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1、十五章 干燥和造粒 程纯儒 2012年11月， 四川自贡 分类 操作方式 连续干燥 传热方式 对流干燥 传导干燥 间歇干燥 辐射干燥 介电干燥 操作压强 常压干燥 真空干燥 干燥是用热能使湿物料中的湿分气化为蒸气， 再用抽吸或气流将蒸气移走而达到去湿的操作。 对流干燥系统 l热能以对流方式传递给物料； l产生的蒸汽被干燥介质带走。 l干燥介质温度渐降，湿含量渐增。 传热过程 传质过程 恒速干燥阶段的特点 （1）在恒定的干燥条件，物料的干燥速率不随 物料的含水量而改变。 （2）干燥水分为非结合水分。物料表面充满着 非结合水分，其性质与液态纯水相同。 （3）空气传递给物料的热量等于水分从物料中 气
2、化所需的热量,物料表面的温度w等于该空 气的湿球温度w （4）干燥速率与空气的性质(t,H,V)有关，与湿 物料的性质关系不大(如物料厚度h), 干燥速率 降速干燥阶段的特点 水分传递速率 气化速率 部分表面气化的水分为结合水 D点:全部表面都不含非结合水 粉体干燥和造粒技术 造粒是片剂、硬胶囊剂和颗粒剂等生 产的第一步, 它直接影响产品的重量(装量) 差异、崩解时限、硬度和脆碎度等，是口 服固体制剂中工艺控制水平要求最高的一 个工序。 粉体物料经过造粒过程制备粒状产品可 以达到改善产品流动性、拓宽产品应用范 围、避免使用中的二次污染、或达到对产 品进行改性等目的, 广泛应用于化工、食品 、医
3、药、生物、肥料等领域中。 粉体干燥和造粒技术 湿法制粒是将粉体与液体粘合制粒， 使之成为具备制剂要求的成品或为下一步 应用做准备的半成品。目的是增加密度、 使粉体易于控制，增加流动性、可压性、 稳定性，无结块、无泡沫，增加可湿性、 易于分散等。 湿法制粒机有混合机制粒、低速搅拌 制粒机、高速搅拌制粒机和流化床制粒机 。 粉体干燥和造粒技术 滚动造粒：将松散的湿物料（细粉和适 量的润湿液）加入制粒装置内搅拌翻动。 初始形成团粒核心， 随后核心以团聚和包 层两种方式长大(团聚的颗粒球形不规则， 表面粗糙)包层制出的颗粒表面光滑呈球形 ， 断面为一层包一层的洋葱皮结构，在滚 动造粒时，可以控制操作条
4、件，使其一种 方式成为造粒的主导，形成表面光滑,形状 规则强度高的球形颗粒。 粉体干燥和造粒技术 压力法造粒：将湿含量较低的细粉物料 在压片机、滚压机、辊压机、螺旋挤压机 等造粒机中受压力或受剪切力被压实成粒 ， 其中辊压机可实现强压 造粒(压力范围 为 2.5560MPa)将粉末压得密实, 从而使粉 末间分子力能起主导作用，赋予颗粒较大 的抗拉、抗压和抗磨强度。对上千种细粉 干物料进行强压造粒实验，均获得成功。 流化床造粒 流化床造粒的生产强度大、产品质量好, 同时集成粒、混合、干燥过程于一体,大大 简化工艺流程. 流化床造粒有流化床喷雾造粒、喷动流 化床造粒、振动流化床造粒和高速超临界 流
5、体(RESS)造粒。 喷嘴位置 顶部喷雾法、底部喷雾法和 切向喷雾法。 流化床造粒 流化床造粒的基本原理：借助物料之间 的附着、凝聚力成粒。在装置内加入粉体 ，靠流化气体的作用使粉体进行循环流动 ，以喷入的粘结剂为介质，使粉体互相凝 集成粒，粒子之间互相接触及冲撞逐渐成 长，控制物料在装置内的操作时间长短， 得到不同大小的颗粒产品。 FL系列流化制粒干燥机 流化床干燥器流程示意图 1-鼓风机；2-加热器；3-分布板； 4-流化床干燥器；5-旋风分离器；6-袋滤器 流化床造粒的影响因素 1.流化气速u。 流化气速的大小直接影响床层的流化状 态。当流化气速过小，且床温过高时，易 造成“干式”失稳，
6、若流化气带来的热量不 足以使溶剂及时蒸发，会造成床层“湿式” 失稳。过大的气速会增大磨损，使得造粒 的效果下降 。 流化床造粒的影响因素 2. 温度。床层温度低则床内湿度高，雾 化液滴易于在颗粒表面上铺展而形成较大 的固液接触面积，因而颗粒易于碰撞后团 聚，颗粒生长速率快，但过低的床层温度 易导致湿式死床。 温度高则生产能力高,设备利用率高，同 时提高了流化床的传热温差和传热效率。 但过高的床温会降低造粒的效率,这是因为 雾化液滴在没有接触到流化颗粒之前就已 经被干燥,干燥后的粉尘随流化气体扬析出 来。 流化床造粒的影响因素 3.料液流速对颗粒生长速率的影响。 在保证充分的热量供给和流化情况较
7、好 时，料液流速越大则颗粒生长越快，颗粒 粒径增长速率随时间增大而减小。 4.初始粒径。初始粒径越大，颗粒的相对 生长速率减小，随初始粒径的增大，由于 碰撞磨损和自身重力等引起的分散力增大, 使团聚成功率降低，层式机理成长所占比 重加大。当初始粒径小时,粒子更易团聚， 所以颗粒生长速率较大。 流化床造粒的影响因素 5.粘合剂的影响。 粘合剂的粘度随浓度的增大而显著增大, 颗粒更易于团聚，成长速度加快。 对FL 5流化床喷雾制粒机由正交分析可 知，对最终制粒结果的影响顺序为供液速 度、粘合剂溶液的浓度、流化床层的温度 和压缩气压。如某药最优参数组合供液速 度25mL/min、床层温度55、粘合剂
8、浓度 7%、压缩气压为0.2MPa的组合条件下制 粒结果最佳。 制粒的骤变失稳及其影响因素 骤变失稳是指液体经喷嘴导入床层时发 生的一种严重的反流化现象，使流化过程 不能继续进行。骤变失稳对流化床喷雾制 粒来说是灾难性的，应当避免。 骤变失稳有湿骤变失稳和干骤变失稳。 湿骤变失稳产生的原因:流化系统中热空 气所提供的有效热量不能满足制粒过程中 液体蒸发所需的热量,或在局部区域液体的 蒸发与加入出现不平衡。 制粒的骤变失稳及其影响因素 1.粘合液喷雾速率过快。会迅速出现湿骤 变失稳。此时,设备的空气阻力明显增大， 空气流量急剧下降，流化床消失，出现未 完全干燥的大团块，并有团块粘附在筛网 上，筛
9、网堵塞严重。 2.喷雾空气压力过低。随雾化压力降低, 雾化液滴增大和雾化液滴喷雾锥角减小， 润湿粉粒的范围缩小，造成雾化液滴分布 不均，使流化床在局部范围内出现大的湿 块，从而逐步导致整个流化床发生湿骤变 失稳。 制粒的骤变失稳及其影响因素 3.粘合液浓度与加入量。浓度过高、粘合 液加入量过多或喷雾时间太长都会导致湿 骤变失稳。 随浓度的提高，逐渐会有过大的块状颗 粒因流化气速不够被分离出来沉于床层底 部，导致局部区域流化不良或流化消失。 随着粘合液加入量的增加，床层湿度逐步 增大，达到一定临界点后，流化床发生湿 骤变失稳。 制粒的骤变失稳及其影响因素 4.进气温度过低。进气温度过高可导致粘
10、合液雾滴被过早干燥而不能有效制粒。若 进气温度过低，流化床的干燥能力会因此 大大降低，导致粘合液无法及时被蒸发而 使粉粒过度润湿，造成粉粒的严重凝聚和 结块,发生湿骤变失稳。 5.各种因素的综合作用。在实际的操作过 程中如果几种因素共同作用，将会加剧湿 骤变失稳现象的发生。合理地确定和控制 各操作工艺参量,对防止出现流化床喷雾制 粒的骤变失稳有重要意义。 制粒的骤变失稳及其影响因素 粘合液喷雾速率过快。实验中发现,若粘 合液喷雾速率过快，会迅速出现湿骤变失 稳。此时,设备的空气阻力明显增大,空气流 量急剧下降,流化床消失,出现未完全干燥的 大团块,并有团块粘附在筛网上,筛网堵塞严 重。分析原因
11、,当粘合液喷雾速率过快时,雾 化液滴 PGL喷雾制粒干燥机 GHL系列高速混合制粒机 LPZ系列冷却喷雾造粒机 喷雾干燥器 喷雾干燥器：利用喷雾器将溶液、悬浮 液、浆状液或熔融液等喷成细小的雾滴而 分散于热气流中，使水分迅速气化而达到 干燥制粒的目的。 喷雾干燥过程:液体物料经喷嘴雾化成 10200m的液滴。干燥介质经热风炉预热 后进入干燥器底部。在干燥器内，液滴与 上升的热气流充分接触，其中的水分迅速 蒸发，成为细粉后落于器底。废气经旋风 分离器和袋滤器除去细粉后排入大气。 喷雾干燥流程示意图 v1-热风炉；2-喷雾干燥器；3-喷嘴；4-一次旋风 分离器；5-二次旋风分离器；6-袋滤器；7-
12、风机 喷 雾 干 燥 流 程 示 意 图 中 药 浸 膏 专 用 喷 雾 干 燥 机 中药浸膏专用喷雾干燥机 型号JPG-5JPG-20JPG-50JPG-100JPG-150JPG-200JPG-300 干燥塔直径(mm)1200220030003800440048005500 进风温度180-200 出风温度85-100 水分蒸发量(kg/h)5-715-3040-6080-120140-160180-220250-350 YPG系列压力喷雾干燥 雾化方法 喷雾干燥的雾化方法有旋转雾化、压力 雾化及气流雾化三种。 旋转雾转雾 化喷雾喷雾 干燥的单单机生产产能力大（ 喷雾喷雾 量可达200t
13、/h），进进料量容易控制， 操作弹弹性大，应应用比较较广泛。 气流雾化器主要用于实验室及中间工厂 ，其动力消耗大。 压力式雾化器喷雾干燥可以制造粗粒子 ，维修方便。由于喷嘴孔很小，易堵塞， 故料液必须严格过滤。 .干燥速度快 几十微米的液滴，水 分蒸发极快，干燥时间几秒至几十秒钟， 有快速干燥的特点。 .液滴的温度较低 温度不超过热空 气湿球温度，适合于热敏性物料的干燥。 3. 产品有良好的疏松性、流动性、分散 性和溶解性。 4.生产过程简化，操作控制方便。 5.适宜于连续化、自动化生产。 喷雾干燥的特点 喷雾干燥的特点 6.当热风温度低于时，热交换较 差，需要的设备体积较大，清洗工作量大 ，
14、空气消耗量大，动力耗用量也大。 7.从废气中回收粉尘的分离设备要求高， 要达到高的回收效果，附属装置比较复杂 。 8.设备的热效率较低，在以下。 喷雾干燥的应用 1.通过喷雾干燥来提高药物的生物药效率 及实现可控制的释放。主要产品包括纳米颗 粒、微包埋、固体无定形分散和干乳液。 2.喷雾干燥生产糖化酶粉剂的工艺 ,应用 于酶制剂工业。 3.喷雾干燥血球蛋白粉喷雾干燥血浆蛋 白粉。 4.颈复康颗粒喷雾干燥工艺研究 ,复方药 制备。 5.芦荟喷雾干燥粉制备。 微波干燥原理 微波干燥是以电磁波(1mm1m)代替热 源，用电介质加热的原理。若电磁波被电 介质吸收，则电磁波的能量在电介质内部 转换为热能
15、。因此被干燥的物料本身就是 发热体，通常称为内部加热方式。 微波频率300300000MHz，常用频率是 915Hz和2450MHz。损耗系数越大的物质 吸收电功率越多，越易加热。粒状化合物 的损耗系数较低,故微波能够透过它们将能 量传递给颗粒内所截留的液体。 微波干燥原理 微波干燥时,粒状产品的溶剂(湿分)吸收 微波能量。溶剂的偶极部分与电磁场耦合, 从而使溶剂蒸发，而没有通过加热表面或 热空气介质提供所需能量。 单位体积内物质吸收的微波功率与该 处的电场强度E和频率有关。 （）； f 微波频率（ ）-1 微波干燥原理 o介质在真空中的介电常数， o.； 介质的复介电系数中的介电损耗因子 ；
16、 为电场强度（ ） 介质吸收微波能后，如不考虑周围环境 ，其温升与电导和物质密度的关系为： 微波与物质间的关系 1. 导体：这类物质反射电磁波（如微波 炉的金属壳体）贮存微波能，使微波不泄 露。 2. 绝缘体:这类物质不反射也不吸收微波 ， 对微波是透明的（如微波碗、盒都用绝 缘体如玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯树脂等做 成的）。 3. 介电体:这类物质不同程度吸收微波能 转为热能。其中水的介电常数最大，即最 易吸收微波能转换为热能。 微波与物质间的关系 4. 铁氧体:这类物质也吸收、反射、穿透 电磁波，同电磁波的磁场分量发生作用， 产生热量。 一般的粉体物料均为介电体， 其湿分 多为水或有机溶剂（如乙醇等），湿分的 介电参数远远大于固体的介电参数# 如水 在 80 左右， 而干砂只有2.55。在微波加热 干燥时，微波能大部分消耗在除去湿分。 1.升温速度快，干燥速度快、效率高、能 耗降低。与常规干燥技术相比可提高工效 四倍以上。 2.微波加热，物料的内外温差
