离心式自动造粒方法及其设备的制作方法

专利名称:离心式自动造粒方法及其设备的制作方法
本发明属于离心自动造粒方法及其专用造粒设备。
造粒是一个广义的概念，它包括造母、造粒及球粒包衣等三种不同的含义。所谓造母，指的是把一定数量的粉状材料加入造粒设备中滚动后，喷射一定数量雾化浆液从而获得真球度(球的短轴与长轴之比)较高的球形母粒的过程。母粒的尺寸较小，一般为0.1～0.5毫米。中药冲剂的制造就可以利用这种办法。所谓造粒，指的是把一定数量的直径为d的母粒加入造粒设备中滚动后，对母粒表面上供给一定数量的粉料并喷射一定数量雾化浆液，从而使母粒越滚越大达到预定尺寸(直径为D)的、真球度很高的球形颗粒的过程。造粒的尺寸范围一般为0.3～22毫米。六神丸及各种中药水丸的制造就可以利用这种办法。所谓球粒包衣，指的是把一定数量的成品球粒加入造粒设备中滚动后，在球粒表面上喷射少量雾化浆液，从而在球粒表面上形成一层薄膜的过程。薄膜的厚度一般约为0.005～0.05毫米。中药丸的包衣就可以利用这个办法。
现有的离心式自动造粒设备(如美国专利US4034126)一般由定子1和转子2组成的离心机、鼓风机3、喷浆系统5、供粉系统4及电控台7等部分组成(见图1)。
在造粒过程中，影响造粒质量及造粒合格率高低的参数有离心机的转速，鼓风量及鼓风温度，浆液喷射流量及供粉速率等。其中浆液的喷射流量和供粉速率是最主要的关键参数。如何科学地控制这两个参数，至今还缺乏理论性指导，各国都还在探索前进的过程中。目前比较常用的有两种控制方法。第一种方法是手动造粒方法，它对造粒过程中的浆液的喷射流量及供粉速率的控制全靠操作人员的工作经验和操作技术，因此造球质量不高，真球度较差(一般为0.8左右)，颗粒容易粘结成团块，成品率较低。另一种是自动造粒方法，在美国专利US4034126中所采用的比较典型结构见图1。它在自动造粒过程中对供粉速率及浆液喷射流量的控制方法为采用程序控制器7，按预先给定的供粉速率曲线连续地并逐步加大供粉速率直到程序控制器7中的预定程序结束为止。同时采用探测器12测出粒子流的电阻率(它代表粒子流的湿度)，它通过比较电路9与基准信号发生器8预先给定的基准电阻率信号电平曲线相比较。当测定的电信号电平超过基准信号电平时，比较电路9就发出控制脉冲，通过信号检测器10及程序控制器7控制电磁阀6打开，给粒子流喷射浆液;反之，当测定的信号电平低于基准信号电平时，比较电路就停止发出控制脉冲，关闭电磁阀6，停止喷射浆液。利用这种方法控制浆液的供应可以基本消除造粒过程中经常发生的粒状材料粘附在离心机静子壁上或颗粒粘结在一起形成团块的缺点，同时成品的真球度高(约为0.9)，并且质量均匀一致，造粒时间也减少为常规手动方法所需时间的二分之一。但是，这种自动造粒方法也存在着一个基本的缺陷，就是在程序控制器的供粉速率曲线和基准信号发生器8的基准电阻率曲线都仍然使用了前述手动造粒方法所得出的经验曲线。因此，这种自动造粒方法就不可避免地带来了如下几个缺点和问题1.通用性差。因为这两条经验曲线只能适应某种药品的特定规格尺寸。当药品品种或规格尺寸发生变化时，这两条经验曲线就不再适用。如美国专利US4034126的造粒直径只适用于1毫米以下。
2.技术功能单一。它只能造粒不能包衣;只能自动操作不能手动操作，因此这种方法不能用于开发和研究新品种或新规格的造粒或包衣工艺。
3.生产安全性差。造粒腔A中的探测器的探头11a为正极，静子壁为负极，正极与负极之间为粒子流，因此，正负电极间的粒子流动很可能产生静电和火花。所以这种工艺方法不能应用于可燃易爆性药品的造粒过程。(如喷浆中含有酒精成分或供粉中含有易燃化学物质都不能使用这种工艺方法)4.设备的结构复杂，造价较高-由于设备中使用了基准信号发生器、比较电路、信号检测器、程序控制器及电阻率探测器等复杂装置，自控装置的造价很高。
本发明专利的一个目的是在充分研究离心机造粒学原理的基础上，提供一种最佳自动造粒方法，它根据理论公式来控制造粒过程，因而通用性强，既可用于造粒和包衣，又可用于造母，既可自动操作，又可手动操作，并且造粒尺寸的范围也较大，d球＝(0.1～22)毫米。对于喷浆及供粉的材料的性质也不受限制，安全性好。
本发明专利的另一个目的是提供一种使用上述方法的，既能造粒、包衣又能造母，既可自动操作，又可手动操作的多功能离心式自动造粒设备。本设备的结构简单，它的自控装置的造价较低，约为同类装置的1/10。
下面我们将结合下列附图对本发明专利作进一步的详细介绍。
图2为本发明专利的离心式造粒设备的示意图。它由离心机1，鼓风系统2，喷浆系统3，供粉机4，压缩空气系统5，电控台6及抽风系统7所组成。
图3为本发明专利的自动造粒工艺流程图。
图4为本发明专利中表示造粒直径D、供料量q及供料比ω与(t/T2)之间关系的理论曲线图。
我们首先来简单介绍一下本发明专利所依据的离心机造粒学原理。(这项原理是本发明人近期的一项研究成果，即将写有专著出版)。
从几何学角度而言，所谓造粒过程实际上是母粒尺寸从d放大为D的过程，其放大倍数为Ks＝D/d。在旋转中的转子上，输入一定量的母粒时，由于离心力和摩擦力，散状颗粒立刻在转子和定子的过渡曲面上形成涡旋回转运动的粒子流。在这种粒子流表面上，喷浆的目的是增加颗粒表面的湿度，提高对粉料的粘结力;供粉的目的是加大颗粒直径，并且防止颗粒粘结成块;鼓风的目的是防止颗粒或粉料从离心机转子外缘的环形缝隙处掉落，同时适当地干燥粒子流。在造粒过程中，如喷浆量过大则容易使颗粒粘附在静子壁上并且容易粘结成块而如供粉速率过大则颗粒又不易成形。因此，从理论上找出造粒所需喷浆量和供粉量之间的数量关系，并且科学地安排好喷浆与供粉的工艺流程，乃是提高造粒的真球度、扩大离心造粒机的使用范围以及提高合格率的关键。通过对离心机造粒学原理的研究，我们对新的自动造粒方法及其设备可以得出如下几点简要结论1.在造粒的全过程中，喷浆及供粉应能分开单独控制，它的工艺流程应分为三个阶段润湿母粒阶段、母粒尺寸放大阶段及抛光干燥阶段。
第一阶段润湿母粒。在此阶段中，应有一定的喷浆量，但不需要供粉，故喷浆马达M3的转数nj为初始转数nj0而供粉马达M4的转数nf0＝0;鼓风温度为室温;润湿时间为T1，一般约0.5～2分钟。
第二阶段母粒尺寸放大。在此阶段中，喷浆和供粉均应按照一定规律变化，并且两者均为放大倍数Ks及造粒时间t的函数，即nj＝f(Ks，t)，nf＝φ(KS，t);鼓风温度为室温，造粒时间为T2。
第三阶段抛光干燥。在此阶段中，母粒尺寸d已经放大为Ks倍，故供料及喷浆均应停止，即nj＝nf＝0。但此时应提高鼓风温度至30～40℃，抛光干燥时间为T3，一般为0.5～2分钟。
以上所述的喷浆，供粉的单独控制以及三个阶段的工艺流程的安排可以扩大离心式造粒机的通用性。它既可用于造母和造粒，又可对球粒进行包衣等。例如在造母时，可把粉料作为造母的原料。这时电控台中单板机的输入参数取为nj＝nj0，nf＝0及T1＝T1，T2＝0，T3＝0，则离心机直接从粉料造出母粒d;在制造某一特定尺寸的球粒时，可把直径为d的母粒先输入，然后单板机的输入参数取为Ks，nj0，nf0，T1，T2，T3，则离心机可造出直径为D的球粒;在对球粒进行包衣时，单板机参数可取nf＝0，nj＝nj0，T1＝T1，T2＝0，T3＝0，在对造粒机有防爆功能的要求时可向电控台内充入低压空气，并把马达M1，M2及M3改为防爆电机即可。
在本发明专利中依靠单板机(DBJ)控制调速器KTS1和KTS2可以按照造母、造球及包衣的不同要求自动实现润湿母粒、母粒尺寸放大及抛光干燥的工艺流程，见图3。
2.在母粒尺寸放大阶段应保持混合比α＝喷浆流量qj/供粉速率qf为常数。我们知道，任何一种药品都有一个最佳混合比α，若在造粒过程中能始终保持这个混合比，则颗粒既不会发生粘结成块现象，又可使颗粒顺利地形成球形，故保持混合比α不变是提高造球质量及造球合格率的第一个关键。在本发明专利中，依靠单板机DBJ控制调速器KTS1及KTS2，使喷浆流量qj与供粉速率qf之间的数量关系，始终保持混合比α为定值。
3.在母粒尺寸放大阶段应保持供粒比ω＝颗粒体积增长速度/颗粒表面积＝(dv/dt)/S＝Ks-1/2·d/T2为常数。因为，在涡流回转的粒子流表面，以混合比α喷浆和供粉时，每个颗粒接触浆液与粉料的概率均等，每个颗粒的尺寸增长规律也相同，但是粒子尺寸增长规律可以是多种多样的。在这种情况下对离心机造粒学原理的研究结果表明喷浆流量qj和供粉速率qf的变化，应保持ω不变，才能使颗粒直径的增长速度dD/dt为常数。这种所谓等速供料法是所有供料法中最好的一种，其主要优点为(1)球径D以线性变化(见图4)，即当母粒直径取d，在造粒时间T2要求放大Ks倍时，某一任意时刻t的颗粒直径D为D＝d〔1+(Ks-1)t/T2〕 (1)因此，按预定的T2时间及时关机，就可以比较容易地控制住D的大小，由于有这个特点，本发明在制造相同品种不同尺寸规格的球粒时，可将输入参数T2按最大尺寸规格的需要确定。所有其它较小尺寸规格的球粒可以通过出料时间相应提前从而得到各种不同尺寸规格的球粒。因而可以显著节省操作时间。
(2)供料速率q(包括供粉速率q5及喷液流量qj)呈抛物线变化(见图4)。即当初始供料速度为q0，在T2时间内要求颗粒直径放大Ks倍时，某一任意时刻t的供料速率q为q＝q0〔1+(Ks-1)t/T2〕2这种供料法使任何时刻供料速率与球粒表面积成正比，从而可保证基本消除粉料粘结和团块，得到最高合格率。
(3)ω为定值时，造粒时间T2同母粒直径d之间存在着正比例关系，即T2可以按d的大小改变，故这种方法可以适应较大的造粒尺寸范围，并且当d减小时可以缩短造粒时间T2。
在本发明中，为了能使单板机DBJ实现等速供料法，必须把供料速度q分解为喷浆流量qj和供粉速率qf，然后再把它们转换为喷浆泵马达M3的转数nj和供粉机马达M4的转数nf。
即 q＝qj+q5根据离心机造粒学原理，母粒输入量Gm、初始喷浆流量qj0及初始泵马达转数nj0为Gm= (G0)/(KS3) (2)qj0= (3α(K2S-1))/(1+α) · (Gm)/(T2) (3)nj0= (qj0)/(tgφ) · (ρj0)/(ρj) (4)上式中G0-离心机最大造粒量，由造粒设计确定tgφ-喷浆泵的特性参数ρj0-测定该特性时的浆液密度ρj-造粒时的浆液密度同理，初始供粉速率qf0为qf0= (3(K2S-1))/(1+α) · (Gm)/(T2) (5)nf0= (qf0)/(tgφ) · (ρf0)/(ρf) (6)式中tgφ-螺旋送料机的特性参数
ρf0-测定该特性时的粉料密度ρf-造粒时的粉料密度故喷浆泵马达M3的转数nj为nj=nj0[1+KS-1) (t)/(T2) ]2供粉机马达M4的转数nf为nf=nf0[1+(KS-1) (t)/(T2) ]2在本发明专利中把nj0、nf0、Ks、T2均取为单板机的输入入参数，而把nj和nf当作单板机的输出参数，单板机以电压脉冲输出信号分别控制调速器KTS1和KTS2，使喷浆流量qj和供粉速率qf始终按照本发明的α和ω保持不变要求变化(见图4)。
以上简述了本发明专利的离心机造粒学原理，下面将结合附图2来介绍可实现本发明专利的离心式自动造粒方法和其专用造粒设备的工作原理1.给单板机DBJ内输入参数Ks，nj0，nf0及T1，T2，T3。
(1)确定母粒放大倍数Ks，T1，T2及T3(2)查出该种产品的最佳混合比α(3)由式(2)算出母粒输入量Gm(4)把Ks，α，T2，Gm代入(3)、(4)、(5)、(6)算出喷浆马达M3的初始转速nj0及供粉机马达M4的初始转速nf0。
(5)把电控台DKT内的转换开关ZH置于自动位置。
(6)给单板机DBJ内输入Ks、nj0、nf0和T1、T2、T3等参数。
2.分别启动压缩空气系统5、鼓风机2和抽风系统7。此时，外界空气Pa经过滤器2a、鼓风机2b和加热器2c进入鼓风腔B，又经转子1b的环形缝隙c流入造粒腔A，并从抽风系统7排出大气。此外，压缩空气P1经减压阀5a、节流阀5b及电磁阀5c进入喷腔3d，在此处将浆液雾化。
3.通过电控台启动离心机马达M1，通过变频调速器BBJ把转子1b的转数设在给定值。
4.将母粒(或粉末)倒入在造粒腔A中旋转的转子上，此时Gm公斤母粒在离心力和转子摩擦力作用下，在转子1b外边缘的过渡曲面附近形成涡旋回转运动的粒子流。
5.通过电控台DKT，启动单板机DBJ。此时自动打开电磁阀3c，喷浆泵转数处于nj0，使流量为qj0的浆液，经电磁阀3c和喷枪3d，被雾化后喷射到粒子流表面，经T1时间润湿母粒后，单板机即控制调速器KTS1和KTS2，使喷浆泵马达M3和供粉机马达M4转数按方程(4)和(6)变化，从而使离心机内的粒子流颗粒亦随时间线性增大。经过T2时间后，母粒d已放大Ks倍，单板机即发出停止供粒信号，使M3和M4停止旋转，并自动关闭电磁阀3c和5c，从而停止了喷浆和供粉。与此同时，单板机启动加温器2c，使鼓风腔B内的空气温度升高到预定值。这时，粒子流在无供料条件下继续旋转，使球粒表面得到抛光和干燥。经过T3时间后，单板机发出出料信号。此时手动打开定子上的出料口1e，则转子1b的离心力把成品球粒从出料口1e全部推出离心机，造粒过程至此完成。
综上所述，本发明专利的自动造粒方法及设备的特点为1.本发明专利的最大特点为本自动造粒工艺及设备是按照离心机造粒学理论公式的要求进行的，即在母粒尺寸放大阶段，喷浆流量qj和供粉速率qf的变化始终满足混合比α及供料比ω为常数的要求，从而克服了目前自动造粒方法中常见的不成形及粘结成块的缺陷，可以造出真球度好(一般可达0.9以上)、合格率高的球粒。
2.本自动造粒工艺及设备在造球的全过程中，通过单板机可以实现对喷浆和供粉的单独控制，并且可以自动实现造粒过程的润湿母粒-母粒尺寸放大-抛光干燥等三个阶段，当然，亦可采用计算机或可变程序控制器来实现以上过程，这类亦属本发明范围。
3.本自动造粒方法及设备的通用性良好，它可以按照造母、造粒及包衣的不同工艺要求以及对球粒尺寸规格的不同要求来调整单板机输入参数Ks，nf，nj及T2的数值，从而具有造粒、包衣及造母的综合技术功能，并且所制造的球粒尺寸范围较大，d＝(0.1～22)毫米，大大超过了目前国外自动造粒工艺的造粒尺寸范围(一般d＝0.1～1毫米)。
4.本自动造粒方法及设备还可以手动实现，只需将电控台内的转换开关ZH置于手动位置即可。因此，当产品的α和ω为未知时，可先用手动方法试验得出α和ω，然后用自动方法造粒。
5.本自动造粒方法及设备的安全性好-由于造粒腔A内无任何电器元件，故容易采取防爆措施。
6.本自动造粒方法及设备的自控装置简单，只在目前的手动造粒机上增设一台单板机即可，与国外离心造粒机的自控装置相比较，成本仅为其十分之一。
7.本自动造粒方法及设备的造粒全过程所需时间约为同类离心机自动造粒所需时间的( 1/4 ～ 1/2 )。
实施例一、将0.6公斤的直径为(0.45～0.8)毫米的绵白砂糖方晶体装入图2所示的离心造粒设备中，该设备的转盘直径为360毫米，离心机转速为250转/分。
单板机输入参数为Ks＝1.5，nj0＝60转/分，nf0＝552转/分，T1＝2分，T2＝60分，T3＝1分。
供粉(50%蔗糖粉，50%淀粉)用量为0.93公斤，供浆液(50%水的糖浆)用量为0.39公斤，总输入供料量为1.92公斤，成品球粒的总输出量为1.85公斤。
所制得的成品球粒(D＝0.6～1.2)的真球度为0.94～0.96，合格率为96%，造粒腔A中无锅疤、无团块，也无颗粒粘附在离心机静子壁上。
实施例二、将0.6公斤直径为(2～2.5)毫米的母粒装入图2所示的离心造粒设备中，该设备的转盘直径为360毫米，离心机转速为150转/分。
单板机输入参数为Ks＝1.5，nj0＝60转/分，nf0＝552转/分，T1＝2分，T2＝67.5分，T3＝2分。
供粉(50%蔗糖粉，50%淀粉)用量为0.92公斤，供浆液(50%水的糖浆)用量为0.34公斤，总输入供料量为1.86公斤，成品球粒的总输出量为1.76公斤。
所制得的成品球粒(D＝2～2.5)的真球度为0.95～0.98，合格率为97%，造粒腔A中无锅疤、无团块，也无颗粒粘附在离心机静子壁上。
实施例三、将0.8公斤直径为(3～3.5)毫米的母粒装入图2所示的离心造粒设备中，该设备的转盘直径为360毫米，离心机转速为150转/分。
单板机输入参数为Ks＝1.7，nj0＝130转/分，nf0＝270转/分，T1＝2分，T2＝58分，T3＝0。
供粉(50%蔗糖粉，50%淀粉)用量为2.44公斤，供浆(50%水的糖浆)用量为0.97公斤，总输入供料量为4.21公斤，成品球粒的总输出量为4公斤。
所制得的成品球粒(D＝5～6)的真球度为0.96，合格率为95%，造粒腔A中无锅疤，无团块，也无颗粒粘附在离心机静子壁上。
权利要求
1.一种用于离心式造粒设备的自动造粒方法，该设备由离心机1，鼓风系统2，喷浆系统3，供粉机4，压缩空气系统5，电控台6及抽风系统7组成，其特征在于在电控台DKT中设置一台单板机DBJ、它能按照造母、造粒及包衣的不同要求。自动实现润湿母粒-母粒尺寸放大-抛光干燥的工艺流程，並在整个造粒过程中自动保持最佳混合比α及供料比ω不变，使球粒直径的增长为线性。
2.权利要求
1中所述的离心式造粒设备的自动造粒方法，其特征在于电控台DKT中的单板机DBJ的六个输入参数Ks、nj0、nf0、T1、T2、T3之中有三个参数nj0、nf0及T2是严格按照本发明的理论计算确定的，即T2按公式(1)计算，nj0按公式(2)、(3)、(4)计算，nf0按公式(2)、(5)、(6)计算。
3.权利要求
1中所述的离心式造粒设备的自动造粒方法，其特征在于在母粒放大阶段，单板机可自动控制喷浆流量qj及供粉速率qf的比值，始终保持在药品的最佳混合比α值上。
4.权利要求
1中所述的离心式造粒设备的自动造粒方法，其特征在于依靠单板机DBJ控制调速器KTS1，使喷浆马达M3的转速按方程nj＝nj0〔1+(Ks-1)t/T2〕2变化，控制调速器KTS2，使供粉机马达M4的转速按方程nf＝nf0〔1+(KS-1)t/T2〕2变化。
5.权利要求
1中所述的离心式造粒设备的自动造粒方法，其特征在于在离心机转子中加入尺寸为d的母粒后，改变单板机DBJ的输入参数Ks、nj0、nf0及T1、T2、T3，就可以制造出不同尺寸规格的球粒D。
6.权利要求
1中所述的离心式造粒设备的自动造粒方法，其特征在于在离心机转子中以粉料代替母粒，並且单板机DBJ的输入参数中取nj＝nj0，nf＝0，T1＝T1，T2＝0，T3＝0即可造出一定尺寸的母粒d。
7.权利要求
1中所述离心式造粒设备的自动造粒方法，其特征在于单板机DBJ的输入参数中，取nj0＝nj，nf＝0，T1＝T1，T2＝T3＝0，並在离心机转子中以成品球粒代替母粒，即可进行自动包衣工作。
8.一种离心式造粒设备，该设备由离心机1，鼓风系统2、喷浆系统3、供粉机4、压缩空气系统5、电制台6、及抽风系统7组成，其特征在于在电控台内用一台已预先输入理论公式nj=nj0[1+(KS-1) (t)/(T2) ]2及nf=nf0[1+(KS-1) (t)/(T2) ]2的单板机作为自动造粒的控制装置。
9.权利要求
8中所述离心式造粒设备，其特征在于单板机在输入参数Ks、nf0、nj0、T1、T2、T3确定以后，能按照离心式最佳造粒理论的要求，保持α及ω不变，自动完成造母、造粒及球粒包衣工作。
10.权利要求
8中所述的离心式造粒设备，其特征在于还可以用计算机、可变程序控制器及其他自控装置代替单板机来实现本发明的自动造粒方法。
专利摘要
本发明专利属于离心式自动造粒方法及其专用造粒设备，它是按照离心机造粒学理论公式的要求进行的，因此造球尺寸范围大，一般为(0.1～22)毫米，不仅可以造出真球度好(一般为0.9以上)，合格率高的成品球粒，而且在造粒腔内无锅疤、无团块也无颗粒粘附在静子壁上。通用性好一既可造母、造粒、又可包衣，既可自动，又可手动。设备的自控装置简单，只在目前的手动造粒机上增设一台单板机即可。
文档编号B01J2/14GK87106561SQ87106561
公开日1988年8月31日 申请日期1987年9月30日
发明者朴龙奎, 范宗琪 申请人:航天工业部第十五研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan