Верхнее или нижнее распыление (Вурстер) в кипящем слое

Две машины кипящего слоя могут выглядеть снаружи почти одинаково и давать совершенно разный результат. Разница обычно в том, где стоит форсунка.

Положение форсунки определяет направление движения капель относительно частиц, длину пути капли до посадки и степень её подсыхания в полёте. Эти три обстоятельства и решают, будет процесс наращивать гранулы или укладывать плёнку.

Ключевое различие

Всё изложенное ниже вытекает из этой таблицы.

Почему верхнее распыление наращивает гранулы

При верхнем распылении форсунка направлена вниз, а псевдоожижающий воздух несёт частицы вверх. Капли и частицы движутся навстречу, и капля проходит сравнительно длинный путь до встречи с частицей, теряя по дороге часть растворителя.

Это подсыхание — не дефект. Долетевшая подсохшая капля липкая, а не жидкая, поэтому она связывает частицы мостиком, а не растекается по ним. Повторяясь по всему слою, это и даёт то, что требуется при гранулировании: образуются жидкие мостики, они затвердевают по мере сушки, и частицы вырастают в агломераты.

Результат — пористая гранула с хорошей прессуемостью, полезная там, где гранулы затем прессуют в таблетки. Именно так работает гранулятор кипящего слоя: смешивание, гранулирование и сушка идут в одной закрытой камере, без перемещения материала между отдельными машинами.

Тот же встречный путь, который помогает гранулированию, мешает нанесению покрытия. Капля, высохшая до посадки, не может растечься в сплошную плёнку. Некоторые задачи по нанесению покрытий всё же решают верхним распылением — среди них нанесение расплава и простая маскировка вкуса, — но требовательная спецификация на плёнку обычно указывает на другую конфигурацию.

Почему нижнее распыление даёт ровное покрытие

Конфигурация Вурстера названа по имени Дейла Вурстера, разработавшего её в Университете Висконсина в 1950-е годы. Разделительная труба внутри рабочей ёмкости делит слой на две области.

Цикл выглядит так:

1. Скорость воздуха максимальна внутри трубы, поэтому частицы разгоняются, проходя через неё.
2. Форсунка расположена в основании трубы и распыляет вверх — в ту же сторону, куда уже движутся частицы.
3. Поскольку капля и частица движутся вместе на коротком участке, капля долетает ещё влажной и растекается.
4. Над трубой поток расширяется, частицы замедляются и опускаются вниз снаружи трубы, подсыхая по пути.
5. Внизу они снова входят в трубу и опять проходят мимо форсунки.

Таким образом, каждая частица пересекает зону распыления многократно, получая за проход тонкий слой. Именно это повторение, а не одно толстое нанесение, и даёт ровную плёнку.

Это важно везде, где покрытие выполняет функциональную, а не косметическую задачу: контролируемое или пролонгированное высвобождение, кишечнорастворимая защита, барьеры против влаги, маскировка вкуса. Коатер кипящего слоя с нижним распылением создан именно для такой работы.

Третий вариант: тангенциальное распыление

Третья схема размещает форсунку тангенциально и добавляет вращающийся диск в основании рабочей ёмкости. Диск создаёт механическое движение, которого нет в двух других конфигурациях, поэтому частицы движутся по спирали — вращаясь, поднимаясь и опускаясь — проходя мимо форсунки.

Это механическое воздействие уплотняет материал одновременно с нанесением покрытия. Схема подходит для наслаивания, когда частицы наращиваются от стартового ядра, и для больших привесов покрытия, которые в схеме Вурстера потребовали бы непрактично большого числа проходов. Это специализированная конфигурация, а не решение по умолчанию, и её стоит рассматривать, когда этого требует форма продукта.

Zhengyuan поставляет тангенциальную роторную схему наряду с верхним распылением и Вурстером. Какая из них уместна в вашей линии, следует из продукта, а не из машины.

Как выбирать

Начинайте с продукта, который вам нужен, а не с машины:

Верхнее распыление — когда

• цель в росте гранул, а не в поверхностном слое
• гранулы будут прессоваться на следующей операции и им нужна пористость
• материал переносит тепловые и механические условия гранулирования в кипящем слое

Нижнее распыление (Вурстер) — когда

• у покрытия есть функциональная спецификация: профиль высвобождения, защита, маскировка вкуса
• важны равномерность и сплошность плёнки
• материал-основа — гранулы, пеллеты или мелкие частицы, устойчиво псевдоожижаемые в разделительной трубе

Стоит посмотреть на другое оборудование — когда

• составу нужны увлажнение и уплотнение при высоких сдвиговых нагрузках, что указывает на высокоскоростной смеситель-гранулятор, а не на кипящий слой
• нужны плотные сферические пеллеты, что обычно требует экструзии с последующей обработкой на сферонизаторе
• материал настолько чувствителен к влаге или нагреву, что влажный способ не подходит

От чего зависит успех

Положение форсунки задаёт тип процесса. Успешность же определяют следующие параметры:

Главное, за чем нужно следить, — баланс между скоростью распыления и скоростью сушки. Распыление быстрее, чем позволяют условия сушки, — слой переувлажняется и разрушается. Слишком интенсивная сушка — покрытие ложится шероховатым и неполным, а гранулы остаются мелкими и не растут.

Эти режимы устанавливаются испытаниями на фактическом составе. Значения, взятые от другого продукта или от машины другого типоразмера, — отправная точка для разработки, а не готовая пропись.

Масштабирование

Процесс, отработанный на лабораторном аппарате, не переносится в производство пропорциональным пересчётом цифр. Меняются объём воздуха, скорость распыления, число форсунок и геометрия разделительной трубы, и связи между ними нелинейны.

Планируйте испытания на каждом масштабе и фиксируйте режимы, при которых получен приемлемый продукт, вместе с результатами контроля качества, по которым его оценивали.

Обратитесь в Zhengyuan

Сообщите материал-основу, требуемую форму продукта, спецификацию на покрытие или гранулы и диапазон размеров серии. Наши системы кипящего слоя принимают сменные вставки для верхнего распыления, Вурстера и тангенциального ротора, поэтому конфигурация подстраивается под ваш процесс, а не наоборот, — а если для вашего характера производства универсальный аппарат окажется неверным решением, мы скажем об этом прямо, а не станем его продавать.