制粒是为改善粉末流动性而使较细颗粒团聚成粗粉团粒的工艺,其主要把粉末、熔融液、水溶液等状态的物料经加工制成具有一定形状与大小粒状物。
目前常用的制粒方式主要包括:湿法制粒、挤出制粒、干法制粒、流化床制粒、喷雾制粒、离心制粒等。
1.湿法制粒
在原辅料粉末中加入粘合剂或润湿剂先制成软材,再经过筛而制成湿颗粒,湿颗粒经干燥后整粒记得颗粒产品。湿法制粒的颗粒具有流动性好、外形美观、耐磨性较强,粉尘飞扬少等优点,在饲料添加剂工业中应用最为广泛。
湿法制粒一般按照制软材、制粒、干燥、过筛的工序依次进行,下文将分别对其进行介绍。
1.1制软材
将按配方混合好的粉末加入适量润湿剂或粘合剂,搅拌均匀,制成松、软、黏、湿适合的软材。这一步粘合剂的用量至关重要。一般情况下,粘合剂用量多、混合搅拌强度大、时间长,制得的颗粒密度和硬度大,但往往软材粘度升高制颗粒工序难度更大。当物料溶解性大,或粘性强时,可采用非水溶剂如乙醇等制粒,或者采用一定浓度的乙醇制粒,此时一定要注意非水溶剂的使用安全。
在实际生产中,一般凭借生产者的经验来掌握软材的干湿程度,即轻握成团,揉之即散。但只凭借经验来操作是不科学的,可通过测量混合机搅拌(剪切)电机扭矩来控制终点,比如通过观察湿法制粒机混合(剪切)电机电流变化情况,控制生产终点,从而保证了批间均匀性。
图1:湿法制粒设备
另外,也有人使用槽型混合机制软材。槽型混合机通过搅拌、揉捏的方式制备的软材一般更为松散。更主要的是,槽型混合机生产时间长,这就要求粘合剂加入速度更慢,否则极易局部过湿、过粘。另外,槽型混合机有无法搅拌到的死角,故其使用具有一定的局限性。
1.2制粒
制粒是指将制得的软材通过手工或机械的方法挤压通过筛网,即得湿颗粒。常用的制粒方法和设备主要有以下几种:
1.2.1摇摆制粒机
摇摆制粒机是最常见的制粒设备之一,其优点是适用于大多数产品,但缺点也很多。比如易堵死,筛网易破等。有个使用湿法制粒机的小技巧:将摇摆制粒机的滚轴贴近筛网面打磨光滑圆润,可以大大减少筛网的损耗。目前常用的筛网包括尼龙筛网、镀锌筛网、不锈钢筛网和筛板。尼龙筛网有弹性,不易破,但同时也使得出料量更低;镀锌筛网价格便宜,易破,且有时有金属屑脱落,可能对后续工序有影响;不锈钢筛网价格较贵,弹性和刚性都比较理想,相对来说性价比较高;筛板价格最高,看似耐用,但对于需要大批量生产的饲料添加剂来说,其磨损率并不低,总的来说,性价比并不高。
1.2.2挤出制粒
近年来,国内很多设备厂家推出挤出制粒设备。需要注意的是,并不是所有挤出设备都适用于饲料添加剂的生产。
常见的挤出设备包括单/双螺杆挤出机、行星轮挤出机等。单/双螺杆挤出设备产量低,筛板昂贵,不适用于饲料添加剂的生产;行星轮挤出设备产量视物料和挤出孔径,可高达500公斤/小时。如图2所示,行星轮安装在行星架上,与挤出网板内壁紧贴在一起。行星轮随行星架公转,同时行星轮作自转运动。这两个运动都是由齿轮传动机构强制驱动,不存在打滑的现象。物料进入设备,受行星轮的碾压作用,迅速由挤出网板挤出成条状颗粒。这里需要注意的是,一般饲料添加剂使用的筛板孔径为0.4mm-0.8mm,孔径小,挤出阻力大,因此对软材来说,远比摇摆制粒机要求更高,过干、过湿、过粘均不符合要求。另外,筛板的厚薄、孔板的开孔率也影响着产量和筛板寿命。
图2:行星轮挤出制粒设备示意图
旋压式制粒机是使软材和未成形的粒团物料,受旋转的旋压刀的推动、挤压,通过规律性地均匀分布一定孔径的筛筒,被切割,而获得符合要求的合格颗粒,通过转动的集料盘自动出料。视物料特性和筛孔孔径,产量可达1000kg/小时。
图3:旋压式制粒机
旋压式制粒机和行星轮挤出机区别:
1.2.3湿法整粒
颗粒往往是饲料添加剂的最终形态,因此要求颗粒外观光滑、圆润、具有适当的硬度,以减少成品在运输途中摩擦产生细粉。因此制得湿颗粒后,饲料添加剂的生产一般会增加一步湿法整粒工序。通常在药品生产中是没有这个工序的。
在饲料添加剂生产中,一般使用抛丸机(滚圆机)进行湿法整粒。由于转盘离心力、颗粒与转盘、筒壁及颗粒之间的摩擦力、以及转盘与物料筒体之间的气体推力的综合作用,所有颗粒处于三维螺旋滚动中,形成均匀的搓揉作用,使颗粒迅速切断,滚圆成球形或近球形。该设备单锅产量一般为数十公斤,但生产周期约为几分钟,故每小时产量能达到数百公斤。
值得注意的是,抛丸机(滚圆机)转盘分光盘和齿盘。光盘一般用于对颗粒球形度要求不高,只是简单打断的产品;齿盘又分为尖齿和粗齿,一般来说,尖齿对打断物料、迅速滚圆有利,适用于粘性较大的物料;粗齿适用于含水量低,需长时间滚圆的物料。但需要注意,齿盘的槽内会残留物料。
在抛丸机(滚圆机)内加装喷枪和撒粉装置,通过控制风量、流速、温度等参数,可以直接制丸,这种工艺称之为离心造粒技术。这种技术一般用于人用药品生产,在饲料添加剂生产中较少用到,因为其产量低、生产周期长。
其他的制粒设备如湿法整理机,是常见的制药设备,产量一般为数十公斤每小时,并不适用于需要大批量生产的饲料添加剂。