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缓控释大颗粒包衣机特点与应用
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1.底喷流化喷动床的概念
1.1流化喷动床的基本概念
在了解底喷流化喷动床概念前，首先要了解流化喷动床的基本概念。流化喷动床是按设备结构形式所分的一种特殊流化床，其由喷动床、风机、空气加热器、旋风分离器等组成，喷动床上部为圆筒形，下部为圆锥形，在锥形的截面积最小处设有一个进气口，在锥形筒体上设有导向筒。工作时，物料由输料器进入喷动床内，空气经加热后从进气口进入，空气将以高速气流形式从导向筒内穿过，冲开物料并夹带一部分物料向上运动，形成一个中央通道，物料的密度随运动的高度而增加，至床顶部似喷泉状一样，从中心喷出，向四周散落到环形区，然后依靠自身重力缓慢下降，到锥底后又被上升气流喷射上去，如此循环喷动，达干燥要求。
1.2底喷流化喷动床的基本介绍
底喷流化喷动床是在流化喷动床的基础上，通过喷动床锥形底部处喷枪向上对物料喷射包衣液，这里包衣液体在颗粒状物料的正下方向上对物料进行喷雾包衣的。在包衣的同时，物料的运动方向通过风力实现流态化循环过程，颗粒可以得到循环包衣，从而使得物料形成一层致密的包衣膜。
底喷流化喷动床的成套工艺流程如图1所示。在实际操作中：(1)将需包衣的颗粒放在流化床内，并且在导向筒的外面；(2)启动风机；(3)打开热源，对空气进行加热，使温度达到所需的要求；(4)通过变频器对风量进行调节，使风量达到所需的要求；(5)调节导向筒，使颗粒状物料从导向筒外流向导向筒内，导向筒内的物料由风机产生的高速气流将物料向上喷射，物料散落到导向筒外形成一种循环；(6) 通过输液泵喷入包衣液对物料进行包衣，同时调节好压缩空气量和喷液量，包衣液体通过喷枪对准导向筒内的物料喷包衣液体，从而形成一层包衣材料；(7)打开冷凝器冷源，对包衣液中的溶剂进行回收；(8)在包衣过程中湿气不断排出，新鲜空气不断补充，等包衣液喷完后，干燥一段时间关闭热源、风机，打开蝶阀将物料卸出。如此操作，可使颗粒状物料得到缓控释作用。
2.对大颗粒采用底喷流化喷动床进行包衣机理的探讨
2.1问题的提出
通常流化床干燥具有以下特点：(1)传热效果良好，生产能力大特点；(2)流化床内温度分布均匀，适用于某些热敏物料干燥；(3)可以连续操作，也可间歇操作；(4)产品含水率稳定；(5)设备的投资费用低廉，维修工作量较小。而通用性流化床包衣技术则利用所有颗粒都悬浮在流化气流中，可以喷射各种包衣液，并进行湿热交换。常有三种包衣液喷射进行包衣，即顶喷、底喷及侧喷三种形式，为了使衣膜均匀连续，尽量做到减少液滴的行程（即液滴从喷头出口到达颗粒表面的距离），流化床包衣能基本保持其原有特性，以达到均一性、理想铺展性和衣膜的均匀连续性。但是，这些通用流化床包衣设备中对于颗粒直径>3mm以及堆积比重超过1.0g/cm3的颗粒状物料存在着很大缺陷，物料在流化床中形成不了流态化，这就是不法进行流态包衣与干燥。
2.2大颗粒为何不能在通用流化床流化，而只能在喷动床得到流化？
翻开经典的流化床文献均可找到流化床的Geldart颗粒分类图，从图中可看到：颗粒的形状，尺寸和密度对其流态化的性能影响极大。其中，(1)A、B类颗粒适于流化，A类（细）颗粒因冲气性好，床层中生成的气泡小，特别适于催化过程；(2)C类过细，粒间有粘附性，气体易呈沟通过，并不适用；D类有过大，只在喷动床中才能较好流化。因此，只有锥型喷动床才能适合相对粗大的颗粒(一般粒径为2～8 mm)达到流化状，这基于气体经由喷嘴或孔板垂直向上射入, 形成一个随流体流速的增高而逐渐向上延伸的射流区。当气体喷射速度足够高时, 就会形成具有稀相喷射区、密相环缝区、喷泉区的喷动现象，这种喷动现象不同于普通散式流化床。与普通散式流化床相比, 喷动床具有以下特点：(1)颗粒流动更简单, 更有规律, 流化性能更好；(2)对物料尺寸的限制更强, 一般情况下干燥、窄筛分、体表面积大的物料。
2.3底喷用在流化喷动床包衣的特点
底喷的基理为：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，其工艺的广泛运用至今尚无其它形式所能相比。在流化喷动床床锥底中央设置雾化器(即底喷)，同时在锥形筒体上设有导向筒，以满足大部分风量通过，形成类喷泉式的流态化，颗粒从导向筒内由气流加速而上升，从中心喷出再离开导向筒，向四周散落到环形区，然后依靠自身重力缓慢下降，到锥底后又被上升气流喷射上去，如此循环。使物料具有高度的分散性，因而，底喷喷动床包衣工艺具有人们所期望的工艺重复性。底喷流化喷动床包衣特点：
(1)同向喷液会使喷液方向颗粒运动方向一致，这种运动所呈现出快速、持续和均一；
(2)包衣液是喷液在喷嘴附近运动有序的颗粒表面，故液滴到被包颗粒表面距离较短，易形成连续紧密的包衣膜；
(3)包衣膜质量好、适用大颗粒及较大批量生产。
2.4底喷流化喷动床几个要素的简述
底喷流化喷动床不是每一个产品就能适用任何颗粒的包衣，而是要根据不同物料特性作不同结构和工艺的设计，要通过大量计算得到结构与工艺参数，才方能用于生产，大致有以下几方面：
(1)气流输送速度，它与颗粒运动频率有关，它是决定颗粒离开导向筒向扩大部分建立沸腾的基本要素。虽然，气流输送速度能由PLC控制变频调节，但仍与喷动床锥体锥角、干燥器最大直径与最小直径比、喷动床干燥器锥体高度以及干燥器容积等结构因素有关。
(2)喷动床干燥器的压力损失，其决定于中心上升的气流，也与流化速度变化有关。当床层顶部截面上达到流化状态时，而在中心底部截面上应大大超过流化开始速度，即在床层开始沸腾之前压力损失达到最大。一旦沸腾后，再继续增大气速，则压力损失迅速下降到较稳定值。
(3)包衣雾化喷嘴的设置，即与喷嘴喷射角、喷射气压与设置位置等有关。
3.底喷流化喷动床的特点
(1)底喷流化喷动床整机高度与筒体直径之比比较大，能直接形成喷射区。当风速大于20m/s，物料在流化床内形成喷射状，包膜直径>3mm的颗粒效果比较理想。然而，普通流态化包衣设备设计时风速都一般<4m/s，对大颗粒物料进行包衣往往不能形成流态化，且在包衣时不能形成很好的物料循环链，也就不能实现包衣的功能。诚然，采用底喷流化喷动床包衣技术解决了此问题，且包衣液能均匀的雾化在物料表面，在物料表面形成了一层致密的包衣膜，从而使物料的包衣成品率达到近100%。
(2)通过循环系统，将包衣液中的有机溶剂通过冷凝器冷凝回收使用，降低了包衣成本，同时保护了环境。大部分传统的流态化包衣设备都是敞开式的，对于含有机溶剂的包衣液都不能循环，造成了浪费，同时污染了环境，无形中还增加了包衣成本。然而，底喷流化喷动床是一个循环系统，包衣液通过输液泵进入喷枪后雾化在物料表面，而随着热风的不断喷雾射入，含有有机溶剂的湿空气随着热风进入到冷凝器中，而有机溶剂通过冷凝器冷凝后收集再回收循环利用，这样就节约了包衣成本，具有实用性和经济性。
(3)采用旋风分离器收集粉尘，减少系统阻力，节约了风机能耗。有些传统流态化包衣设备在包衣刚开始时，由于碰撞产生的极少量细粉都是通过布袋除尘器收集，易造成布袋极易被包衣液粘结而影响透气性能。然而，该系统中粉尘则采用旋风分离器来收集，这样比传统的布袋除尘器收集在系统阻力上减少了1000Pa，从而改变了传统布袋除尘器的不完善之处。
(4)底喷流化喷动床的产品处理量250～500kg/批，只需1个喷嘴，改变了部分传统流态化包衣设备采取多个喷嘴的结构形式。当传统流态化包衣设备产量在250～500kg/批时，需3～7支喷嘴，从而使得压缩空气能耗大大加大。从产业化角度来讲，这种包衣设备已经是大型化的设备。然而，对于该设备来说，250～500kg/批的只是小型设备，且只需一个喷嘴就可以解决生产能力的问题。同时，1个喷嘴与传统的同种设备需3～7个喷嘴相比，压缩空气节省了2/3以上，使得能耗大大降低。
(5)单一喷嘴结构和正压循环操作，节约了能耗。底喷流化喷动床操作系统采用正压循环操作，只有小部分新鲜空气进入设备，同时小部分潮湿的湿空气排出设备。而传统的包衣都是负压实敞开式操作，这样就会浪费很多热能，热量消耗是该种设备的2倍以上，从而使得该设备在设计上符合国家倡导节约型社会的原则。
(6)整套装置的控制系统采用人机界面(即PLC+触摸屏控制)，工艺流程能动态显示。物料的包衣状态可及时监控，并对包衣工艺进行调整，控制比较方便。
(7)设备的整体设计科学、合理，安全可靠，各项指标达到国家环保要求。
(8)设备还可根据用户要求设置在位清洗装置，清洗方便。
4.结语
本文从底喷流化喷动床的概念入手，对大颗粒采用底喷流化喷动床包衣机理的探讨，阐述了底喷流化喷动床的特点，并对其应用谈了个人看法，目的能让这一产品能在制药工业中得到更好地应用，能让底喷流化喷动床产品得到广泛应用，真正成为制药行业的缓控释大颗粒包衣机。可以说，任何设备的形成依赖于工艺小试的技术，而新设备的发展将带动新剂型和新工艺的变革。目前，新剂型开发是发展中国家制药工业所普遍采用的途径，其中缓控释丸剂的开发及工业化应用，必须做到两者的结合、工艺设备互补以及技术共享，这样具有良好前景。
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