液的速度。

可以说，要保证产品的质量重要的问题是要维持两个工艺常数，即规定的空气是和物料温度，而后者具体体现在排风温度或物料（床层）的温度，应该说明，这并不是保证产品质量的唯一措施，沸腾床设备的设计也是很重要的，它必须能保证在工艺过程中实现上述两个重要工艺常数这样一个基本条件。当选购沸腾床设备时应该考虑沸腾

床设备应该有以下最低浓度的要求：

——热交换器必须设计得与通过进风处理系统的计算空气流速相匹配，以免因空气太快通过热交换器而不能获得足够的热能。

——沸腾床装置的下部必须有足够的高度和体积，以便让层流空气通过底部的筛网。如果下部入风部分太矮，进风管直径就不能太大，这样进入的空气就会象一道射流那样进入设备，然后又从入风部分的远处反射，以致形成一道很强的湍流，而造成一种所谓“火山爆发式”的物料流化状态。在这种情况下某些物料可能停留在喷雾区的时间相对较长（物料的密度较高），接受太多的液体和黏合剂，以致形成大的颗粒（如果还未发生结块的话），同时产品的残留水分亦不均匀。另一方面，在某些区域可能空气量不足，流化不良。在这些地方液滴就必须通过较长的路程才能到达底物。这样的结果是降低了液滴的造粒能力，一部分液滴会沉积在底物表面上形成薄膜，甚至发生喷干现象，就系指粉末加到粉末中去的情况一样。以上的最后结果就是发生不希望的粒度谱加宽或包膜功能改变的问题。

——扩大段的尺寸亦应该充分大，这样不但有利于良好的热交换因而节约工艺时间，同时还可以提供一定的“弹性”，让造粒和包衣过程中湿空气参数允许某些跳动。

——喷咀应该位于扩大段的中央。如果喷液速度要求较时，可以使用多头喷咀，有多个喷咀臂的组合件一般不宜使用，因为这种情况下某些喷咀锥（指呈图锥状的液滴覆盖范围）可能发生重选而使得在某些区域太湿而另一些区域又太干甚至出现喷干现象，其结果是和