十二章_粉体干燥和造粒技术

1、十二章十二章 粉体干燥和造粒技术粉体干燥和造粒技术分类分类 操作方式操作方式 连续干燥连续干燥传热方式传热方式 对流干燥对流干燥传导干燥传导干燥间歇干燥间歇干燥辐射干燥辐射干燥介电干燥介电干燥操作压强操作压强 常压干燥常压干燥真空干燥真空干燥微波干燥微波干燥流化干燥流化干燥喷雾干燥喷雾干燥干燥是用热能使湿物料中的湿分气化为蒸气，干燥是用热能使湿物料中的湿分气化为蒸气，再用抽吸或气流将蒸气移走而达到去湿的操作。再用抽吸或气流将蒸气移走而达到去湿的操作。对流干燥系统对流干燥系统l热能以对流方式传递给物料；热能以对流方式传递给物料； l产生的蒸汽被干燥介质带走。产生的蒸汽被干燥介质带走。 l干燥介质

2、温度渐降，湿含量渐增。干燥介质温度渐降，湿含量渐增。 传热过程传热过程Wtt 传质过程传质过程ppW 干燥曲线与干燥速率曲线干燥曲线与干燥速率曲线恒速干燥阶段的特点恒速干燥阶段的特点（1 1）在恒定的干燥条件，物料的在恒定的干燥条件，物料的干燥速率不随干燥速率不随物料的含水量而改变物料的含水量而改变。（2 2）干燥水分为非结合水分。干燥水分为非结合水分。物料表面充满着物料表面充满着非结合水分，其性质与液态纯水相同。非结合水分，其性质与液态纯水相同。（3 3）空气传递给物料的热量等于水分从物料中空气传递给物料的热量等于水分从物料中气化所需的热量气化所需的热量, ,物料表面的温度物料表面的温度ww

3、等于该空等于该空气的湿球温度气的湿球温度ww（4 4）干燥速率与空气的性质干燥速率与空气的性质(t,H,V)(t,H,V)有关有关，与湿与湿物料的性质关系不大物料的性质关系不大( (如物料厚度如物料厚度h),h), 干燥速率干燥速率)(wwttrAdGdXU降速干燥阶段的特点降速干燥阶段的特点 而而随随段段XUCDE:降速干燥阶段水分传递速率水分传递速率 气化速率气化速率)(物物料料内内部部迁迁移移控控制制阶阶段段部分表面气化的水分为结合水部分表面气化的水分为结合水与与空空气气状状态态关关系系不不大大主主要要与与物物料料性性质质有有关关UD D点点: :全部表面都不含非结合水全部表面都不含非结

4、合水)(22rrXrXDX球体2圆柱体1)exp(6)(9exp(16222222122*0*rDDAVnnXXXX粉体干燥和造粒技术粉体干燥和造粒技术造粒是片剂、硬胶囊剂和颗粒剂等生造粒是片剂、硬胶囊剂和颗粒剂等生产的第一步产的第一步, 它直接影响产品的重量它直接影响产品的重量(装量装量)差异、崩解时限、硬度和脆碎度等，是口差异、崩解时限、硬度和脆碎度等，是口服固体制剂中工艺控制水平要求最高的一服固体制剂中工艺控制水平要求最高的一个工序。个工序。 粉体物料经过造粒过程制备粒状产品可粉体物料经过造粒过程制备粒状产品可以达到改善产品流动性、拓宽产品应用范以达到改善产品流动性、拓宽产品应用范围、避

5、免使用中的二次污染、或达到对产围、避免使用中的二次污染、或达到对产品进行改性等目的品进行改性等目的, 广泛应用于化工、食品、广泛应用于化工、食品、医药、生物、肥料等领域中。医药、生物、肥料等领域中。粉体干燥和造粒技术粉体干燥和造粒技术湿法制粒湿法制粒是将粉体与液体粘合制粒，是将粉体与液体粘合制粒，使之成为具备制剂要求的成品或为下一步使之成为具备制剂要求的成品或为下一步应用做准备的半成品。目的是增加密度、应用做准备的半成品。目的是增加密度、使粉体易于控制，增加流动性、可压性、使粉体易于控制，增加流动性、可压性、稳定性，无结块、无泡沫，增加可湿性、稳定性，无结块、无泡沫，增加可湿性、易于分散等。易

6、于分散等。湿法制粒机有混合机制粒、低速搅拌湿法制粒机有混合机制粒、低速搅拌制粒机、高速搅拌制粒机和流化床制粒机。制粒机、高速搅拌制粒机和流化床制粒机。粉体干燥和造粒技术粉体干燥和造粒技术 滚动造粒：滚动造粒：将松散的湿物料（细粉和适将松散的湿物料（细粉和适量的润湿液）加入制粒装置内搅拌翻动。量的润湿液）加入制粒装置内搅拌翻动。初始形成团粒核心，初始形成团粒核心， 随后核心以团聚和包随后核心以团聚和包层两种方式长大层两种方式长大(团聚的颗粒球形不规则，团聚的颗粒球形不规则，表面粗糙表面粗糙)包层制出的颗粒表面光滑呈球形，包层制出的颗粒表面光滑呈球形， 断面为一层包一层的洋葱皮结构，在滚动断面为一

7、层包一层的洋葱皮结构，在滚动造粒时，可以控制操作条件，使其一种方造粒时，可以控制操作条件，使其一种方式成为造粒的主导，形成表面光滑式成为造粒的主导，形成表面光滑,形状规形状规则强度高的球形颗粒。则强度高的球形颗粒。 粉体干燥和造粒技术粉体干燥和造粒技术压力法造粒：压力法造粒：将湿含量较低的细粉物料将湿含量较低的细粉物料在压片机、滚压机、辊压机、螺旋挤压机在压片机、滚压机、辊压机、螺旋挤压机等造粒机中受压力或受剪切力被压实成粒，等造粒机中受压力或受剪切力被压实成粒， 其中辊压机可实现强压其中辊压机可实现强压 造粒造粒(压力范围为压力范围为 2.5560MPa)将粉末压得密实将粉末压得密实, 从而

8、使粉末从而使粉末间分子力能起主导作用，赋予颗粒较大的间分子力能起主导作用，赋予颗粒较大的抗拉、抗压和抗磨强度。对上千种细粉干抗拉、抗压和抗磨强度。对上千种细粉干物料进行强压造粒实验，均获得成功。物料进行强压造粒实验，均获得成功。流化床造粒流化床造粒流化床造粒的生产强度大、产品质量好流化床造粒的生产强度大、产品质量好,同时集成粒、混合、干燥过程于一体同时集成粒、混合、干燥过程于一体,大大大大简化工艺流程简化工艺流程.流化床造粒有流化床喷雾造粒、喷动流流化床造粒有流化床喷雾造粒、喷动流化床造粒、振动流化床造粒和高速超临界化床造粒、振动流化床造粒和高速超临界流体流体(RESS)造粒。造粒。喷嘴位置喷

9、嘴位置 顶部喷雾法、底部喷雾法和顶部喷雾法、底部喷雾法和切向喷雾法。切向喷雾法。流化床造粒流化床造粒流化床造粒的基本原理流化床造粒的基本原理：借助物料之间：借助物料之间的附着、凝聚力成粒。在装置内加入粉体，的附着、凝聚力成粒。在装置内加入粉体，靠流化气体的作用使粉体进行循环流动，靠流化气体的作用使粉体进行循环流动，以喷入的粘结剂为介质，使粉体互相凝集以喷入的粘结剂为介质，使粉体互相凝集成粒，粒子之间互相接触及冲撞逐渐成长，成粒，粒子之间互相接触及冲撞逐渐成长，控制物料在装置内的操作时间长短，得到控制物料在装置内的操作时间长短，得到不同大小的颗粒产品不同大小的颗粒产品。 FL系列流化制粒干燥机流

10、化床干燥器流化床干燥器流程示意图流程示意图1- 1-鼓风机；鼓风机；2-2-加热器；加热器；3-3-分布板；分布板；4-4-流化床干燥器；流化床干燥器；5-5-旋风分离器；旋风分离器；6-6-袋滤器袋滤器流化床造粒的影响因素流化床造粒的影响因素1.流化气速流化气速u。流化气速的大小直接影响床层的流化状流化气速的大小直接影响床层的流化状态。当流化气速过小，且床温过高时，易态。当流化气速过小，且床温过高时，易造成造成“干式干式”失稳，若流化气带来的热量失稳，若流化气带来的热量不足以使溶剂及时蒸发，会造成床层不足以使溶剂及时蒸发，会造成床层“湿湿式式”失稳。过大的气速会增大磨损，使得失稳。过大的气速

11、会增大磨损，使得造粒的效果下降造粒的效果下降 。smfgdu16502stgdu182tmfuuu流化床造粒的影响因素流化床造粒的影响因素2. 温度温度。床层温度低则床内湿度高，雾。床层温度低则床内湿度高，雾化液滴易于在颗粒表面上铺展而形成较大化液滴易于在颗粒表面上铺展而形成较大的固液接触面积，因而颗粒易于碰撞后团的固液接触面积，因而颗粒易于碰撞后团聚，颗粒生长速率快，但过低的床层温度聚，颗粒生长速率快，但过低的床层温度易导致湿式死床。易导致湿式死床。温度高则生产能力高温度高则生产能力高,设备利用率高，同设备利用率高，同时提高了流化床的传热温差和传热效率。时提高了流化床的传热温差和传热效率。但

12、过高的床温会降低造粒的效率但过高的床温会降低造粒的效率,这是因为这是因为雾化液滴在没有接触到流化颗粒之前就已雾化液滴在没有接触到流化颗粒之前就已经被干燥经被干燥,干燥后的粉尘随流化气体扬析出干燥后的粉尘随流化气体扬析出来。来。流化床造粒的影响因素流化床造粒的影响因素3.料液流速料液流速对颗粒生长速率的影响。对颗粒生长速率的影响。在保证充分的热量供给和流化情况较好在保证充分的热量供给和流化情况较好时，料液流速越大则颗粒生长越快，颗粒时，料液流速越大则颗粒生长越快，颗粒粒径增长速率随时间增大而减小。粒径增长速率随时间增大而减小。4.初始粒径初始粒径。初始粒径越大，颗粒的相对。初始粒径越大，颗粒的相

13、对生长速率减小，随初始粒径的增大，由于生长速率减小，随初始粒径的增大，由于碰撞磨损和自身重力等引起的分散力增大碰撞磨损和自身重力等引起的分散力增大,使团聚成功率降低，层式机理成长所占比使团聚成功率降低，层式机理成长所占比重加大。当初始粒径小时重加大。当初始粒径小时,粒子更易团聚，粒子更易团聚，所以颗粒生长速率较大。所以颗粒生长速率较大。流化床造粒的影响因素流化床造粒的影响因素5.粘合剂的影响粘合剂的影响。粘合剂的粘度随浓度的增大而显著增大粘合剂的粘度随浓度的增大而显著增大,颗粒更易于团聚，成长速度加快。颗粒更易于团聚，成长速度加快。对对FL 5流化床喷雾制粒机由正交分析可流化床喷雾制粒机由正交

14、分析可知，对最终制粒结果的影响顺序为供液速知，对最终制粒结果的影响顺序为供液速度、粘合剂溶液的浓度、流化床层的温度度、粘合剂溶液的浓度、流化床层的温度和压缩气压。如某药最优参数组合供液速和压缩气压。如某药最优参数组合供液速度度25mL/min、床层温度、床层温度55、粘合剂浓度、粘合剂浓度7%、压缩气压为、压缩气压为0.2MPa的组合条件下制的组合条件下制粒结果最佳。粒结果最佳。制粒的骤变失稳及其影响因素制粒的骤变失稳及其影响因素骤变失稳骤变失稳是指液体经喷嘴导入床层时发是指液体经喷嘴导入床层时发生的一种严重的反流化现象，使流化过程生的一种严重的反流化现象，使流化过程不能继续进行。骤变失稳对流

15、化床喷雾制不能继续进行。骤变失稳对流化床喷雾制粒来说是灾难性的，应当避免。粒来说是灾难性的，应当避免。骤变失稳有湿骤变失稳和干骤变失稳。骤变失稳有湿骤变失稳和干骤变失稳。湿骤变失稳产生的原因湿骤变失稳产生的原因:流化系统中热空流化系统中热空气所提供的有效热量不能满足制粒过程中气所提供的有效热量不能满足制粒过程中液体蒸发所需的热量液体蒸发所需的热量,或在局部区域液体的或在局部区域液体的蒸发与加入出现不平衡。蒸发与加入出现不平衡。制粒的骤变失稳及其影响因素制粒的骤变失稳及其影响因素1.粘合液喷雾速率过快粘合液喷雾速率过快。会迅速出现湿骤。会迅速出现湿骤变失稳。此时变失稳。此时,设备的空气阻力明显增

16、大，设备的空气阻力明显增大，空气流量急剧下降，流化床消失，出现未空气流量急剧下降，流化床消失，出现未完全干燥的大团块，并有团块粘附在筛网完全干燥的大团块，并有团块粘附在筛网上，筛网堵塞严重。上，筛网堵塞严重。2.喷雾空气压力过低喷雾空气压力过低。随雾化压力降低。随雾化压力降低, 雾化液滴增大和雾化液滴喷雾锥角减小，雾化液滴增大和雾化液滴喷雾锥角减小，润湿粉粒的范围缩小，造成雾化液滴分布润湿粉粒的范围缩小，造成雾化液滴分布不均，使流化床在局部范围内出现大的湿不均，使流化床在局部范围内出现大的湿块，从而逐步导致整个流化床发生湿骤变块，从而逐步导致整个流化床发生湿骤变失稳。失稳。制粒的骤变失稳及其影

17、响因素制粒的骤变失稳及其影响因素3.粘合液浓度与加入量粘合液浓度与加入量。浓度过高、粘合。浓度过高、粘合液加入量过多或喷雾时间太长都会导致湿液加入量过多或喷雾时间太长都会导致湿骤变失稳。骤变失稳。随浓度的提高，逐渐会有过大的块状颗随浓度的提高，逐渐会有过大的块状颗粒因流化气速不够被分离出来沉于床层底粒因流化气速不够被分离出来沉于床层底部，导致局部区域流化不良或流化消失。部，导致局部区域流化不良或流化消失。随着粘合液加入量的增加，床层湿度逐步随着粘合液加入量的增加，床层湿度逐步增大，达到一定临界点后，流化床发生湿增大，达到一定临界点后，流化床发生湿骤变失稳。骤变失稳。制粒的骤变失稳及其影响因素制

18、粒的骤变失稳及其影响因素4.进气温度过低。进气温度过高可导致粘进气温度过低。进气温度过高可导致粘合液雾滴被过早干燥而不能有效制粒。若合液雾滴被过早干燥而不能有效制粒。若进气温度过低，流化床的干燥能力会因此进气温度过低，流化床的干燥能力会因此大大降低，导致粘合液无法及时被蒸发而大大降低，导致粘合液无法及时被蒸发而使粉粒过度润湿，造成粉粒的严重凝聚和使粉粒过度润湿，造成粉粒的严重凝聚和结块结块,发生湿骤变失稳。发生湿骤变失稳。5.各种因素的综合作用。在实际的操作过各种因素的综合作用。在实际的操作过程中如果几种因素共同作用，将会加剧湿程中如果几种因素共同作用，将会加剧湿骤变失稳现象的发生。合理地确定

19、和控制骤变失稳现象的发生。合理地确定和控制各操作工艺参量各操作工艺参量,对防止出现流化床喷雾制对防止出现流化床喷雾制粒的骤变失稳有重要意义。粒的骤变失稳有重要意义。制粒的骤变失稳及其影响因素制粒的骤变失稳及其影响因素粘合液喷雾速率过快。实验中发现粘合液喷雾速率过快。实验中发现,若粘若粘合液喷雾速率过快，会迅速出现湿骤变失合液喷雾速率过快，会迅速出现湿骤变失稳。此时稳。此时,设备的空气阻力明显增大设备的空气阻力明显增大,空气流空气流量急剧下降量急剧下降,流化床消失流化床消失,出现未完全干燥的出现未完全干燥的大团块大团块,并有团块粘附在筛网上并有团块粘附在筛网上,筛网堵塞严筛网堵塞严重。分析原因重

20、。分析原因,当粘合液喷雾速率过快时当粘合液喷雾速率过快时,雾雾化液滴化液滴PGL喷雾制粒干燥机GHL系列高速混合制粒机 LPZ系列冷却喷雾造粒机喷雾干燥器喷雾干燥器喷雾干燥器：喷雾干燥器：利用喷雾器将溶液、悬浮利用喷雾器将溶液、悬浮液、浆状液或熔融液等喷成细小的雾滴而液、浆状液或熔融液等喷成细小的雾滴而分散于热气流中，使水分迅速气化而达到分散于热气流中，使水分迅速气化而达到干燥制粒的目的。干燥制粒的目的。喷雾干燥过程喷雾干燥过程: :液体物料经喷嘴雾化成液体物料经喷嘴雾化成1020010200 m m的液滴。干燥介质经热风炉预热的液滴。干燥介质经热风炉预热后进入干燥器底部。在干燥器内，液滴与后

21、进入干燥器底部。在干燥器内，液滴与上升的热气流充分接触，其中的水分迅速上升的热气流充分接触，其中的水分迅速蒸发，成为细粉后落于器底。废气经旋风蒸发，成为细粉后落于器底。废气经旋风分离器和袋滤器除去细粉后排入大气。分离器和袋滤器除去细粉后排入大气。 喷雾干燥流程示意图v1- 1-热风炉；热风炉；2-2-喷雾干燥器；喷雾干燥器；3-3-喷嘴；喷嘴；4-4-一次旋风一次旋风分离器；分离器；5-5-二次旋风分离器；二次旋风分离器；6-6-袋滤器；袋滤器；7-7-风机风机 喷雾干燥流程示意图中药浸膏专用喷雾干燥机 中药浸膏专用喷雾干燥机中药浸膏专用喷雾干燥机型号JPG-5JPG-20JPG-50JPG-

22、100JPG-150JPG-200JPG-300干燥塔直径(mm)1200220030003800440048005500进风温度180-200出风温度85-100水分蒸发量(kg/h)5-715-3040-6080-120140-160180-220250-350YPG系列压力喷雾干燥雾化方法雾化方法 喷雾干燥喷雾干燥的雾化方法有旋转雾化、压力的雾化方法有旋转雾化、压力雾化及气流雾化三种。雾化及气流雾化三种。 旋转雾化旋转雾化喷雾干燥喷雾干燥的单机生产能力大的单机生产能力大（喷雾量可达（喷雾量可达200t/h），进料量容易控），进料量容易控制，操作弹性大，应用比较广泛。制，操作弹性大，应用比

23、较广泛。 气流雾化器气流雾化器主要用于实验室及中间工厂，主要用于实验室及中间工厂，其动力消耗大。其动力消耗大。 压力式雾化器压力式雾化器喷雾干燥喷雾干燥可以制造粗粒子，可以制造粗粒子，维修方便。由于喷嘴孔很小，易堵塞，故维修方便。由于喷嘴孔很小，易堵塞，故料液必须严格过滤。料液必须严格过滤。 . .干燥速度快干燥速度快 几十微米的液滴，水几十微米的液滴，水分蒸发极快，干燥时间几秒至几十秒钟，分蒸发极快，干燥时间几秒至几十秒钟，有快速干燥的特点。有快速干燥的特点。. .液滴的温度较低液滴的温度较低 温度不超过热空温度不超过热空气湿球温度，适合于热敏性物料的干燥。气湿球温度，适合于热敏性物料的干燥

24、。3. 3. 产品有良好的疏松性、流动性、分散产品有良好的疏松性、流动性、分散性和溶解性。性和溶解性。4.4.生产过程简化，操作控制方便。生产过程简化，操作控制方便。5.5.适宜于连续化、自动化生产。适宜于连续化、自动化生产。喷雾干燥的特点喷雾干燥的特点喷雾干燥的特点喷雾干燥的特点6.6.当热风温度低于当热风温度低于时，热交换较时，热交换较差，需要的设备体积较大，差，需要的设备体积较大，清洗工作量大清洗工作量大，空气消耗量大，动力耗用量也大。空气消耗量大，动力耗用量也大。7.7.从废气中从废气中回收粉尘的分离设备要求高回收粉尘的分离设备要求高，要达到高的回收效果，附属装置比较复杂。要达到高的回

25、收效果，附属装置比较复杂。8.8.设备的设备的热效率较低热效率较低，在以下。，在以下。喷雾干燥的应用喷雾干燥的应用1.1.通过喷雾干燥来提高药物的生物药效通过喷雾干燥来提高药物的生物药效率及实现可控制的释放。率及实现可控制的释放。主要产品包括纳主要产品包括纳米颗粒、微包埋、固体无定形分散和干乳米颗粒、微包埋、固体无定形分散和干乳液。液。2.2.喷雾干燥生产糖化酶粉剂的工艺喷雾干燥生产糖化酶粉剂的工艺 , ,应应用于酶制剂工业。用于酶制剂工业。3.3.喷雾干燥血球蛋白粉喷雾干燥血浆喷雾干燥血球蛋白粉喷雾干燥血浆蛋白粉。蛋白粉。 4.4.颈复康颗粒喷雾干燥工艺研究颈复康颗粒喷雾干燥工艺研究 , ,

26、复方复方药制备。药制备。5.5.芦荟喷雾干燥粉制备。芦荟喷雾干燥粉制备。 微波干燥原理微波干燥原理微波干燥微波干燥是以电磁波是以电磁波(1mm1m)代替热代替热源，用电介质加热的原理。若电磁波被电源，用电介质加热的原理。若电磁波被电介质吸收，则电磁波的能量在电介质内部介质吸收，则电磁波的能量在电介质内部转换为热能。因此被干燥的物料本身就是转换为热能。因此被干燥的物料本身就是发热体，通常称为内部加热方式。发热体，通常称为内部加热方式。微波频率微波频率300300000MHz，常用频率是，常用频率是915Hz和和2450MHz。损耗系数越大的物质。损耗系数越大的物质吸收电功率越多，越易加热。粒状化

27、合物吸收电功率越多，越易加热。粒状化合物的损耗系数较低的损耗系数较低,故微波能够透过它们将能故微波能够透过它们将能量传递给颗粒内所截留的液体。量传递给颗粒内所截留的液体。微波干燥原理微波干燥原理微波干燥时微波干燥时,粒状产品的溶剂粒状产品的溶剂(湿分湿分)吸吸收微波能量。溶剂的偶极部分与电磁场耦收微波能量。溶剂的偶极部分与电磁场耦合合,从而使溶剂蒸发，而没有通过加热表面从而使溶剂蒸发，而没有通过加热表面或热空气介质提供所需能量。或热空气介质提供所需能量。单位体积内物质吸收的微波功率与该单位体积内物质吸收的微波功率与该处的电场强度处的电场强度E和频率有关。和频率有关。 （）；（）； f 微波频率

28、（微波频率（ ）-122EfPo微波干燥原理微波干燥原理o介质在真空中的介电常数，介质在真空中的介电常数，o.；介质的复介电系数中的介电损耗因子；介质的复介电系数中的介电损耗因子； 为电场强度（为电场强度（ ）介质吸收微波能后，如不考虑周围环境，介质吸收微波能后，如不考虑周围环境，其温升与电导和物质密度的关系为：其温升与电导和物质密度的关系为：pCEddT2of22微波与物质间的关系微波与物质间的关系1. 导体：这类物质反射电磁波（如微波导体：这类物质反射电磁波（如微波炉的金属壳体）贮存微波能，使微波不泄炉的金属壳体）贮存微波能，使微波不泄露。露。2. 绝缘体绝缘体:这类物质不反射也不吸收微波，这类物质不反射也不吸收微波，对微波是透明的（如微波碗、盒都用绝对微波是透明的（如微波碗、盒都用绝缘体如玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯树脂等做缘体如玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯树脂等做成的）。成的）。3. 介电体介电体:这类物质不同程度吸收微波能这类物质不同程度吸收微波能转为热能。其中水的介电常数最大，即最转为热能。其中水的介电常数最大，即最易吸收微波能转换为热能。易吸收微波能转换为热能。微波与物质间的关系微波与物质间