关于流化床技术

关于流化床技术

1 什么是制药机械？与其它机械的区别

1.1 制药机械是完成和辅助完成制药工艺的生产机械与设备即将原料及辅料按生产工艺要求，制成可以直接用于临床医疗或作为药品制成品的机械与设备。它包括原料药机械及设备、制剂机械、药用粉碎机械、饮片机械、制药用水、气制备设备、药品包装机械和药物检测设备八大类。

1.2 与其它机械的最大区别在于它除应符合一般机械类满足的标准和规范外，还必须符合 《药品生产质量管理规范（1998年修订）及附录 国家药品监督管理局》（GMP）的要求 1.2.1 主要材料

制药机械凡与药物或有要求的工艺介质直接接触的材质均应无毒、耐腐蚀、不脱落，不与所生产的药物或有要求的工艺介质发生化学反应或吸附。 1.2.2 外观

制药机械的外观表面应简洁、平整、无清洗盲区。允许涂镀的表面其涂覆层应密着，不得采用易脱落的涂层。 1.2.3 结构

1.2.3.1 与物料直接接触的设备表面应光洁、平整、无清洗的盲区、所有转角应光滑过渡，易于清洗、消毒或灭菌。用于非无菌生产的设备应能拆洗；用于无菌生产的设备，除可拆洗外，与物料直接接触的设备表面应能可靠地进行灭菌处理。不易拆卸的部位宜采用在位清洗（CIP）、在位灭菌（SIP）的结构。

1.2.3.2 制药机械上用的润滑剂和冷却介质应隔离，不得对药品和容器造成污染。 1.2.3.3 制药机械使用的水、空气、压缩空气、惰性气体等工艺介质应符合相应制药工艺的洁净度要求。并具有调节、取样或检测的装置。用于干燥和灭菌的空气，应先加热、后过滤，干燥机械尾气应除尘后排出。 2 公司生产的产品

公司生产的各类制粒机、制丸机，流化床包衣造粒机等均属制剂机械类固体制剂机械里的丸剂机械，颗粒剂机械。制成的丸剂、颗粒可直接装胶囊、也可用于压片。 3 关于流态化技术

3.1 什么是固体流化（或流态化）技术？

固体流态化就是固体物料与流体接触并发生（传质、传热等）作用使其呈悬浮状的操作状态。借这种状态以完成某种过程的技术称之谓流态化技术。 3.2 什么是固体流化床技术？

在容器内，装置多孔分布板，将固体颗粒状物料堆放在分布板上，形成一层固定层称为“床层”，简称 “床”，如果将流体以一定的速度连续引入容器底部，使之均匀地穿过分布板向上流动与固体颗粒状物料接触并发生（传质、传热等）作用使其呈悬浮状，这种固体颗粒“床层”就叫做固体流化床或俗称“沸腾床”。 借这种状态以完成某种过程的技术称之谓流化床技术。完成干燥过程的称之谓流化床干燥技术。完成造粒过程的称之谓流化床造粒技术。等等。

3.3 术语及定义

传质：物质传递。物质系统由于浓度不均匀而发生的质量迁移过程。在两相中的浓度尚未达到相平衡即有浓度梯度存在时这一组分就会由浓度高的一相转移到浓度低的一相，直到两相间浓度达到平衡为止。（多发生在流体系统中）。

传热：热传递简称传热。物质系统内的热量转移过程。物质系统内由于有温度梯度存在，热量就会由温度高处传向温度低处。基本方式有热传导、对流传热和热辐射三种。 热传导：借助物体中分子、原子或电子的相互碰撞，使热能从物体由温度较高部分传到温度较低部分的过程。

热辐射：物体因自身的温度而向外发射能量。其热能不依靠任何介质而以电磁波形式在空间传播。

对流传热：热能在液体和气体中从一处传递到另一处的过程主要是由于质点位置的移动，使温度趋于均匀。

相：体系中具有相同组成、相同物理性质和相同化学性质的均匀物质。相与相之间有明确的界限。

在位清洗 cleaning in place（CIP）

指系统或设备在原安装位置不作拆卸和任何移动条件下进行的清洁工序。 在位灭菌 sterilization in place（SIP）

指系统或设备在原安装位置不作拆卸和任何移动条件下进行的灭菌工序。 标准操作规程Standand Operating Procedure（SOP）

对制药机械及设备的操作程序、设备安装调整、维护保养、清洗、故障处理等事项作出说明和规定的文件。

3.4 流化床（造粒、包衣）干燥设备 3.4.1 工作原理

经加热过滤后的空气从气流分布板进入制粒室，一定的气流速度让其中的粉粒物料因气流

的推动及自身重力的共同作用悬浮而呈流化态。压缩空气和粘合剂分别从各自管道进入喷枪，在喷嘴处将黏合剂雾化成细小液滴，与流化态方向逆向喷洒（顶喷）、同向喷洒（底喷）、切向喷洒（切线喷）在呈流化态的粉粒物料上使之粘合聚集形成颗粒。将包衣液喷洒在处于高度分散状的粉粒体上, 使之包裹表面形成光滑薄层。气流所携热量使水分随气流蒸发排除。此过程不断重复进行，就形成均匀的多微孔球状颗粒及坚固光滑薄层的包衣丸粒。在此分布板有两个作用。一是支承固体层，二是使流体分布均匀。 3.4.2流体通过颗粒状固体层的几个阶段 3.4.2.1 第一阶段—固定床

当流速很低时，固体床层虽有流体通过，但固体颗粒的相对位置不发生变化，即固体颗粒处于固定状态，床层高度亦基本维持不变（床层不膨胀）。这时床层称为固定床。如果测定流体通过床层的总压降△P，并且对流体的空塔速度ω（ω为体积流量除以空床横截面积A），这一阶段的△P～ω关系就如图中 AB段所示的那样，△P随ω的升高而上升， 其关系呈现为倾斜的直线。 3.4.2.2 第二阶段—流化床

在固定床阶段，逐渐提高流速达到B点，再进一步提高流速则在超过B点以后，床层不再维持为固定床状态，固体颗粒之间开始出现明显的相对运动，固体颗粒被浮动起来，显示出相当不规则的的运动，而随流速的升高颗粒运动亦益发剧烈，但总的来说仍然停留在床层内不被带出，即向上运动的速度为零。这时颗粒状固体床层表现出液体层的某些特性。 如上图所示。因此，床层的这种状态称为固体流态化，称这时的床层为流化床，用着流化 的流体称为流化介质。

床层开始松动，刚出现流化的一点，称为临界流化，如图11—3中的B点所示，B点是△P～ω关系的转折点。再进一步提高流速，这时压降△P基本维持一个定值△P1，直到C点。从流化状态降低流速至D点床层转化为固定床。D点与B点只有很小的差别，这是因为经过流化，固体排列已较为疏松，如再次提高流速，则遵循DE线的关系，。通常把对应于D点的流速称作临界流速ωM。从工程的角度看，可以认为B点与D点是重合的。DC是一个相当宽的流速范围，在这一，范围内床层能保持流化态，当然流体与固体运动的剧烈程度是随流速而异的。

在流态化阶段与固定床阶段相比，床层明显膨胀，通常空隙率ε来表示床层膨胀程度。空隙率ε的定义为

床层体积-颗粒状固体实际占有体积 V—V2

ε= 床层总体积 = V ε的数字不大于1

在固定床阶段，直至流速达到ωMF，床层空隙率ε维持ε形状而异。在流化床阶段ε>ε床层膨胀与空隙率之间的关系

mf

mf

，ε

mf

的值则随固体的粒度、

。对床层内颗粒状固体实际占有的空间为基准换算，可得

HmfA（1-ε

mf

）=HA（1-ε）

式中：Hmf、H——为临界流化及流化后的床层高（M） A—空床横截面积（M）

3

得出： Hmf 1-ε mf

ε随流速而增。

在流态化阶段，使颗粒状固体处于浮动状态，是造成流体通过床层阻力的主要原因。因此流体通过床层的压降就可简单地表示为

△P = W A

△P

与流速基本无关，图11—3中DC段表示了这一情况。从图中可以看出，当流速相

当高时，△P可能略高于 W/A。这是由于流速增高使固体颗粒运动较为剧烈，因而消耗了更多的能量及流体与器壁摩擦阻力略赠的缘故。但这种增高是有限的，从工程的角度看，可以认为DC段是一条直线。 3.4.2.3 第三阶段—流体输送

再进一步提高流速至C点，则床层不能再保持流化。从这一点起，固体颗粒不再停留在容器中，开始被流体带到容器之外，直到K点，K点的速度称为带出速度ωt它的数值等于颗粒在该流体中的沉降速度（亦即悬浮速度）即气流的上升速度等于固体颗粒本身固有的向下沉降的速度时，固体颗粒就会悬浮在气流中，此时的气流速度称为该物料的悬浮速度。这时，从分布板到流体出口处，充满着固体颗粒，它们以一个向上的净速度运动，因此也就不存在床层的上界面。这在流化床干燥设备中应力求避免的。

不同流速条件下固体颗粒层的三种不同状态，有着质的差异，而它们却各自有其相对稳

定的范围。流速与这些状态的关系，是量与质的关系，随着流速数量上的变化，孕育着床层状态的变化，但状态的突然转变，总是在流速变化超过某一临界数值以后才会发生。

因此，要使颗粒状固体的床层在流态化状态下操作，必须使气流速度高于临界流速ωmf。

ωmf。的数值与固体颗粒的重度、粒度及流体的性质有关。流化速度的上限一般不得超过带

出速度ωt。 分类

从结构形式上可分为

（1）单层圆筒形流化床（2）多层圆筒形流化床干燥器（3）卧式多室流化床干燥器。 （4）带有搅拌器流化床（5）惰性粒子流化床（6）振动流化床（7）喷雾流化造粒干燥 （8）喷动床干燥器。而我公司现有产品属单层圆筒形流化床 3.3.2 单层圆筒形流化床

圆筒形容器内只有一块气体分布板的流化床叫单层圆筒形流化床。 3.3.3.2 （顶喷、底喷、切线喷）三种方式的结构特点及其应用

现将（顶喷、底喷、切线喷）三种方式的结构特点及其应用列于下表

除以上几种方式,还有喷动流化床和气动旋转流化床等新技术 4. 喷动流化床

喷动流化床运用风选机理，床底的风量分配器中心具有风量连续可调的喷动口，因而常用于连续制粒及涂层放大。中药水丸、胶囊丸芯可以主药或辅料溶液、混悬液以喷雾涂层形式放大、包衣等。

5. 气动旋转流化床

将物料随机运动轨迹改变为绕床体轴线旋转运动、随机的流态化改变为规则流。物料粉子、颗粒形成自转。它具有切向进风的均风板、锅式床体.形成“涡轮”驱动流态化。 其特点是： 5.1 制粒

5.1.1物料运行轨迹可述、混合均匀、不产生分层。

5.1.2流化时物料相互挤压，成品颗粒强度较普通流化床高，利于包衣。 5.1.3独特的涡轮驱动方式，可用于缓释控缓包衣。 5.2 干燥

5.2.1旋转流态化，流化高度较低。

5.2.2旋转流态化，物料处于自转状态，有致密作用；较低流化高度，颗粒破碎率小。 5.2.3无死角，干燥均匀。

5.2.4斜形孔板，不漏料，清洗方便。 6．离心式造粒机（制丸机）

将旋转流化床与切线喷液相结合。在此，旋转流化是由离心转盘的旋转造成的。 6.1 原理及各部的作用

粉粒物料受转盘离心力、摩擦力和环隙气体浮力的作用，与喷入适量的雾化了的浆液混合、粘合聚集完成起母、造粒、颗粒放大、包衣等几种功能。

所谓起母：是指粉状物料加入离心机内旋转后，喷入适量的雾化了的浆液，获得沙粒状球形颗粒的过程，母粒尺寸一般为d=0.2～0.8mm

所谓造粒：是指上述球形母粒或方形晶核加入离心机内旋转后，喷入适量的雾化了的浆液和喷撒粉料，把颗粒尺寸从d增大到K.•d，最后获得真球度很高的球形颗粒的过程，丸粒尺寸一般为d=0.2～25mm，每锅一次的放大倍数K≦2，中药水丸、糊丸可采用此法制得。

所谓包衣：是指把一定量的成品球粒加入离心机内滚动后，喷入适量的雾化了的包衣液，从而在每个颗粒表面包裹薄膜层的过程。薄膜层的厚度可在0.05～0.1mm之间变化。 从几何学角度而言，造粒过程实际上是母粒尺寸d的放大过程，在旋转的转盘上，输入一定量的母粒时，由于转盘离心力和与其表面摩擦力的作用，散状颗粒在转盘和上筒体的过渡曲面上形成涡旋运动的粒子流，在这种粒子流的表面按一定的规律喷射适量的雾化了的浆液和喷撒粉料，并在鼓风的条件下，母粒越滚越大，越滚越圆，成为真球度很高、直径 d= K.•d的球粒。

显然，在成丸过程中，转盘旋转的作用是形成涡旋运动的粒子流，颗粒的滚动、颗粒之间的剪切力。但这时在过渡曲面上形成的粒子流主要还是`环向流。增加挡板的作用，主要是削弱水平环流，在挡板的帮助下，从转盘端部的径向流形成上下循环流，增大颗粒的滚动、颗粒之间的剪切力。提高丸粒的真球度和致密性。如果将挡板做成以轴心为中心放射状有规律的齿板式，将使转盘上颗粒的单一的径向流变为有序的上下循环流和径向流的复合运动，增加了粉粒之间粘合、聚集的机率，因而，提高了效率。并大大增大颗粒的滚动、颗粒之间的剪切力。提高丸粒的真球度和致密性。而且，速度头H（剪切力大小的量度）∝ndj随着转盘转速n的提高，速度头H（剪切力）越大，但也不能无限的提高转速，那会增大功率消耗，n只能在一个合适的范围内，齿板端部的线速度V≦1～5m/s；喷入适量的雾化了的浆液是增加颗粒表面的潮湿度，提高母粒对粉料的粘结力；供粉的作用是加大颗粒直径，防止粘结成块；鼓风的作用是防止粉料或小颗粒从环形缝隙掉进通风腔并适当干燥粒子流，防止粘结。

6.2 设备结构特点：

6.2.1 可变速的转盘，可视物料的特性调节转速； 6.2.2 6.2.3

转盘与筒壁有一缝隙，操作时可通气流； 雾化器顺着旋转方向同向喷液, 液滴的行程短。

2

2，

6.3 应用范围: 6.3.1制丸

6.3.1.1 离心转盘内物料所受的离心力及摩擦作用能生产出真球度很高表面光滑的药丸 6.3.1.2 挡板的增加，形成上下循环流，增大颗粒的滚动、颗粒之间的剪切力。提高丸粒的真球度和致密性。 6.3.1.3 制小丸、微丸。 6.3.1.4 制丸、制大丸

6.3.2 制粒 致密颗粒制大颗粒 粒度可达20～80目 6.3.3 包衣 丸粒包衣 6.3.2.1 掩盖不良嗅味； 6.3.2.2 防潮、抗氧化、避光；

6.3.2.3 控制药物释放速度；定点释放；相互隔离； 6.3.2.4 便于识别及美观着色。 6.4 影响制粒、包衣质量的因素

6.4.1 物料的流动性 6.4.2粉体大小

6.4.3喷液流量、风量大小、 6.4.4转盘转速。 6.5 设备的调节

6.5.1 喷液流量、风压风量大小、雾粒大小； 6.5.2 转盘转速； 6.5.3 供粉速度。

以上资料仅供参考

2007-10-15

郑工

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