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流化床喷雾技术及应用

邹龙贵
（常州市佳发制粒干燥设备厂,常州 213116）
摘要：从流态化机理分析了粉粒物料在气相介质的运行轨迹，阐述了顶喷流化床制粒、底喷流化床包衣、旋转流化制丸及旋流流化床技术，并就相应的工艺进行分析，介绍其在医药、化工、食品中的应用实例。
关键词：流化床；顶喷；底喷；侧喷；包衣；制粒

喷雾流态化具有气固两相大面积对流、传热传质快、效率高的特点，在工业上被广泛用于制粒、制丸及包衣。
1 顶置喷雾流化床
1.1 顶置式喷雾流化床流程系统示意图（图1）
图1 顶置式喷雾流化床流程系统
空气经过滤、加热后进入流化床，促使物料流化；粘合剂经雾化器雾化成细小雾粒，喷射至流化的粉料上，物料得以润湿，相互间聚集架桥，水分经干燥后形成固体颗粒。
传统的制粒工艺：
粉体干混 粘合剂 湿材 挤压成条状颗粒 干燥
运用流化床顶喷法制粒，将混合—制粒—干燥多道工序纳入一台设备内完成。与传统工艺相比：(1)缩短3/4以上操作时间，降低了操作强度；(2)成粒为近似球形，流动性好，利于压模成型和包装计量；(3)制粒时完成干燥，成粒为多孔性，利于速溶。
1952年瑞士AEROMATIC公司首次研究成功流动床干燥机，并将流态化与喷雾技术有机结合，开发了医药、食品、化工行业的流化床制粒设备。
我国80年代相继从AEROMATIC公司、德国GLATT公司，日本友谊株式会社引进该设备；近年来，医药行业面临的GMP认证，流化床在我国药厂已得到普遍应用。
1.2 顶喷流化床包衣的特点
(1) 逆向喷雾 喷雾方向与物料运动方向相反，液滴到达物料需运行一段距离，其间会蒸发掉部分湿份，从而降低粘性，铺展范围降低，衣膜成形慢。
(2)不规则流态化 顶喷流化床内物料运行是随机的、杂乱无章的，每个粉粒接触液滴机会并不一致，因而包衣并不是均匀的。
(3)衣膜特性 由于物料流化态的不规则性，衣膜不可能连续，厚薄不匀，会伴随产生孔隙等缺陷。
(4)顶置喷雾 对喷雾范围不必加以约束，因而容易进行工业化放大，德国GLATT公司已生产2000kg/批机型，国内已生产300kg/批投料的包衣机型；但会有少量颗粒出现粘连现象。
应用：① ≤100μm的粉状物料热熔融包衣；
② ≥200μm颗粒的薄膜、矫味、着色包衣。
2 底置喷雾流化床
2.1 底置式喷雾流化床流程系统示意图（图2）
图2 底置喷雾流化床结构
1959年，美国威斯康星州的Dale、Wurster博士首创了底喷流化床，即Wurster系统。
其机理为喷动流态化与喷雾相结合，形成喷泉状态，使工业化包衣变得现实，其工艺已获广泛应用，至今尚无其它形式所能取代。
带扩展室的物料床中心设置圆形导向筒，分布板在导向筒区域内具有较大的开孔率，以满足大部分风量通过，形成类喷泉式的流态化；粉粒从导向筒内由气流加速上升，离开导向筒进入扩展室，风速急剧下降，物料下落进入床体与导向筒之间的环隙区域，过程循环进行，物料具有高度的分散性，因而底喷包衣工艺具有人们所期望的工艺重复性。
2.2 结构特点
(1)物料高度分散 物料在导向筒内处于气流输送状态，分散性好，衣膜的喷涂不至于会产生粘连。
(2)底喷 雾粒与物料同向运行，其到达物料的距离很短，湿份不至于快速蒸发掉，与物料附着良好，并具有极强的铺展性，使得衣膜牢固、连续。
(3)规则流流态化 “喷泉”式流态化中物料具有重现性良好的运行轨迹，这一点是严格包衣操作所不可缺少的，物料与雾粒接触机会均等，包衣均匀。
(4)喷泉流流态化 物料本身形成自转，其表面任一角度与雾粒接触机会均等，对于缓释、控释而言，底喷工艺形成的衣膜连续均匀。
(5)衣膜性能 底喷流化床的“喷泉”规则流使得“完全”包衣变得可行，耗用衣材较省。
(6)设备部件要点 导向筒高度可调，随着物料粒径变大其高度会有所改变。流化分布板是随物料性质变化的，其开孔率及其分布采取更换方式调节。根据死床高度设计合适的导向筒高度；高度太高，碰撞加剧，会产生衣层脱落，太低影响物料由流化区飞向包衣区迁移，包衣不均。
(7)可工业化放大 底喷床可完成400g至500kg的包衣操作；大生产时，床内设置至7个喷头，同时要求具备七个一致的喷泉流。
(8)应用广泛 ≥50μm的粉末包衣，粒丸（≤6mm）掩味、着色、热熔、防潮、抗氧化包衣、粒丸肠溶衣、缓释包衣、控释包衣、悬浮液、溶液涂层放大等。
3 流化床侧喷
3.1 侧置喷雾流化床流程系统示意图（图3）
3.2 工作原理
传统的流化床分布板演变为一个旋转的转盘，并与床壁间形成一狭小的缝隙，物料在床内因离心力、自重及空气浮力作用形成环形绳股状运动；物料处于规则的运动之中，并产生较底喷更为强烈的旋转，类似传统的泛丸工况。侧喷流态化主要用于致密药丸制备及包衣。
3.3 结构特点 图3 侧置喷雾流化床结构
⑴ 规则流流态化 与底喷一样，侧喷床内物料已形成严格的运行轨迹，包衣均匀。
⑵绳股状运动 物料自转，粒丸表面获得衣材机会均等，衣膜连续。
⑶侧喷 喷枪处于密集的物料层中，只需较短行程便能到达物料表面，紧密附着、铺展，无衣材损失，很适宜于高效量药丸的包衣。
⑷ 密集性 物料处于高度密集状态，对棱角粒子会产生磨擦的可能，需精心调整合适的转速，同时还可能产生粘连，因而一般不用于粉末、微粒包衣操作。
⑸制大粒、致密颗粒 由于物料工作时相互挤压，可完成在顶喷床内无法完成的结实颗粒、大粒制造，如胶囊填充颗粒等。
4 旋流流化床技术
4.1 旋流流化床流程系统示意图（图4）
图4 旋流流化床流程系统
4.2 结构特点
⑴辐射式进风驱动盘 热空气呈辐射切向进入，物料作三维运动，与顶喷流化床比较，混合快速而不产生分层；物料在床内旋转翻腾比顶喷更为规则，因而利于实现粉、粒、丸均匀包衣；物料在床内产生自转，其表面成膜厚度均匀，因而可应用于缓控释包衣；旋转流态化使物料间相互挤压，成粒密度较高，对于大比重制粒特别理想；物料旋流及自转，成粒真球度高，通过适当的辅料配比可完成丸剂制备作业。
⑵ 雾化器 三流体雾化器的内层气用以雾化，外层气在出口处将雾化区与物料隔离，确保无粘连；
雾化底喷操作，雾粒到达物料表面距离极短，粘结剂可充分润湿物料，造粒时间缩短；因雾粒到达物料表面距离极短，包衣时雾粒不致形成喷雾干燥，物料完全利用，生产成本低；多喷枪作业并不产生交叉影响，生产效率提高。
⑶ CIP在位清洗 配有360度旋转快装清洗头，可实现主机内快速清洗作业；不锈钢烧结过滤器，清洗时不需拆卸。
⑷进出料 利用引风机，采取负压气流输送上料，可避免粉尘飞扬；利用物料旋转所产生的离心状态，旁侧卸料快速。
⑸除尘装置 排风携带的粉尘被布袋有效拦截；除尘利用热风，可避免过滤器潮湿堵塞；强热风量反吹除尘，清灰干净。
5 流化床应用

物料
CMC-Na
砌土硅酸
二氯乙氢尿酸钠
伊曲康唑
剂型类别
制粒
包衣防水
隔离包衣
喷涂包衣
床型
顶喷
底喷
侧喷
旋流床
目的
增重
保持发光功能
ClO2稳定含量
胃溶
主要参数
40～80目
增重3%～5%
增重7.8%
增生62%
参考文献：
[1] David.sones. Air Suspension Coating,pharmaceutical Technology. 1985.8.
[2] 邹龙贵.微丸级控释包衣及设备[J].医药工程设计.2003，（2）：24.