聚乙烯超临界流体雾化过程粒子影响因素的研究

100多年前，研究者就已经认识到了超临界流体中析出固体微粒的现象。但将超临界流体作为一种超细粉体的制备手段进行研究，只是近10年来的事。Krukonis首次报道了这方面的工作，并借此说明了利用超临界流体制备超细粉体。利用超临界流体制备超细粉体的最大优点是产品的纯度高，几何形状均匀，尺寸分布范围窄；制造工艺简单，操作温度较低，适用材料范围广。目前，对超临界流体中形成超细粉体机理的认识及工艺研究尚处在起步阶段。其中超临界溶液的快速膨胀法，被认为是最具发展潜力的方法之一，本研究利用此法成功地制备了聚乙烯超细粉体，并介绍了该法的基本原理，及聚乙烯超临界喷雾机理及粒子形貌的影响因素及机理研究，确定了较佳工艺参数及操作条件。 　　2?工艺流程 　　系统流程为：物料定量地加入双螺杆挤压机，在挤压机第一段将物料熔融成130°左右粘弹态；推动物料继续向前流动，在挤压机的第二段，通过高压泵，定量地加入相同温度下的超临界二氧化碳；然后将聚乙烯融体与超临界二氧化碳温度保持恒定，溶成均相。流体流入高压泵，加压至一定压力，高压流体在喷雾塔内，通过喷嘴喷成极细的雾滴；这时流体高速泄压，超临界二氧化碳膨胀成低密度的气体，溶解度急剧减小，聚乙烯微粒析出。液滴被高速气流及膨胀气体粉碎。由于温度下降，聚乙烯冷凝成固态粒子,在内聚力作用下形成球形。喷雾过程中塔内通入二氧化碳进行惰性气体保护。控制喷雾塔内温度在聚合物固化温度之下、超临界分流体沸点之上的区间内，大颗粒聚乙烯沉降于塔底，绝大多数粉末随气体进入分级机及除尘器，得到符合要求的成品粉末。将超临界溶剂二氧化碳排空。产品粒径分布窄，表面有光泽，比密度大。 　　3 干燥塔工作机理研究 　　3.1超临界喷雾雾化条件 　　由于液滴自喷嘴向下喷射，塔内气流上行，为逆流式干燥。为分析问题方便，喷雾条件要求满足： 　　（1）塔的直径相对于喷嘴足够大，聚乙烯蜡雾化流为自由射流； 　　（2）喷嘴出口处载气和液滴具有相同的初速度u0； 　　（3）初始液滴大小均匀分布； 　　（4）塔内温度自塔顶至喷嘴，从周边至中心均匀升高，而在喷嘴附近温度最高； 　　（5）塔内为微负压操作，自喷嘴至雾滴冷凝区域压力稳定，无涡流形成。 　　4?超临界聚乙烯粒子形貌变化机理 　　液滴自喷嘴喷射到塔内的下行气流中，液相与气相存在着速度差，导致液滴表面存在曳力。若粒子的表面张力无法抵抗曳力时，则会发生液滴变形乃至破裂。由于液滴在飞行过程同时发生热交换而冷却，破碎及变形的雾滴逐渐接近凝固温度成为固体，形貌被固定。曳力与表面张力的相对大小，可用韦伯准数We=PU2d/2σ来描述，当Oh=U/（deσ）1/2<0.1时，粒子变形到破碎的转变仅为We函数。由此能得到一个临界值：We*=1.1，We<We*时，离子不发生变形，当We≥We*时，粒子将发生变形直至破碎。 　　5 超临界聚乙烯粒子分析 　　5.1 超临界聚乙烯粒子受力分析 　　假设气体对物料粒子的曳力仅决定于它们之间的相对速度，则雾滴粒子在塔内受到下行风与重力的联合作用力为： 　　F=ζPAω（V1-V2）/2+G? 　　粒子的加速度： 　　a=F/m 　　粒子在该点的速度： 　　ui=u0+ati 　　由韦伯准数We分析可知，由于力F方向与速度u0方向相反，雾滴只有在离开喷嘴时速度最大，此时具有最大的韦伯准数Wemax。雾滴的破碎和变形即在此段发生；具有较大粒径的雾滴容易破碎和变形。当d小到一定程度时，粒径将保持固定，不再碎裂和变形；对熔体来讲，表面张力σ是温度的函数，当温度降到熔点以下，雾滴失去破碎和恢复球形的能力。 　　5.2粒径分析 　　干燥过程蜡粉颗粒的形状，与雾滴在雾化过程如何形成以及通过超临界喷雾干燥如何变成颗粒的形状有关，我们研制的这套装置由于微粉蜡在超临界喷雾过程中雾化机理的复杂性及雾滴在干燥时的变形，及经受各种不同方式的形状改变，使喷雾干燥制品中的颗粒有光泽并接近球形颗粒，为较规则形状，粒径大小及分布见图1，达到了国外同类产品指标，而非超临界制品的粉体颗粒欠光泽，形状不规则，粒径大小及分布见图2。 　　6?结论 　　⑴采用超临界CO2快速膨胀技术可生产出粒径为20μm以下和5μm以下两系列聚乙烯蜡微粉产品。 　　⑵采用这套装置可使塔的工作效率提高。 　　⑶获得超临界优质产品需要满足的条件: 　　①初速度u0愈大愈好； 　　②从喷嘴喷出的雾滴呈液态飞行的时间愈长愈好，为此应提高这一段行程的区域温度。 　　⑷提高喷嘴喷出区域温度的途径: 　　①提高喷入塔内的物料温度以及提高压缩空气温度，以带入塔内更多一些热量。 　　②降低下行气流的流速，直至静止，以降低此区域的热交换强度。 　　综上所述，我们在聚乙烯超临界流体物化的实际设备操作中采取了关闭塔上进风口，开启塔下行风以满足冷却及输送物料的要求。经过实践证明，超临界流体喷雾干燥技术制备的粉体超细颗粒光泽度好，形状规则，应用效果良好。 · 行业聚焦： 蛋白质药品冷冻干燥技术研究进展 1 引言      由于冻干药品呈多孔状、能长时间稳定贮存、并易重新复水而恢复活性，因此冷冻干燥技术广泛应用于制备固体蛋白质药物、口服速溶药物及药物包埋剂脂质体等药品。从国家药品监督管理局数据库得知，目前国内已有注射用重组人粒细胞巨噬细胞集落刺激因子、注射用重组人干扰素α2b、冻干鼠表皮生长因子、外用冻干重组人表皮生长因子、注射用重组链激酶、注射用重组人白介素-2、注射用重组人生长激素、注射用A群链球菌、注射用重组人干扰素α2b、冻干人凝血因子VⅢ、冻干人纤维蛋白原、间苯三酚调味品、发酵制品作为人民日常生活中的必需品，在我国有着悠久的历史。这几年来随着我国改革开放的进一步深入，国家经济的高速发展，人民生活水平的提高，调味品、发酵制品行业也得到了快速的发展。 　　发展现状 　　近年，调味品、发酵制品制造行业整体发展比较平稳，整个行业的发展速度基本保持在每年15%－20%的增长。但各个细分行业的发展表现不一，其中味精制造业有所萎缩，但其它调味品、发酵制品行业增长较快，酱油、食醋及类似制品制造业发展平稳。 　　趋势预测 　　根据国家统计局、海关总署和中国调味品协会等行业协会的统计，以及对2004年我国建筑工程机械行业的生产、销售、市场情况、行业结1、高效沸腾干燥机日常维修保养 　　1.1高效沸腾干燥机操作人员在每次操作之前先检查蒸汽阀、压缩空气及各量程表是否正常。 　　1.2检查上、下气囊密封圈是否有凸起，平头螺丝是否松脱，防止料车推入时撞坏。 　　1.3检查高效沸腾干燥机料斗的叶桨是否过紧，叶桨过紧加上物料的阻力，造成搅拌马达传动负荷增加，使传动凸块折断或马达烧毁。 　　1.4检查上、下气囊密封圈的气压是否在0.1～0.15mpa以下，气压过高容易引起密封爆裂，过   喷雾干燥以其干燥的粉料颗粒流动性好，颗粒表面特性优异并具有合理的粒度分布而出名。然而使用传统技术干燥具有腐蚀性和磨损性材料时，必须在喷雾过程中使用高机械剪切力，这会导致维护成本上升。专门设计的脉冲燃烧喷雾干燥器克服了这个不足。采用这种干燥器得到的干粉性能与采用传统的系统相当，但受腐蚀和磨损的影响比以前小得多。这是由于脉冲干燥器采自动化的气体动力，而不是采用机械剪切力。这样，采用这种脉冲燃烧干燥器，生产商在干燥磨蚀材料时，不但能降低维护成本，而且，制得的粉料比表面积大，活性大且颗粒分布范围更窄。脉冲燃烧喷雾干燥系统并非是新技术，但对于现有的许多干燥系统来说，这项技术的最沸腾的分布均匀，整个原料容器的物料均处于沸腾状态。沸腾干燥后，基本上没有结块现象。 　　（2）设备生产能力的提高在同样含水量的要求条件下，干燥时间缩短近l/3，即干燥产量提高近1/3。原设计生产能力是200kg/车，通过整改后，根据药丸品种的不同，产量的提高也不同，以正气丸为例，生产能力提高到360kg/车，如表2所示。 　　（3）沸腾干燥机适应性的提高原设计可生产的药丸的丸径不大于4mm，通过整改后，可生产的药丸的丸径扩大到6.5mm，提高了设备的适应性。从表3看出，该设备可以沸腾干燥大丸径的药丸（丸径在4~6.5mm之间），且干燥时间缩短1/2，干燥产量提高2倍。

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