流化干燥技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用
來(lái)源：揚(yáng)州日發(fā)內(nèi)刊資料時(shí)間：2013-06-01
流化床又稱沸騰床，流化床技術(shù)在我國(guó)制藥工業(yè)的應(yīng)用應(yīng)回溯到上世紀(jì)80年代，從原先的流化床干燥發(fā)展到流化床混合、流化床包衣、流化床制粒（丸）和流化床粉碎等方面的應(yīng)用，在制劑應(yīng)用方面由原先的固體制劑發(fā)展到其它制劑，特別在制粒干燥方面上作出了杰出的貢獻(xiàn)?？梢哉f(shuō)，流化床技術(shù)為我國(guó)制藥工業(yè)的發(fā)展意義重大，流化床賦予物料呈現(xiàn)的流態(tài)化性能會(huì)延伸出更多的應(yīng)用，而今人們有必要把這一經(jīng)典的技術(shù)發(fā)揚(yáng)光大。1流化床的基本概念
1.1流化現(xiàn)象的概念
在一個(gè)設(shè)備中，將顆粒物料堆放在分布板上，當(dāng)氣體由設(shè)備下部通入床層，隨氣流速度加大到某種程度，固體顆粒在床層上產(chǎn)沸騰狀態(tài)，這狀態(tài)稱流態(tài)化，而這床層也稱流化床。采用這樣方法輔于其它技術(shù)可完成物料的干燥、制粒、混合、包衣和粉碎等功能。
由于固體顆粒物料的不同特性，以及床層和氣流速度等因素不同，床層可存在3種形態(tài)如圖1所示。
V< Vmf V≥Vmf Vmf< V < Vt V≥Vt
死床 流化床 流化床
（1）第一階段（固定床），當(dāng)流體速度較低時(shí)，在床層中固體顆粒雖與流體相接觸，但固體顆粒的相應(yīng)位置不發(fā)生變化，這時(shí)固定顆粒的狀態(tài)為固定床；
（2）第二階段（流化床），當(dāng)固定床階段的流體流速逐漸增加到某一點(diǎn)時(shí)，固體顆粒就會(huì)產(chǎn)生相互間的位置移動(dòng)，若再增加流體速度，而床層的壓力損失保持不變，固體顆粒在床層就會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，這時(shí)的床層就處于流態(tài)化；
（3）第三階段（氣流輸送），當(dāng)流體流速大于固體顆粒的沉降速度時(shí)，這時(shí)固體顆粒就不能繼續(xù)停留在容器內(nèi)，而被氣流帶出容器。
對(duì)制藥工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，干燥、制粒、混合、包衣等是利用第二階段運(yùn)行的，對(duì)粉碎則可利用第二階段與第三階段而工程運(yùn)行的。
1.2 聚式流態(tài)化的概念
流態(tài)化又有散式和聚式之分，而一般流化床所遇到的大都數(shù)均是聚式流態(tài)化。在聚式流態(tài)化出，固體顆粒不是以單個(gè)的形式出現(xiàn)，而是以顆粒團(tuán)的形式出現(xiàn)。流態(tài)化技術(shù)在制藥工業(yè)運(yùn)用時(shí)，一般固體顆粒和流體密度相差較大（如熱空氣、惰性氣體的密度很?。?。在實(shí)際運(yùn)用中，工藝參數(shù)和設(shè)備設(shè)計(jì)不當(dāng)易造成“溝流”和“騰涌”現(xiàn)象如圖2所示。
溝流 騰涌
（1）“溝流”，在流體通入固定床層時(shí)，由于各種原因使流體在床層中分布不均勻，使床層的局部地方產(chǎn)生短路，使相當(dāng)多的流體通過(guò)短路流過(guò)床層。若產(chǎn)生“溝流”，對(duì)流化床干燥設(shè)備來(lái)說(shuō)，會(huì)使干燥介質(zhì)與被干燥物料接觸不良，干燥效果降低。
（2）“騰涌”，當(dāng)流化床內(nèi)顆粒大小分布不均勻、氣體通過(guò)分布不均勻以及流化床的高度與直徑比較大因素時(shí)，會(huì)使床層內(nèi)部氣泡匯合長(zhǎng)大，直至氣泡直徑大到接近于床層內(nèi)徑時(shí)，固體顆粒在床內(nèi)形成活塞向上運(yùn)動(dòng)，顆粒會(huì)向上拋出很高，小顆粒被氣流所夾帶，大顆粒然后紛紛落下。如此循環(huán)，也會(huì)使固體顆粒與干燥介質(zhì)流體接觸不良，干燥效果降低。
2流化床技術(shù)及設(shè)備在制藥工業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)狀分析
流化床技術(shù)早應(yīng)用于干燥工業(yè)是1948年在美國(guó)建立多爾-奧列弗固體流化裝置，而我國(guó)是在1958年以后開(kāi)始應(yīng)用流化床技術(shù)，先是在食鹽工業(yè)上應(yīng)用，繼后被廣泛應(yīng)用于化肥、顏料、塑料、制藥等方面，其中，其真正應(yīng)用在制藥工業(yè)是在1980年以后，那時(shí)只應(yīng)用在固體制劑的干燥。而今流化床技術(shù)在制藥工業(yè)已從單純的流化床干燥發(fā)展到流化床包衣、流化床制丸、流化床混合及流化床粉碎，特別是近年所延伸至包衣、制粒（丸）功能,新功能與原傳統(tǒng)的制劑工藝相比體現(xiàn)出更多的優(yōu)勢(shì)。
2.1流化床干燥技術(shù)及設(shè)備的現(xiàn)狀分析
2.1.1流化床干燥特性的分析
流化床干燥利用熱空氣流使?jié)耦w粒懸浮，流態(tài)化的沸騰使物料熱交換，把水分帶走達(dá)到干燥，其采用熱風(fēng)流動(dòng)對(duì)物料進(jìn)行氣-固二相懸浮接觸的質(zhì)熱傳遞達(dá)到濕顆粒干燥。
2.1.1.1流化床干燥的優(yōu)點(diǎn)
（1）由于物料和干燥介質(zhì)接觸面積大，同時(shí)物料在床內(nèi)不斷地進(jìn)行激烈攪動(dòng)，所以表現(xiàn)為傳熱效果良好及床層內(nèi)溫度比較均勻，具有很高的熱容量系數(shù)（或體積傳熱系數(shù)），一般可達(dá)8000~25000kJ/（m3•h•℃），另具有生產(chǎn)能力大特點(diǎn)；
（2）由于流化床內(nèi)溫度分布均勻，從而避免了產(chǎn)品的任何局部的過(guò)熱，所以特別適用于某些熱敏物料干燥；
（3）在同一設(shè)備內(nèi)可以進(jìn)行連續(xù)操作，也可進(jìn)行間歇操作；
（4）物料在干燥器內(nèi)的停留時(shí)間，可以按需要進(jìn)行調(diào)整，所以產(chǎn)品含水率穩(wěn)定；
（5）干燥裝置運(yùn)動(dòng)部件少，從而設(shè)備的投資費(fèi)用低廉，維修工作量較小。
2.1.1.2流化床干燥的缺點(diǎn)
（1）被干燥物料顆粒度有一定的，一般要求不小于30微米，不大于4毫米為合適，粒度太小易被氣流夾帶，粒度太大不易流化；
（2）當(dāng)幾種物料混在一起干燥時(shí)，則要求幾種物料的相對(duì)密度應(yīng)接近；
（3）含水量過(guò)高易粘結(jié)成團(tuán)的物料，一般不適用，同時(shí)易結(jié)壁和易粘結(jié)團(tuán)的物料會(huì)在流化過(guò)程中產(chǎn)生結(jié)壁和堵床現(xiàn)象；
（4）由于流化干燥器的物料返混比較激烈，所以在單級(jí)連續(xù)式流化干燥裝置中，物料停留時(shí)間不均勻，有可能發(fā)生未經(jīng)干燥的物料隨產(chǎn)品一起排出床層。
2.1.2流化床干燥設(shè)備現(xiàn)狀的分析
流化床干燥又稱沸騰干燥，其利用熱空氣流使?jié)耦w粒懸浮，流態(tài)化的沸騰使物料熱交換，把水分帶走達(dá)到干燥。其采用對(duì)流方式干燥方式，氣固兩相大面積接觸，表現(xiàn)出料床溫差小、干燥速度快、成品含水均勻等沸騰干燥特點(diǎn)，廣泛適用于產(chǎn)量大的品種。流化床干燥設(shè)備應(yīng)用在制藥工業(yè)上常有臥式沸騰床干燥機(jī)、高效沸騰干燥機(jī)等。
2.1.2.1沸騰床干燥機(jī)
沸騰床干燥機(jī)如圖3所示由空氣過(guò)濾器、加熱器、沸騰床主機(jī)、旋風(fēng)分離器、布袋除塵器、高壓離心風(fēng)機(jī)、操作臺(tái)組成。當(dāng)粉粒狀固體物料由加料器加入沸騰床干燥機(jī)中，過(guò)濾后的潔凈空氣加熱后由鼓風(fēng)機(jī)送入流化床底部經(jīng)多孔分布板與固體物料接觸，形成流態(tài)化達(dá)到氣固的熱質(zhì)交換，物料干燥后由排料口排出，廢氣由沸騰床頂部排出經(jīng)旋風(fēng)除塵器組和布袋除塵器回收固體粉料后排空。
沸騰床干燥機(jī)是能連續(xù)進(jìn)出料，并具有產(chǎn)量大的特點(diǎn)，目前主要應(yīng)用于中藥沖劑生產(chǎn)上。但其生產(chǎn)效果并不如人意，主要原因表現(xiàn)為：（1）原始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷，結(jié)構(gòu)上未能有效避免清洗死角與盲區(qū)；（2）在真正意義上達(dá)不到連續(xù)進(jìn)出料要求。
該類機(jī)型國(guó)內(nèi)有多家仿制，但都離不開(kāi)仿國(guó)外二大代表機(jī)型，一類代表為美國(guó)Ventilex公司，已實(shí)現(xiàn)單機(jī)蒸發(fā)量達(dá)5000kgH2O/h；另一類是德國(guó)Glatt公司的GF系列產(chǎn)品，已達(dá)到單機(jī)蒸發(fā)能力1600 kgH2O/h。國(guó)產(chǎn)機(jī)型與這兩類設(shè)備主要差異表現(xiàn)為：（1）床層的零壓設(shè)計(jì)及控制；（2）粉塵回收裝置及系列的設(shè)計(jì)；（3）為清洗SOP設(shè)計(jì)的快速拆裝結(jié)構(gòu)；（4）有機(jī)溶煤有效回收裝置。
2.1.2.2高效沸騰干燥機(jī)
空氣經(jīng)加熱凈化后，由引風(fēng)機(jī)從下部導(dǎo)入，穿過(guò)料斗的多孔網(wǎng)板。在工作室內(nèi)，經(jīng)攪拌和負(fù)壓作用形成流態(tài)化，水分快速蒸發(fā)后隨著排氣帶走，物料快速干燥。高效沸騰干燥機(jī)特點(diǎn)為：
（1）流化床為圓形結(jié)構(gòu)避免死角；
（2）床內(nèi)設(shè)置攪拌，避免了潮濕物料的團(tuán)聚及干燥過(guò)程中形成溝流“溝流”；
（3）采用翻頃卸粒，方便迅速?gòu)氐?，操作?jiǎn)便，清洗方便；
（4）密封負(fù)壓操作，無(wú)粉塵外泄；
（5）干燥速度快，溫度勻稱，每批干燥時(shí)間一般在20-30分鐘。
該機(jī)型是針對(duì)濕顆粒干燥設(shè)計(jì)的，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低而在我國(guó)藥廠得到廣泛應(yīng)用，國(guó)外所占比例很小。該機(jī)尚待解決的問(wèn)題是：由于內(nèi)置攪拌結(jié)構(gòu)，應(yīng)克服密封及快卸清洗。
2.2流化床制粒（丸）技術(shù)及設(shè)備的現(xiàn)狀分析
2.2.1流化床制粒（丸）特性的分析
流化床制粒是在流化床干燥工藝中輔助粘合劑噴霧工藝而成，流化床制粒又稱一步法制粒，其集混合、制粒、干燥于一體。其原理為：利用氣流作用，使粉粒產(chǎn)生流態(tài)化而混合。粘合劑采用氣流式噴霧定量噴灑在粉體上，使其凝集，并采用熱風(fēng)流動(dòng)對(duì)物料進(jìn)行氣-固二相懸浮接觸的質(zhì)熱傳遞達(dá)到顆粒干燥。
2.2.1.1流化床制粒的優(yōu)點(diǎn)
（1）集混合-制粒-干燥于一體，混合的時(shí)間、產(chǎn)品水分含量、干燥后制粒質(zhì)量和均勻性等滿足相應(yīng)要求；
（2）制粒成品顆粒較松，粒度20~80目左右，且成品外觀近似球形，流動(dòng)性好；
（3）生產(chǎn)效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低；
（4）混合、制粒、干燥過(guò)程均應(yīng)在全封閉負(fù)壓狀態(tài)下，以防止粉塵污染和飛揚(yáng)，受外界污染低。
2.2.1.2流化床制粒的缺點(diǎn)
（1）電耗較高；
（2）洗清相對(duì)困難；
（3）控制不當(dāng)易產(chǎn)生污染。
2.2.2流化床制粒（丸）設(shè)備現(xiàn)狀的分析
2.2.2.1沸騰制粒機(jī)
沸騰制粒機(jī)（又稱一步制粒機(jī)）如圖5所示是集混合-制粒-干燥于一體的設(shè)備。沸騰制粒機(jī)是目前藥廠廣泛選用的制粒設(shè)備，其工藝亦日趨成熟，目前國(guó)內(nèi)已有70余家單位生產(chǎn)此類設(shè)備。沸騰制粒機(jī)特點(diǎn)：
（1）進(jìn)風(fēng)采取2～3級(jí)過(guò)濾、引風(fēng)機(jī)帶有消音裝置，整個(gè)混合、制粒、干燥工藝過(guò)程從進(jìn)風(fēng)、霧化、排風(fēng)都處于全封閉狀態(tài)；
（2）機(jī)器的噴霧壓力與粒度、進(jìn)排風(fēng)溫度及風(fēng)量、負(fù)壓、粘合劑用量及濃度等應(yīng)滿足實(shí)際工藝要求，并使制粒快速干燥、均勻；
（3）采用多流體霧化器，且整個(gè)粘合劑噴霧有程序控制；
（4）其捕集塵布袋過(guò)濾器兩端壓差，能自動(dòng)測(cè)查并可控，使床內(nèi)保持比較佳流化狀態(tài)；
（5）雙捕集濾袋系統(tǒng)，清灰徹底。
國(guó)際上此類設(shè)備以GLATT及Aeromatic公司相應(yīng)產(chǎn)品為代表，國(guó)內(nèi)沸騰制粒機(jī)與國(guó)際同類先進(jìn)技術(shù)相比，尚有很大差距，主要表現(xiàn)在以下幾方面：
（1）介質(zhì)預(yù)處理裝置的設(shè)計(jì)，在GLATT及Aeromatic公司所推薦的一步制粒流程中，已納入進(jìn)風(fēng)除濕功能，國(guó)內(nèi)目前尚未如此設(shè)計(jì)；
（2）在配件選擇方面，國(guó)外設(shè)備采用一種經(jīng)緯高強(qiáng)度抗靜電布過(guò)濾袋，清灰效果良好，風(fēng)阻小，且經(jīng)久耐用，而目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)此類產(chǎn)品供選擇；
（3）在控制上，國(guó)外設(shè)備可做到工藝重復(fù)性，控制帶有各相關(guān)工藝參數(shù)的連鎖、反饋及與工藝要求匹配的變量差錯(cuò)設(shè)計(jì)，其工藝重復(fù)性強(qiáng)，國(guó)內(nèi)尚達(dá)不到要求；
（4）在結(jié)構(gòu)上，國(guó)外設(shè)備設(shè)計(jì)制作過(guò)程嚴(yán)格遵守GMP規(guī)范，如清洗液的排泄，動(dòng)（靜）部位的密封，法蘭處流態(tài)化死角等方面處理是合理有效的，而國(guó)內(nèi)大部分產(chǎn)品的制作設(shè)計(jì)上，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，離GMP規(guī)范尚有距離。
然而，國(guó)際上以GLATT及Aeromatic公司相應(yīng)產(chǎn)品為代表，其產(chǎn)品在全球占具大份額。雖然產(chǎn)品先進(jìn)，但也尚存不完善之處，如國(guó)外產(chǎn)品的應(yīng)用范圍窄，機(jī)型偏重單品種，而我國(guó)藥廠普遍存在品種繁多，所以要求技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮更多的通用性。此外，原進(jìn)口機(jī)型測(cè)繪的標(biāo)準(zhǔn)型通用性差。
本文屬于技術(shù)探討性文章
