雾化造粒技术及设备的研究进展.doc

雾化造粒技术及设备的研究进展

年级：2006年药学专业
姓名：苏鹤桂
学号：2006038068

[摘要] 随着科学技术的进步，造粒技术已经被用于设计多种药品当中，尽管我国的雾化造粒技术还不到达完善，但此技术以独特的优势正受到人们又来越多的关注，利用该造粒技术相信可以造出更安全，更有效的药物。概述了现有雾化造粒技术的方法和设备，对今后造粒技术的发展趋势提出了展望。
For example, antischizophrenic drugs bind to numerous receptors, several of which might be relevant to therapeutic outcome.

[关键词] 雾化造粒技术 设备 研究进展

【引言】
雾化造粒技术是将原料液用雾化器分散成雾滴，并用热空气(或其他气体)与雾滴直接接触的方式而获得粉粒状产品的一种造粒过程。原料液可以是溶液、乳浊液或悬浮液，也可以是熔融液或膏状物。根据需要，制成不同粒度、形状和强度要求的产品，现已广泛应用于化工、制药和硅酸盐等工业生产中。雾化造粒是集雾化、干燥、混合和成粒等过程于一身，与其他传统的造粒方法相比，具有工艺流程简单，设备装置紧凑，与粒状产品相比具有污染小，流动性好以及包装使用方便且品质高。越来越多的科研工作者对其成粒机理、影响因素及实际操作条件等进行了深入研究 。
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【造粒技术的背景】
1）造粒技术的类型
制剂造粒技术发展到现在已经形成多种类型的造粒技术，包括以下内容固体制剂造粒技术，雾化造粒技术，喷流床造粒技术，粉体造粒技术，微胶囊造粒技术，干法强压造粒技术等等。它们以不同的优势仍然受到人们关注，发挥着积极地作用。
2） 其他造粒技术的差异
固体制剂造粒的方法有离心造粒法、普通包衣法、挤出滚圆法、流化床法和沸腾包衣法。通过造粒可以改善原辅料的可压性、流动性。并且有以下优点：①造粒可增大物料的松密度，使空气逸出，减少片剂的松裂，并且颗粒压片需要的压力比粉末压片需要的压力小，从而可延长压片机的寿命。② 处方中有数种不同原辅料粉末，密度不一，在粉末压片过程中，受压片机震动，导致轻重成分分层，含量不准。制成颗粒后，可避免此现象。③制成颗粒后，可避免粉尘飞扬及黏性细粉粘附于冲头表面而造成粘冲现象。
喷流床造粒技术工艺特点：①喷射流化床造粒采用的是95％的尿索溶液而不是99．7％的熔融尿液；②操作弹性大，可在30％．110％不同负荷下造粒；③废气排放粉尘含量低，小于30mg／m3，有利于环境保护；④可生产不同规格尺寸的产品，不用改变造粒机，只需要调整尿素筛筛网尺寸及破碎机的辊间隙即可；⑤与其它流化床工艺相比，能耗较低，大约每吨耗电25kWh；⑥有一套独立的舢生产装置，有利于提高产品质量，防止了由于单独加甲醛带来的尿素板结现象；并且产品强度高，方便运输；⑦尿液进入造粒机及喷头的吹扫采用电磁三通阀控制，总控操作，方便可靠；⑧装结构紧凑，设计合理，占地面积较小。
粉体造粒技术按照实现小颗粒团聚的基本原理，可以把觑有的粉体处理技术分为搅拌法、压力成型法，喷雾和分散弥雾法、热熔融成型法等四类。粉体造粒技术采用回转冷带落模成型装置，其性能特点为：
(1) 采用薄钢带传热和雾化喷淋冷却，传热效果好，冷却效率高，物料固化成形快；
(2) 物料适用范围广，可实现的物料形状多，半球状、务状、块状、薄片状产品等均可实现；
(3) 采用布料器与钢带双调速驱动装置，可根据生产能力及物性参数调节，易实现自动控制；
(4) 整个生产过程无污染，产品纯度高，无杂质带入，易实现连续化作业；
(5) 由于钢带在卸料端的换向弯曲，使固化料层与钢带的贴合面分离，因此卸料时粉化少，卸料容易，颗粒形状易于保持。
[ 雾化造粒机理]
1．基本过程 ，
雾化造粒可分为三个基本过程阶段，料液雾化成雾滴；雾滴和干燥介质接触、混合及流动，即进行干燥；产品的最终成形。雾化造粒过程中，颗粒有两种长大方式：一种是包衣长大；另一种是团聚长大。包衣长大方式是通过喷淋液在母粒周围反复涂层，以晶核为中心，干燥后使颗粒增大，最终颗粒是以原始颗粒为基本粒子，形状与原始粒子相近。按此机理成粒，生长速度较慢，成长稳定均一，溶解速率慢，但力学性能好。团聚长大方式是由两个或两个以上的粒子通过粘合剂形成“液桥” ，团聚在一起形成一个大粒子，被黏合剂浸润的粒子与其周围粒子发生碰撞，粘附在一起，颗粒间通过“固桥”连在一起形成大颗粒。按此机理成粒，生长速度快，比表面积大，溶解性好；但粒度不均匀，形状不规则，机械特性差。团聚长大方式是水分散粒剂造粒成粒的主要方式。雾化产品最终形成在第三阶段，根据需要的不同，往往会出现不同组合形式的雾化造粒。
2．雾化造粒颗粒的影响因素
在正常的雾化造粒过程中，随着干燥的进行，物料会发生从液态向橡胶态，再到玻璃态的转变，即玻璃化转变。玻璃化转变时的温度称之为玻璃化转变温度，用Tg表示。雾化造粒整个过程很短，一般只有l5～40s，但根据干燥速度的高低可以把雾化干燥的整个过程分为：料液加速干燥阶段、料液恒速干燥阶段和降速干燥阶段。雾化干燥刚开始时，物料的干燥速度在很短的时间内由零升到最大，即为料液的预热阶段；最大的干燥速度延续很短时间时，即为恒速干燥阶段，随后进入降速干燥阶段，将持续较长时间，直至干燥结束。在料液预热阶段：其干燥时间通常在瞬间完成，此时常温料液被雾化后，其温度很快被周围的热空气加温到干燥空气的湿球温度 ，此时雾滴的温度高于料液的 ，所以，料雾表面仍然保持液态；在料液干燥的恒速干燥阶段：其干燥时间通常在3～6s内，此时料雾的表面温度保持干燥空气的湿球温度 ，料雾内部水分的迁移和表面水分足以维持蒸发，但是料雾的实际含水量在不断地减少，料雾的 在逐渐提高，空气不断把热量传递给雾滴，因此空气的温度从开始的 逐渐降低到 ，当雾滴表面开始固化时，标志着恒速干燥阶段的结束，降速阶段的开始。在料液干燥的降速干燥阶段：其干燥时间通常在20～30s内，此时料雾表面仍在蒸发水分，但是干燥空气给予的热量已足以满足表面水和内部迁移的水分蒸发所需的热量，所以料雾表面不仅开始固化，而且逐步固化颗粒的温度开始逐渐上升，与此同时，颗粒中的水分不断减少，颗粒由于失水使得 进一步提高，直至超过颗粒本身的温度，从而颗粒由表及里完成玻璃化转变，料雾也从液体转变为玻璃体 。对于最终产品，处于玻璃态是一种最为稳定的物理状态，因此，良好的控制料液在干燥过程中的玻璃化转变是控制最终产品质量的关键。研究表明流化气速、床层温度和黏结剂浓度对颗粒强度的影响显著，而且均是非单调的，但喷嘴雾化空气压力与颗粒强度之间存在正向相关性。通过对造粒塔中颗粒的运动进行受力分析，建立了颗粒运动速率方程，讨论了在不同颗粒直径下雾化角的取值对造粒产品的影响。实际运行状况中，雾化角要尽可能地接近理论值，一般取小于理论值2。～3。即可。
【几种典型的雾化造粒装置】
近年来，随着人民生活水平的提高和新型工业产品研究的进展，对雾化造粒产品质量(粒度、形态、密度和强度等)的研究越来越引起人们的关注。为了得到不同要求的产品，雾化造粒往往与其他操作相结合。
1．流化床雾化造粒
流化床雾化造粒技术以其优越的传质、传热性能，产品满足了实际生产、生活的需要，在肥料、药品、食品(尤其是速溶食品)、水处理和陶瓷等行业中得到广泛的应用。实现了豆奶粉的速溶、无糖以及低糖等特性，满足了特定人群的需要。典型的流化床雾化造粒装置如图3所示，包括雾化系统、流化系统、供风系统和分离系统。根据进液位置的不同，流化床雾化造粒设备可以分为顶置式雾化流化床、底置式雾化流化床、侧置式雾化流化床和旋流雾化流化床；根据流化床的不同可以分为普通流化床、振动流化床和搅拌流化床。
2．气流雾化造粒
气流雾化造粒是将气流与雾化相结合的造粒方法具有以下特点。
(1)干燥强度大由于气体在干燥管内流速大，一般为10～20m／s，气一固间存在一定的相对速度，因而固体物料与空气之间产生剧烈的相对运动，使物料表面的气膜不断更新，大大降低了传热和传质的气膜阻力。
(2)干燥时间短物料在干燥管内仅停留1～5s即可达到干燥要求。因此对于热敏性物料仍可采用较高的介质温度。
(3)适用性广可适用于各种粉粒状、碎块状物料的干燥，粒径范围约为0．1～1Omm。湿含量达30％ ～40％。
(4)设备结构简单占地面积小，生产能力大，能连续操作，可实现自动控制。但是，气流对物料有一定的磨损，因此不适用于对晶形有一定要求的物料，且热能利用程度较低。
3．多级雾化造粒设备
近年来，出现了一种新型造粒干燥设备，它是将熟悉的雾化与流态化技术相结合的造粒一干燥设备。其生产简单，操作控制方便，适用范围广。特别对一些热敏性物料及需要加入喷涂剂的造粒工艺更有其优越性。原料由雾化器(气流式、压力式及离心式)雾化后喷出细的雾滴与高温热空气接触，水分被蒸发，湿固体细粉在下落过程中进一步干燥并落至雾化造粒区。同时，与流化床内的热气流飞扬上浮的细粉接触，形成大的颗粒而进入塔底内置式的流化床，继续进一步获得干燥，合格产品从溢流口排出。产品到达流化床时，一般为相对比较高含湿率的多孔粒子的颗粒；产品的最终含水量是在流化床内获得。尾气从塔顶经旋风分离器分离后，由引风机排出室外。被分离回收下来的细粉，经旋转阀返回到塔内雾区，作晶种用。该装置有如下特点。1)干燥速度快，料液经雾化器雾化后表面积大大增大，因此仅需几秒钟水分就被蒸发。2)干燥与造粒一步到位，获得均匀的粒子，通过对潮湿粒子结构的改变，从而调整粒子的密度及分散性。3)它可在流化床内安装雾化器，将一些喷涂剂直接涂布到大颗粒表面，从而获得：速溶、防尘、缓蚀以及润滑优质的产品。4)适用于高黏度物料的造粒、干燥。
5)尾气中粉尘含量极低，一般均能符合排放标准。6)生产过程简单，操作控制方便，检修维护方便。7)产品具有良好的分散性、流动性和溶解性。
【结语】
1)雾化造粒技术应用前景广阔，但由于其过程复杂、影响因素众多，涂层的物理机制和工艺参数对造粒的影响仍未充分理解，因此到目前为止还没有形成系统的理论，其设计放大还基本停留在经验上。国外的研究较为深入，建立了一些简化的雾化理论模型。在以后的研究中，利用新的测量和控制手段，加大研究力度，建立较为普遍适用的雾化造粒的真实模型。
2)新的雾化造粒设备将来的发展趋势为将各操作紧密结合，集干燥、造粒和筛分为一体，向着紧凑化、自动化和多功能化发展。
3)低温干燥造粒，具有低热量、低能耗的发展趋势。
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