一、固體流化技術(shù)

中國粉體網(wǎng)訊： 要了解流化床，首先認(rèn)識(shí)一下固體流化(或流態(tài)化)技術(shù)。固體流態(tài)化就是固體物料與流體接觸并發(fā)生傳質(zhì)、傳熱等作用使其呈懸浮狀的操作狀態(tài)。借這種狀態(tài)以完成某種過程的技術(shù)稱為流態(tài)化技術(shù)。

二、流化床制粒技術(shù)

流化床制粒技術(shù)是醫(yī)藥行業(yè)及其他行業(yè)中早已熟知的一步法全封閉操作制粒技術(shù)，它由多種組分在同一容器中混合、制粒與干燥。此技術(shù)先利用氣流作用，使粉粒產(chǎn)生流態(tài)化而混合，以氣流式噴霧將黏合劑定量噴灑在固體粉末上，固體粉末靠黏合劑的架橋作用互相聚集成顆粒。再通過流動(dòng)的熱風(fēng)對(duì)物料進(jìn)行氣、固二相懸浮接觸的熱、質(zhì)傳遞，從而使顆粒干燥。

流化床

三、流化床制粒過程

流化床制粒的過程，是粒子們“誕生”和“長大”的過程。顆粒的形成和增長一般分為三個(gè)階段:成核階段、過渡階段和長球階段。

在流化床制粒機(jī)中，壓縮空氣和黏合劑溶液按一定比例由噴嘴霧化并噴至流化床層上正處于流化狀態(tài)的物料粉末上。其制粒的工藝過程包括：混合、粒化和干燥三個(gè)階段。首先液滴使接觸到的粉末潤濕并聚結(jié)在其周圍形成粒子核，同時(shí)再由繼續(xù)噴人的液滴落在粒子核表面產(chǎn)生黏合架橋作用，使粒子核與粒子核之間、粒子核與粒子之間相互結(jié)合，逐漸形成較大的顆粒。干燥后，粉末間的液體橋變成固體橋，此過程不斷重復(fù)進(jìn)行，即得理想、均勻、外形球狀顆粒。因流化床制粒全過程不受外力作用，僅受床內(nèi)氣流影響，故制得的顆粒密度小，粒子強(qiáng)度低，但顆粒的粒度均勻，流動(dòng)性、壓縮成型性好。

3.1、混合效率與流化狀態(tài)

在初始流化態(tài)，進(jìn)風(fēng)速率逐步升高，穿過固體顆粒床的氣體會(huì)在床體內(nèi)形成氣泡效應(yīng)，從而對(duì)床體內(nèi)的物料起到一定的混合作用。但是，如果進(jìn)風(fēng)量非常低，就不能產(chǎn)生充足的氣泡，此時(shí)固體顆粒床流化速率很低或接近于靜止?fàn)顟B(tài)，也就不能達(dá)到混合的目的。物料混合的程度取決于穿過床體的氣泡量和物料粒徑的大小，當(dāng)物料粒徑<150pm時(shí)，混合效率隨粒徑的減小而逐步降低。

不同制粒過程采用不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)風(fēng)風(fēng)速。一般而言，低風(fēng)速(0.8~1.4m/s)用于干燥過程。在干燥初期，由于物料較濕，風(fēng)速稍高一些，但隨著物料逐步干燥，風(fēng)速也逐步下調(diào)，以保持物料良好的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)防止物料被吹到捕塵袋上。在成粒過程中，顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和快速干燥是至關(guān)重要的。因此，該過程一般風(fēng)速控制在1.0～2.0m/s。通過流化床容器上的觀察窗可以發(fā)現(xiàn)，好的流化狀態(tài)顆粒呈自由落體狀態(tài)下落。

3.2、顆粒形成的機(jī)制

(1)靜態(tài)液體形成的黏結(jié)橋和內(nèi)聚力橋吸附在固體表面的一層無法流動(dòng)的液體在特定條件下可以在細(xì)小粒子間產(chǎn)生結(jié)合力。

(2)毛細(xì)管力動(dòng)態(tài)液體會(huì)產(chǎn)生粒子界面間的毛細(xì)管力。

(3)固體橋由溶解的固體在干燥過程中重結(jié)晶形成。

在黏合劑噴霧與干燥的過程中，粒子間黏合、聚集狀態(tài)一般經(jīng)過以下四個(gè)過程：擺動(dòng)狀態(tài)、索帶狀態(tài)、毛細(xì)管力狀態(tài)、液滴狀態(tài)。

四、流化床制粒技術(shù)分類與優(yōu)勢

4.1、分類

根據(jù)固體流化(或流態(tài)化)技術(shù)的差異可將流化床設(shè)備和技術(shù)劃分為三大類：

①頂噴流化床技術(shù)，能產(chǎn)生特有微孔結(jié)構(gòu)、高分散性、強(qiáng)吸濕性的顆粒，可適用于粉狀食品、營養(yǎng)劑和化學(xué)產(chǎn)品的制備，還常用于包衣與粉料涂層(制丸)。

②底噴流化床技術(shù)，與其他包衣技術(shù)相比，可產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)薄膜，在醫(yī)藥工業(yè)中被普遍用于有效組分涂層與包衣，進(jìn)而改良或控制藥物釋放。

③側(cè)噴流化床技術(shù)，用于制粒和制丸后包衣。

4.2、優(yōu)勢

(1)集混合、制粒、干燥甚至是包衣操作于一體，工藝簡單，耗時(shí)少，混合時(shí)間、產(chǎn)品含水量、干燥后顆粒質(zhì)量和均勻度等滿足相應(yīng)要求。

(2)顆粒成品松散，粒度在20~80目，密度、強(qiáng)度小，但顆粒的粒度均勻，外觀近似球形,流動(dòng)性和壓縮成型性好。

(3)生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，混合、制粒、干燥過程均在全封閉負(fù)壓狀態(tài)下進(jìn)行，避免了粉塵污染和飛揚(yáng)，受外界污染小，符合GMP要求。

(4)功能齊全、先進(jìn)的復(fù)合型流化床制粒設(shè)備主要由數(shù)字控制臺(tái)和制粒機(jī)兩部分組成。生產(chǎn)物料準(zhǔn)備就緒后，操作人員在控制系統(tǒng)中輸入或修改生產(chǎn)參數(shù)，就可控制整個(gè)生產(chǎn)流程。

五、流化床制粒裝置

流化床制粒裝置主要由進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)裝置、容器、氣體分布裝置(如篩網(wǎng)等)、噴霧系統(tǒng)、氣固分離裝置(如捕塵袋)、物料進(jìn)出裝置、控制系統(tǒng)等組成。

六、現(xiàn)代復(fù)合型流化床制粒設(shè)備

與常規(guī)的流化床制粒設(shè)備相比，現(xiàn)代復(fù)合型流化床制粒設(shè)備最大的不同之處就是對(duì)空氣導(dǎo)流盤進(jìn)行了改進(jìn)，并在其上面安裝了其他制粒設(shè)備，如攪拌槳、切割刀等，從而綜合了各種制粒設(shè)備的功能特點(diǎn)。

小結(jié)：流化床設(shè)備與技術(shù)的發(fā)展方向

當(dāng)下，各制造業(yè)都聚焦“工業(yè)4.0”與智能制造，流化床也應(yīng)該將提高自動(dòng)化程度和智能化水平作為發(fā)展的重要趨勢。重視制藥機(jī)械與高端計(jì)算機(jī)技術(shù)的緊密結(jié)合，將智能化作業(yè)，自動(dòng)化生產(chǎn)，多元化數(shù)據(jù)收集等信息系統(tǒng)的集成與建設(shè)作為設(shè)備升級(jí)和優(yōu)化的方向。應(yīng)用空氣動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)對(duì)粒子在流化、干燥、制粒、包衣過程的狀態(tài)作計(jì)算機(jī)描述，從而優(yōu)化裝置的結(jié)構(gòu)，使流化、干燥、制粒、包衣過程可控且高性能。并著力研發(fā)適合做精密包覆的工藝技術(shù)、粒子設(shè)計(jì)及表面改性技術(shù)，使粒子達(dá)到更好藥效的同時(shí)也可確保藥物品質(zhì)。最后，繼續(xù)加強(qiáng)潔凈化及安全化方面的細(xì)致工作，讓制藥過程符合GMP。

參考來源：

李范珠、等：著作《藥物制粒技術(shù)》，北京工業(yè)出版社

鄭國珍、等：流化床技術(shù)在制藥工業(yè)的應(yīng)用，2009