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造粒方法简单描述及自动造粒理论和设备研究
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1.前言
目前，造粒技术已在医药、食品、建材、化工、冶金等各行各业得到了越来越广泛的应用，同时造粒技术本身也在应用的过程中不断地创新、发展和提高，并创造出了多种不同的造粒方法。如沸腾式流化床造粒法、喷雾干燥式造粒法、离心式流化床造粒法、挤出滚圆法等。这些方法各有特点和不同的用途。下面就造粒技术在制药行业中的应用情况分别介绍几种主要造粒方法，其中根据本文题目的要求着重介绍离心式流化床造粒法。
2.几种不同的造粒方法
2.1沸腾造粒法
沸腾造粒法在几种方法中效率最高。其原理是利用从设备底部吹入的风力将粉粒浮起与上部喷枪喷出的浆液充分接触后相互碰撞而结合成颗粒。用此种方法生产出的颗粒较为疏松，真球度及表面光洁度都很差，适于制造要求不高的颗粒或为其它制剂做前期加工。
造粒方法是在沸腾造粒法的基础上发展而来的。即在沸腾造粒筒的下部中央配置一小直径的芯筒或称隔离筒，将底部热风通风孔板的通风面积分布为中心大四周小而形成中心热风流量大于四周的状态。在不同风力的作用，颗粒在筒中从芯筒中间上浮与装在底部中央的喷枪喷出的粘结剂接触，再与上部落下的粉料粘结后由芯筒外部沉降下来，形成颗粒的上下循环流动，达到使颗粒均匀长大的目的。此种方法制造出的颗粒仍然比较疏松，但颗粒的尺寸比较均匀。用此方法对颗粒进行表面涂覆包衣效果良好。
2.2喷雾干燥法
喷雾干燥法是将浓缩的浆液通过喷嘴或离心转盘喷出形成微小液滴，在高温热风的作用下，水分迅速蒸发形成干燥颗粒。如图3所示。此种方法生产出的颗粒带有水分蒸发时留下的空隙，同样比较疏松，虽然可以连续生产，但产量较低，而且设备庞大，同时需要前期萃取、过滤、浓缩等一系列处理设备配套。此种方法适于制造速溶类食品或中药制剂。
2.3挤出滚圆造粒法
挤出滚圆造粒方法是先将湿团状药物通过筛板挤成条状，切断形成棒状小粒，然后在离心盘中滚成圆粒。如图4所示。此方法简单实用效率较高，颗粒密度大，颗粒真球度和表面光洁度取决于转盘的转速和滚圆的时间，稍有凸凹现象。是一种较为理想的高密度颗粒制造方法。
3.离心造粒法及其自动造粒理论
离心法造粒是在离心转盘上输入一定量的母粒，母粒在离心力、摩擦力及挡板的作用下，在转盘与筒体的过渡曲面上形成涡旋运动的粒子流，同时在这种粒子流的表面按一定规律喷射雾化的粘结剂和供给粉料，并在转盘与外筒体间的环缝中不断吹入的热风的，使母粒不断放大。其结构原理如图5所示。用这种方法制出的颗粒均匀致密，表面光洁度及真球度很高。
在离心造粒过程中，影响造粒质量的因素很多。但在实践中我们发现，对一次造粒过程而言，粘结剂流量qj和粉料流量qf是影响造粒质量的两个关键参数，其它参数均可保持常量。因此最佳参数的匹配问题就变成了寻找粘结剂流量qj和粉料流量qf在造粒过程中的普遍变化规律。
一般来讲，离心造粒的过程可分为三个阶段，即：母粒润湿、尺寸放大和抛光干燥。母粒润湿阶段的目的是提前均匀使母粒表面涂覆粘结剂以创造母粒粘结粉料的初始条件。尺寸放大是在母粒不断地粘结粉料及涂覆粘结剂的过程中颗粒直径不断增大，这是造粒过程中最关键的阶段，也是自动造粒理论所要解决的问题所在。抛光干燥阶段是在停止供料的情况下转盘继续运转，使颗粒表面得到进一步抛光和干燥。
在尺寸放大阶段，颗粒直径的增长速度dD/dt应始终保持为常数，即要保持供料速率与颗粒总表面积之间的正确比例。我们称之为供料比ω。同时在这一阶段中粘结剂流量qj和粉料流量qf的比例也应保持一个最佳的常数。我们称之为浆粉比[α]。另外，在尺寸放大前我们可以根据母粒直径d0和放大后颗粒的最终直径D0求出一个称为放大倍数K=D0/d0的值。
在上述情况下，我们可以认为一定量的母粒在离心转盘的作用下行成的涡旋粒子流中每个颗粒接触雾化粘结剂和粉料的概率均相等。因此，他们的增长规律也是相同的。那么，在一定的时间T内它们的直径增长速度为：
这就是颗粒直径的增长规律，是线性的。
由于球粒的体积为：V=πD3/6，将其微分后可得：
两边各乘以颗粒总数μ和平均密度ρ，则可得供料流量：
我们称其为初始供料流量。
其最佳值取决于粘结剂和粉料的物理性质，可由试验确定。当ω已知时，可用(7)式计算出放大时间T。
在(4)式中，供料流量q应为粘结剂流量qj与粉料流量qf的总和，即：
q=qj+qf
根据前面提到的在放大过程中，浆粉比：α=qj/qf应保持常数。于是：
因此，供粉流量的变化规律为：
粘结剂流量的变化规律为：
式中： qf0--初始粉料流量
qj0--初始粘结剂流量
根据式(6)我们便可以求得初始粘结剂流量qj0和初始粉料流量qf0。
最佳浆粉比[α]可根据原料的物理性质通过试验确定。
上述理论在实践中非常实用。利用计算出的粘结剂和粉料流量的初始值以及它们在造粒过程中的变化规律方程，对它们的流量变化规律进行精确的控制，便可在离心造粒设备中制造出高合格率、高质量的球形颗粒。是批量生产高密度小直径颗粒的理想方法。
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