十二章-粉體干燥和造粒技術(shù)剖析培訓(xùn)講學(xué)

十二章粉體干燥(gānzào)和造粒技術(shù)分類(fēnlèi)操作(cāozuò)方式連續(xù)干燥傳熱方式對(duì)流干燥傳導(dǎo)干燥間歇干燥輻射干燥介電干燥操作壓強(qiáng)常壓干燥真空干燥微波干燥流化干燥噴霧干燥干燥是用熱能使?jié)裎锪现械臐穹謿饣癁檎魵?，再用抽吸或氣流將蒸氣移走而達(dá)到去濕的操作。第一頁，共47頁。對(duì)流干燥(gānzào)系統(tǒng)熱能以對(duì)流方式傳遞(chuándì)給物料；產(chǎn)生的蒸汽(zhēnɡqì)被干燥介質(zhì)帶走。干燥介質(zhì)溫度漸降，濕含量漸增。傳熱過程傳質(zhì)過程第二頁，共47頁。干燥曲線(qūxiàn)與干燥速率曲線(qūxiàn)第三頁，共47頁。恒速干燥(gānzào)階段的特點(diǎn)（1）在恒定的干燥條件，物料的干燥速率不隨物料的含水量而改變。（2）干燥水分為非結(jié)合水分。物料表面充滿著非結(jié)合水分，其性質(zhì)與液態(tài)純水相同。（3）空氣傳遞(chuándì)給物料的熱量等于水分從物料中氣化所需的熱量,物料表面的溫度θw等于該空氣的濕球溫度ｔw（4）干燥速率與空氣的性質(zhì)(t,H,V)有關(guān)，與濕物料的性質(zhì)關(guān)系不大(如物料厚度h),干燥速率第四頁，共47頁。降速干燥(gānzào)階段的特點(diǎn)水分(shuǐfèn)傳遞速率<氣化速率部分表面氣化(qìhuà)的水分為結(jié)合水D點(diǎn):全部表面都不含非結(jié)合水球體圓柱體第五頁，共47頁。粉體干燥(gānzào)和造粒技術(shù)

造粒是片劑、硬膠囊劑和顆粒劑等生產(chǎn)的第一步,它直接影響產(chǎn)品的重量(裝量)差異、崩解時(shí)限、硬度和脆碎度等，是口服(kǒufú)固體制劑中工藝控制水平要求最高的一個(gè)工序。粉體物料經(jīng)過造粒過程制備粒狀產(chǎn)品可以達(dá)到改善產(chǎn)品流動(dòng)性、拓寬產(chǎn)品應(yīng)用范圍、避免使用中的二次污染、或達(dá)到對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改性等目的,廣泛應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥、生物、肥料等領(lǐng)域中。第六頁，共47頁。粉體干燥(gānzào)和造粒技術(shù)濕法制粒是將粉體與液體粘合制粒，使之成為具備制劑要求的成品(chéngpǐn)或?yàn)橄乱徊綉?yīng)用做準(zhǔn)備的半成品(chéngpǐn)。目的是增加密度、使粉體易于控制，增加流動(dòng)性、可壓性、穩(wěn)定性，無結(jié)塊、無泡沫，增加可濕性、易于分散等。濕法制粒機(jī)有混合機(jī)制粒、低速攪拌制粒機(jī)、高速攪拌制粒機(jī)和流化床制粒機(jī)。第七頁，共47頁。粉體干燥(gānzào)和造粒技術(shù)滾動(dòng)造粒：將松散的濕物料（細(xì)粉和適量(shìliàng)的潤(rùn)濕液）加入制粒裝置內(nèi)攪拌翻動(dòng)。初始形成團(tuán)粒核心，隨后核心以團(tuán)聚和包層兩種方式長(zhǎng)大(團(tuán)聚的顆粒球形不規(guī)則，表面粗糙)包層制出的顆粒表面光滑呈球形，斷面為一層包一層的洋蔥皮結(jié)構(gòu)，在滾動(dòng)造粒時(shí)，可以控制操作條件，使其一種方式成為造粒的主導(dǎo)，形成表面光滑,形狀規(guī)則強(qiáng)度高的球形顆粒。

第八頁，共47頁。粉體干燥(gānzào)和造粒技術(shù)壓力法造粒：將濕含量較低的細(xì)粉物料在壓片機(jī)、滾壓機(jī)、輥壓機(jī)、螺旋擠壓機(jī)等造粒機(jī)中受壓力或受剪切力被壓實(shí)成粒，其中輥壓機(jī)可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)壓造粒(壓力范圍為2.5~560MPa)將粉末壓得密實(shí)(mìshi),從而使粉末間分子力能起主導(dǎo)作用，賦予顆粒較大的抗拉、抗壓和抗磨強(qiáng)度。對(duì)上千種細(xì)粉干物料進(jìn)行強(qiáng)壓造粒實(shí)驗(yàn)，均獲得成功。第九頁，共47頁。流化床造粒流化床造粒的生產(chǎn)強(qiáng)度大、產(chǎn)品質(zhì)量好,同時(shí)集成粒、混合、干燥過程于一體(yītǐ),大大簡(jiǎn)化工藝流程.流化床造粒有流化床噴霧造粒、噴動(dòng)流化床造粒、振動(dòng)流化床造粒和高速超臨界流體(RESS)造粒。噴嘴位置頂部噴霧法、底部噴霧法和切向噴霧法。第十頁，共47頁。流化床造粒流化床造粒的基本原理：借助物料之間的附著、凝聚力成粒。在裝置內(nèi)加入粉體，靠流化氣體的作用使粉體進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)，以噴入的粘結(jié)劑為介質(zhì)，使粉體互相凝集成粒，粒子之間互相接觸及沖撞逐漸成長(zhǎng)，控制物料在裝置內(nèi)的操作(cāozuò)時(shí)間長(zhǎng)短，得到不同大小的顆粒產(chǎn)品。第十一頁，共47頁。

FL系列(xìliè)流化制粒干燥機(jī)

第十二頁，共47頁。流化床干燥器流程(liúchéng)示意圖1-鼓風(fēng)機(jī)；2-加熱器；3-分布板；4-流化床干燥器；5-旋風(fēng)(xuànfēng)分離器；6-袋濾器第十三頁，共47頁。流化床造粒的影響(yǐngxiǎng)因素1.流化氣速u。流化氣速的大小直接影響床層的流化狀態(tài)。當(dāng)流化氣速過小，且床溫過高時(shí)，易造成“干式”失穩(wěn)，若流化氣帶來的熱量不足以使溶劑及時(shí)蒸發(fā)，會(huì)造成床層“濕式”失穩(wěn)。過大的氣速會(huì)增大(zēnɡdà)磨損，使得造粒的效果下降。第十四頁，共47頁。流化床造粒的影響(yǐngxiǎng)因素2.溫度。床層溫度低則床內(nèi)濕度高，霧化液滴易于在顆粒表面上鋪展而形成較大的固液接觸面積，因而(yīnér)顆粒易于碰撞后團(tuán)聚，顆粒生長(zhǎng)速率快，但過低的床層溫度易導(dǎo)致濕式死床。溫度高則生產(chǎn)能力高,設(shè)備利用率高，同時(shí)提高了流化床的傳熱溫差和傳熱效率。但過高的床溫會(huì)降低造粒的效率,這是因?yàn)殪F化液滴在沒有接觸到流化顆粒之前就已經(jīng)被干燥,干燥后的粉塵隨流化氣體揚(yáng)析出來。第十五頁，共47頁。流化床造粒的影響(yǐngxiǎng)因素3.料液流速對(duì)顆粒生長(zhǎng)速率的影響。在保證充分的熱量供給和流化情況較好時(shí)，料液流速越大則顆粒生長(zhǎng)越快，顆粒粒徑增長(zhǎng)速率隨時(shí)間增大而減小。4.初始粒徑。初始粒徑越大，顆粒的相對(duì)生長(zhǎng)速率減小，隨初始粒徑的增大，由于碰撞磨損和自身重力等引起(yǐnqǐ)的分散力增大,使團(tuán)聚成功率降低，層式機(jī)理成長(zhǎng)所占比重加大。當(dāng)初始粒徑小時(shí),粒子更易團(tuán)聚，所以顆粒生長(zhǎng)速率較大。第十六頁，共47頁。流化床造粒的影響(yǐngxiǎng)因素5.粘合劑的影響。粘合劑的粘度隨濃度的增大而顯著增大,顆粒更易于團(tuán)聚，成長(zhǎng)速度(sùdù)加快。對(duì)FL5流化床噴霧制粒機(jī)由正交分析可知，對(duì)最終制粒結(jié)果的影響順序?yàn)楣┮核俣?sùdù)、粘合劑溶液的濃度、流化床層的溫度和壓縮氣壓。如某藥最優(yōu)參數(shù)組合供液速度(sùdù)25mL/min、床層溫度55℃、粘合劑濃度7%、壓縮氣壓為0.2MPa的組合條件下制粒結(jié)果最佳。第十七頁，共47頁。制粒的驟變(zhòubiàn)失穩(wěn)及其影響因素驟變失穩(wěn)是指液體經(jīng)噴嘴導(dǎo)入床層時(shí)發(fā)生的一種嚴(yán)重的反流化現(xiàn)象，使流化過程不能繼續(xù)進(jìn)行。驟變失穩(wěn)對(duì)流化床噴霧制粒來說是災(zāi)難性的，應(yīng)當(dāng)避免。驟變失穩(wěn)有濕驟變失穩(wěn)和干驟變失穩(wěn)。濕驟變失穩(wěn)產(chǎn)生的原因:流化系統(tǒng)中熱空氣所提供的有效熱量不能滿足制粒過程中液體蒸發(fā)所需的熱量,或在局部區(qū)域液體的蒸發(fā)與加入(jiārù)出現(xiàn)不平衡。第十八頁，共47頁。制粒的驟變(zhòubiàn)失穩(wěn)及其影響因素1.粘合(zhānhé)液噴霧速率過快。會(huì)迅速出現(xiàn)濕驟變失穩(wěn)。此時(shí),設(shè)備的空氣阻力明顯增大，空氣流量急劇下降，流化床消失，出現(xiàn)未完全干燥的大團(tuán)塊，并有團(tuán)塊粘附在篩網(wǎng)上，篩網(wǎng)堵塞嚴(yán)重。2.噴霧空氣壓力過低。隨霧化壓力降低,霧化液滴增大和霧化液滴噴霧錐角減小，潤(rùn)濕粉粒的范圍縮小，造成霧化液滴分布不均，使流化床在局部范圍內(nèi)出現(xiàn)大的濕塊，從而逐步導(dǎo)致整個(gè)流化床發(fā)生濕驟變失穩(wěn)。第十九頁，共47頁。制粒的驟變(zhòubiàn)失穩(wěn)及其影響因素3.粘合液濃度與加入量。濃度過高、粘合液加入量過多或噴霧時(shí)間太長(zhǎng)都會(huì)導(dǎo)致濕驟變失穩(wěn)。隨濃度的提高，逐漸會(huì)有過大的塊狀顆粒因流化氣速不夠被分離出來沉于床層底部，導(dǎo)致局部區(qū)域流化不良或流化消失。隨著(suízhe)粘合液加入量的增加，床層濕度逐步增大，達(dá)到一定臨界點(diǎn)后，流化床發(fā)生濕驟變失穩(wěn)。第二十頁，共47頁。制粒的驟變失穩(wěn)及其影響(yǐngxiǎng)因素4.進(jìn)氣溫度過低。進(jìn)氣溫度過高可導(dǎo)致粘合液霧滴被過早干燥而不能有效(yǒuxiào)制粒。若進(jìn)氣溫度過低，流化床的干燥能力會(huì)因此大大降低，導(dǎo)致粘合液無法及時(shí)被蒸發(fā)而使粉粒過度潤(rùn)濕，造成粉粒的嚴(yán)重凝聚和結(jié)塊,發(fā)生濕驟變失穩(wěn)。5.各種因素的綜合作用。在實(shí)際的操作過程中如果幾種因素共同作用，將會(huì)加劇濕驟變失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生。合理地確定和控制各操作工藝參量,對(duì)防止出現(xiàn)流化床噴霧制粒的驟變失穩(wěn)有重要意義。第二十一頁，共47頁。制粒的驟變失穩(wěn)及其影響(yǐngxiǎng)因素粘合液噴霧速率過快。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),若粘合液噴霧速率過快，會(huì)迅速出現(xiàn)濕驟變失穩(wěn)。此時(shí),設(shè)備的空氣阻力明顯增大,空氣流量(liúliàng)急劇下降,流化床消失,出現(xiàn)未完全干燥的大團(tuán)塊,并有團(tuán)塊粘附在篩網(wǎng)上,篩網(wǎng)堵塞嚴(yán)重。分析原因,當(dāng)粘合液噴霧速率過快時(shí),霧化液滴第二十二頁，共47頁。PGL噴霧制粒干燥機(jī)

第二十三頁，共47頁。GHL系列高速(ɡāosù)混合制粒機(jī)

第二十四頁，共47頁。

LPZ系列(xìliè)冷卻噴霧造粒機(jī)

第二十五頁，共47頁。噴霧干燥器噴霧干燥器：利用噴霧器將溶液、懸浮液、漿狀液或熔融液等噴成細(xì)小的霧滴而分散于熱氣流中，使水分迅速氣化而達(dá)到干燥制粒的目的(mùdì)。噴霧干燥過程:液體物料經(jīng)噴嘴霧化成10~200m的液滴。干燥介質(zhì)經(jīng)熱風(fēng)爐預(yù)熱后進(jìn)入干燥器底部。在干燥器內(nèi)，液滴與上升的熱氣流充分接觸，其中的水分迅速蒸發(fā)，成為細(xì)粉后落于器底。廢氣經(jīng)旋風(fēng)分離器和袋濾器除去細(xì)粉后排入大氣。第二十六頁，共47頁。噴霧干燥流程(liúchéng)示意圖1-熱風(fēng)爐；2-噴霧干燥器；3-噴嘴；4-一次旋風(fēng)分離器；5-二次旋風(fēng)分離器；6-袋濾器(lǜqì)；7-風(fēng)機(jī)第二十七頁，共47頁。噴霧干燥流程(liúchéng)示意圖中藥浸膏(jìnɡāo)專用噴霧干燥機(jī)第二十八頁，共47頁。中藥浸膏(jìnɡāo)專用噴霧干燥機(jī)型號(hào)JPG-5JPG-20JPG-50JPG-100JPG-150JPG-200JPG-300干燥塔直徑(mm)1200220030003800440048005500進(jìn)風(fēng)溫度℃180-200出風(fēng)溫度℃85-100水分蒸發(fā)量(kg/h)5-715-3040-6080-120140-160180-220250-350第二十九頁，共47頁。YPG系列(xìliè)壓力噴霧干燥第三十頁，共47頁。霧化(wùhuà)方法噴霧干燥的霧化方法有旋轉(zhuǎn)霧化、壓力霧化及氣流霧化三種。旋轉(zhuǎn)霧化噴霧干燥的單機(jī)生產(chǎn)能力大（噴霧量可達(dá)200t/h），進(jìn)料量容易控制，操作彈性大，應(yīng)用比較廣泛。氣流霧化器主要用于實(shí)驗(yàn)室及中間工廠，其動(dòng)力消耗大。壓力式霧化器噴霧干燥可以制造粗粒子(lìzǐ)，維修方便。由于噴嘴孔很小，易堵塞，故料液必須嚴(yán)格過濾。第三十一頁，共47頁。１.干燥(gānzào)速度快幾十微米的液滴，水分蒸發(fā)極快，干燥(gānzào)時(shí)間幾秒至幾十秒鐘，有快速干燥(gānzào)的特點(diǎn)。２.液滴的溫度較低溫度不超過熱空氣濕球溫度，適合于熱敏性物料的干燥(gānzào)。3.產(chǎn)品有良好的疏松性、流動(dòng)性、分散性和溶解性。4.生產(chǎn)過程簡(jiǎn)化，操作控制方便。5.適宜于連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)。噴霧干燥的特點(diǎn)(tèdiǎn)第三十二頁，共47頁。噴霧干燥的特點(diǎn)(tèdiǎn)6.當(dāng)熱風(fēng)溫度(wēndù)低于１５０℃時(shí)，熱交換較差，需要的設(shè)備體積較大，清洗工作量大，空氣消耗量大，動(dòng)力耗用量也大。7.從廢氣中回收粉塵的分離設(shè)備要求高，要達(dá)到高的回收效果，附屬裝置比較復(fù)雜。8.設(shè)備的熱效率較低，在４０％以下。第三十三頁，共47頁。噴霧干燥的應(yīng)用(yìngyòng)1.通過噴霧干燥來提高藥物(yàowù)的生物藥效率及實(shí)現(xiàn)可控制的釋放。主要產(chǎn)品包括納米顆粒、微包埋、固體無定形分散和干乳液。2.噴霧干燥生產(chǎn)糖化酶粉劑的工藝,應(yīng)用于酶制劑工業(yè)。3.噴霧干燥血球蛋白粉．噴霧干燥血漿蛋白粉。4.頸復(fù)康顆粒噴霧干燥工藝研究,復(fù)方藥制備。5.蘆薈噴霧干燥粉制備。第三十四頁，共47頁。微波干燥(gānzào)原理微波干燥是以電磁波(1mm~1m)代替熱源，用電介質(zhì)加熱(jiārè)的原理。若電磁波被電介質(zhì)吸收，則電磁波的能量在電介質(zhì)內(nèi)部轉(zhuǎn)換為熱能。因此被干燥的物料本身就是發(fā)熱體，通常稱為內(nèi)部加熱(jiārè)方式。微波頻率300~300000MHz，常用頻率是915Hz和2450MHz。損耗系數(shù)越大的物質(zhì)吸收電功率越多，越易加熱(jiārè)。粒狀化合物的損耗系數(shù)較低,故微波能夠透過它們將能量傳遞給顆粒內(nèi)所截留的液體。第三十五頁，共47頁。微波干燥(gānzào)原理微波干燥時(shí),粒狀產(chǎn)品的溶劑(濕分)吸收微波能量。溶劑的偶極部分(bùfen)與電磁場(chǎng)耦合,從而使溶劑蒸發(fā)，而沒有通過加熱表面或熱空氣介質(zhì)提供所需能量。單位體積內(nèi)物質(zhì)吸收的微波功率Ｐ與該處的電場(chǎng)強(qiáng)度E和頻率ｆ有關(guān)。Ｐ（Ｗ／ｃｍ３）；f微波頻率（ｓ）-1第三十六頁，共47頁。微波(wēibō)干燥原理εo介質(zhì)在真空中的介電常數(shù)，εo＝８.８５４×１０－１４Ｆ／ｃｍ；ε＂介質(zhì)的復(fù)介電系數(shù)中的介電損耗因子；Ｅ為電場(chǎng)強(qiáng)度（Ｖ／ｃｍ）介質(zhì)吸收微波能后，如不考慮周圍環(huán)境，其溫升與電導(dǎo)和物質(zhì)密度(mìdù)的關(guān)系為：第三十七頁，共47頁。微波(wēibō)與物質(zhì)間的關(guān)系1.導(dǎo)體：這類物質(zhì)反射電磁波（如微波爐的金屬殼體）貯存(zhùcún)微波能，使微波不泄露。2.絕緣體:這類物質(zhì)不反射也不吸收微波，對(duì)微波是透明的（如微波碗、盒都用絕緣體如玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯樹脂等做成的）。3.介電體:這類物質(zhì)不同程度吸收微波能轉(zhuǎn)為熱能。其中水的介電常數(shù)最大，即最易吸收微波能轉(zhuǎn)換為熱能。第三十八頁，共47頁。微波(wēibō)與物質(zhì)間的關(guān)系4.鐵氧體:這類物質(zhì)也吸收、反射、穿透電磁波，同電磁波的磁場(chǎng)分量發(fā)生(fāshēng)作用，產(chǎn)生熱量。一般的粉體物料