流化床造粒也被称做沸腾制粒或一步制粒,是将物料一次投入到密闭的容器内,在容器内将物料进行均匀的混合、再通过设备将
粘合剂均速喷入,让粘合剂与物料充分混合,在容器内进行流动,形成小颗粒,通过底端送入热风,可以将湿颗粒烘干,最后直接收集成品干颗粒的技术。
原理
流化床造粒,主要是以粘结剂为介质,使粒体互相附着凝集成粒。如图1,粒体物料在装置内,由于流化气体使粉体循环运动,与喷入的粘结剂接触,经多次反复,颗粒逐渐形成。
方法
流化床喷雾造粒
一般以空气为流化气体,先进行预热后,通至带有分布板的流化床底部,使需造粒的固体粉末呈流化态。液体进料大多数是由
双流体喷嘴喷入流化床,要求喷嘴具有操作弹性且不易堵塞,如果是热气体,雾化结晶液时更要注意。为了使得涂在颗粒上的液体尽可能干燥,一般采用气体和固体颗粒逆流,以便使产品粒度分布更均匀。流化气体的速度要大到能使大颗粒强烈运动,以防止结块现象发生。
喷雾流化床造粒和流化床喷雾造粒有相似之处,也是把可以泵送和雾化的料液喷成雾状,然后落在床层中热的种子颗粒上干燥,直接生成固体颗粒。喷雾流化床固体颗粒的生成,不依靠床层的搅拌。喷雾流化床综合了流化床及标准喷雾流化床的优点,既适于处理大颗粒物料,又能提供像流化床一样良好的气固接触效果与混合,故可被用来作为生产大颗粒产品的造粒器。
振动造粒可以在回转圆筒、回转圆盘或振动流化床中实现。当气体被用作热量和物质传递载体在造粒中应用时,该设备叫做气体振动流化床。振动流化床的优点在于造粒的强度高,速度快,造粒产品质量的改善,使难以流化的细小粉末易于造粒,从消耗能量和物质观点来看,经济性高。气体振动流化床常用在食品和医药工业的造粒。
高速超临界流体过程是超临界流体经过微细喷嘴的快速膨胀过程。在膨胀过程中,温度和压力的突然变化使溶质的过饱和度骤然升高,当溶液以单相喷出时,析出大量微核,微核在极短的时间内快速生长,形成粒度均匀的亚微米以至纳米级微细颗粒。从实验所拍摄的照片中可以观察到,颗粒的成长非常均匀,整个造粒涂布都是累积式一层一层长大的。高速超临界流体造粒的特点是能够控制颗粒的大小,但在实际工业生产中存在很多的不利因素,比如,流体要在高速下喷淋,动力消耗较大;在操作时,喷嘴的最低温度可达零下七八十摄氏度,因此对设备的材料要求较高。
影响因素
流化气速
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,并且床温过高时,易造成“干式”失稳,此时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;而过大的气速会增大磨损,使得造粒的效果下降。
流化床层温度
当其他操作条件相同时,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开而形成较大的固液接触面积,因而颗粒易于碰撞后团聚,所以颗粒生长速率快;但过低的床层温度易导致湿式死床。反之,床层温度高时则生产能力较高,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,这主要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,干燥后的粉尘随高速流动的气体扬析出来。
料液流速
在保证充分的热量供给和流化情况较好时,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。
初始粒径
初始粒径越大,颗粒的相对生长速率减小,一般认为随着初始粒径的增大,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。
黏结剂
一般说来,黏结剂的黏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。