挤出滚圆机、微丸机-重庆诚名通科技有限公司

挤出滚圆工艺探讨

文中华重庆诚名通科技有限公司

挤出滚圆工艺以其工艺稳定、生产量大，质量可靠的优点，在医药、化工、饲料、食品等行业的应用越来越广泛，已成为微丸生产的主要工艺之一。

但挤出滚圆工艺受配方及设备的影响较大，要得到好的挤出滚圆生产系统，除了要有精良的配方之外，设备的选择及正确的生产工艺至关重要。

设备的选择：

一、挤出机

挤出机是将混（捏）合好的软材经挤压后通过模板成为条状物料的设备，挤出机的种类也很多，和挤出滚圆工艺相关的主要有单螺杆挤条机、异向相切型挤条机、异向啮合型挤条机、同向啮合型挤条机、旋压制粒机、摇摆制粒机、柱塞式挤出机等，本公司最近新开发一种低温升、小挤出孔、大生产量的行星辊轮旋压制粒机，是一种比较理想的几条设备。

挤出机的分类：

1、按照工作原理来分：动压挤出和静压挤出

动压挤出的挤出压力是脉动的，是依靠瞬间压力将物料挤出模板成为条状颗粒；静压挤出是靠静压力将物料挤出成条。

动压挤出可通过一定方式转换为静压挤出（螺杆类），以提高挤出物料出料的均匀性，特别适合于中药制丸机等需要出条均匀的场合。

2、按挤出压力高低来分：高压挤出和低压挤出

高压挤出机的挤出压力高，挤出孔板长径比大，可得到高致密度的条状物料；低压挤出机的挤出压力低，挤出孔板板长径比小，挤出物料较为疏松。

医药行业挤出滚圆一般使用低压挤出机，挤出设备的选用应该根据物料的性质而定，不可照搬所谓的成功经验。

挤出机分类

一般来说，选用挤出机时，大致需要考虑以下几种因素：

常用物料根据挤出滚圆的工艺性考虑，可分为以下几种情况进行讨论：

1、粘性：高粘性物料挤出性能好，但需要较大的挤出压力，采用单螺杆挤出机，小产量也可用柱塞式挤出机；低粘性物料，如含油脂的物料、含蜡质的物料，或高含水率的物料，一般挤出机不能有效建立挤出压力，必须使用同向啮合双螺杆挤出机。粘性适中的物料，一般挤出机均可胜任。

2、含水（液）率：以含水率25～30%为一般物料，高于的成为高含水（液）率物料，低于的可称为低含水（液）率物料。

含水率低，往往引起软材流动性不好，挤出需要很大的力量，可选用单螺杆挤出机及异向啮合双螺杆挤出机；含水率很高，物料易打滑，只能用同向啮合双螺杆挤出机。

含水率一般的物料，可根据情况选用采用其他挤出机亦可。

3、热敏性：以耐热50℃为界限，低于此线的为热敏性物料，其余为正常物料。

单双螺杆挤出机挤出过程中均会产生较大热量，不适用于热敏性物料，这时用旋压制粒机，特别是行星辊轮旋压制粒机适合。

4、软化点：以耐热60℃为界限，低于此温度计发生软化变软的物料为低软化点物料，其余为正常物料。

低软化点物料，在挤出时由于升温软化，螺杆挤出机中除同向啮合双螺杆挤出机外均不能正常工作，可采用同向啮合双螺杆挤出机、柱塞式挤出机、普通旋压制粒机、行星辊轮旋压制粒机等设备。

5、塑性：干粉摩擦系数大的、与液体结合不好的物料（特别是无机盐类）得到的软材一般塑性不好，挤出过程中很容易因为摩擦升温影响挤出。

对这种物料，螺杆挤出机均不适合（磨损大，会引起极大温升），采用摇摆制粒机、普通旋压制粒机、行星辊轮旋压制粒机等。

6、致密性：为得到高致密性的物料，可使用高压螺杆挤出机等；为得到较为疏松的物料，可采用旋压制粒机、摇摆制粒机等。

下面对医药行业常用的一些设备做一简要介绍，让读者有一个初步了解。

1、摇摆制粒机

摇摆制粒机可以将混合的粉末状物制成颗粒，也可将块状的干料粉碎成所需的颗粒。适用于制药、化工、食品等行业批量生产。

摇摆制粒机得到的条状颗粒输送，细粉较多，用于挤出滚圆工艺收率不高，但其价格便宜，也具有一定优势。

2、旋压制粒机

旋压制粒机是挤出滚圆工艺中比较理想的挤出设备，得到的产品密度高于摇摆制粒机，低于螺杆挤条机。

旋压制粒机具有温升低、产量大的优点。

典型产品：德国GEA集团的NICA系统，重庆帕泰克等。

3、单螺杆挤出机

单螺杆挤条机结构简单，使用方便，但其温升较大，主要用于小实验使用。

其挤出方式有平板前挤出、周向侧挤出及半球头前挤出等。

典型产品：英国CALEVA、德国LCI、德国GABLER、重庆英格造粒等。

4、异向相切型双螺杆挤出机

双螺杆挤出，螺杆螺棱相切，转向相反，挤出方式有平板前挤出、双球头前挤出及侧向挤出型等。

该机产量大，物料适应性较好，是挤出滚圆工艺中使用较为普遍的设备。

典型产品：德国LCI、重庆英格造粒等。

5、异向啮合型双螺杆挤出机

两根螺杆旋向相反，转向相向，其中一根螺杆的螺棱嵌入另一根螺杆的螺槽内。该机挤出压力大，进料顺利，主要用于需得到高致密度的物料挤出。

挤出方式：平板前挤出。

典型产品：华南理工大学、重庆力谱制药机械有限公司等。

6、同向啮合双螺杆挤出机

两根螺杆旋向一致，转向相同，其中一根螺杆的螺棱嵌入另一根螺杆的螺槽内。

该机螺杆具有自清理能力，物料不会粘在螺杆上，物料适应性，对大多数物料均能顺利挤出。

典型产品：德国GABLER，重庆力谱制药机械有限公司等。

7、柱塞式挤出机

依靠液压缸的动力或机械传递的动力利用柱塞将机筒内的物料强制由模板挤出，是一种很简单的挤出设备。

柱塞式挤出机主要用于高密度物料实验，也可用于一些特殊物料的挤出，如高粘性物料。

该机得到的产品致密度高，挤出质量好，有利于均匀排列成型。

典型产品：重庆力谱制药机械有限公司、淄博悦诚等。

8、对齿辊压制粒机

该机利用一对非传动啮合齿轮作为挤压工作部件，其原理为容积式连续压缩挤出造粒。在两齿轮齿根处开有对应排数的柱形通孔，齿轮芯部为中空，柱形通孔从齿根直接与芯部中空部分导通。随着齿轮的同步反向旋转，进入两齿轮间的物料均匀填充在各齿槽内，同时一个齿轮的齿顶将配对齿轮齿槽内的物料强制压入齿根开孔中，并从中空齿轮芯部内壁挤出。内壁处设置有切刀将条状物料切断，从而得到长短一致的圆柱状颗粒物料。

该机对物料的适应范围更广，颗粒强度高，且长短均匀。颗粒形状为圆柱状，直径一般可在之间选择，成粒率≥95%。

典型产品：英国CALEVA，南京三普造粒

9、行星辊轮旋压制粒机

利用辊轮代替旋转制粒机的刮板，效率更高。

工作中，辊轮既做自转运动，又做公转运动，对物料进行碾压并由筛孔挤出成型。辊轮有被动型辊轮和主动型辊轮两种，被动型辊轮随行星架公转，并在摩擦力的作用下自转；主动型辊轮采用行星运动原理，自转、公转均由齿轮传动，不存在辊轮不转的情况，效率更高。

典型产品：英国CALEVA（被动型辊轮）重庆力谱制药机械有限公司（主动型辊轮，产品）

特别介绍：主动型行星辊轮旋压制粒机

现有的挤出设备，主要有螺杆类挤出机、旋压制粒机、摇摆制粒机这几类。其中，螺杆类挤出机温升高，使用受到极大限制；旋压制粒机产量大，温升低，但大型化很难，且使用寿命有限；摇摆制粒机筛网易坏，挤出产物疏松，粉末多，基本不能用于挤出滚圆工艺。

重庆力谱制药机械有限公司研究人员分析了各种常用制粒机的特点，发现旋压制粒机筛蓝式挤出产量大，但其挤压部件效率低；而饲料环模制粒机挤压部件效率相当高，其关键就在于用辊轮代替刮板，变滑动摩擦为滚动摩擦，生产量大。

经过公司技术人员的不断改进，最终研制成功产品：行星辊轮旋压制粒机（申请号：.7,.2）。

工作原理：

如图所示，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。

结构优势：

1）辊轮与挤出网板紧密贴合，且辊轮自转与公转线速度一致，不存在打滑现象，为纯滚动摩擦

2）挤出孔板外面有加强层，挤出孔板不会变形，寿命长

3）挤出孔板采用夹紧式结构，无需焊接，安装维护方便

4）可采用标准冲孔板，不需要焊接打磨，损坏后可自行更换，运行费用低

运行优势：

1）挤出效率高，能耗低

2）标准冲孔板，只需简单下料，冲孔板可以自己采购，配件消耗极低，节约大量配件费用。

该机的出现，解决了以下几方面的问题：

1、控制挤出温升：因为酶制剂等行业物料具有热敏性的特点，一般不能超过40℃，一般的挤出机发热严重，显然不适合。行星辊轮旋压制粒机无物料输送过程，辊轮直接碾压挤出，温升低，溶剂不易挥发。

具体温度控制措施：

1）本机传动箱及挤出端头有冷却夹层，可通入冷却水进行冷却。

2）本机旋压辊轮内部可通冷却水，这是本机的核心，能有效降低挤出温度

3）本机安装有温度传感器，用于检测挤出物料的温度，并根据温度的高低，控制进料速度和挤出速度，以确保温度不会过高而损坏物料。若物料温度过高，超过设定值，自动停机并报警。

2、大产量：

1）该机不存在滑动摩擦，可以高速运行而不影响挤出。

2）该机挤出面积大，挤出孔多；挤出网板360度周向出料。

3）挤出辊轮与挤出筛网之间基本为零间隙，对物料挤压作用，物料与辊轮接触即被强制碾压挤出，不存在物料在设备里面长时间不能挤出的情况。

以上特点，让该机有优于其他挤出机的极大优势，经实际检测，效率可比普通螺杆挤出机高50%～200%。

3、小孔挤出：要做到小孔挤出顺利，必须建立的动压挤出压力。该机挤出辊轮与孔板贴合紧密，基本为零间隙，而且辊轮与孔板之间为纯滚动，可建立的挤出压力，最小挤出孔径可达。螺杆类挤出机和普通旋压制粒机挤出部分与挤出板均存在较大间隙，依靠挤出部件与物料间的摩擦力而形成和孔板间的挤出力，由于物料较软，挤出力一般不大，若孔径小于则很难挤出。

4、广泛的物料适应能力：该机挤出部位各运动均采用机械传动，对物料的摩擦依赖性小，各类物料均能顺利挤出。

二、离心滚圆机

挤出机得到的条状物料在离心滚圆机内随转盘高速旋转，在滚圆机内存在以下几种力的作用：物料与转盘间的摩擦力、物料之间的摩擦力、物料与筒壁的摩擦力、滚圆齿对物料的切断力。物料被切断后，在几种摩擦力的作用下物料既作公转运动，自身也做自转翻滚运动，这种运动的结果即使软的条状颗粒最终球化成球形微丸（球形颗粒具有最小势能，是变形的最终结果）。

离心滚圆机的关键在于滚圆盘，滚圆盘的关键在于切断齿的形状。滚圆盘齿的种类繁多，常用的有四棱台型方格齿、斜四面体尖齿型两种。

1、方格齿：比较通用的切断齿，适用于物料不是很紧密，粘性不是很大的物料。

典型产品：德国LCI、GABLER、NICA、重庆英格造粒等。

2、尖齿：切断能力强，适用范围广，对高粘度物料液能有效切断并球化。

典型产品：德国GLATT、重庆力谱制药机械有限公司等

离心滚圆机选用原则：

1、高粘度物料：选用尖齿滚圆盘，转盘速度要快，以达到切断物料并成丸的目的。

2、一般物料：采用方格齿滚圆盘，有效成丸而且不会产生太多细粉。

3、与水分结合力弱物料：在离心力的作用下，水分会渗透到表面形成粘连，要求滚圆机上有添加干粉防粘的设施

4、润湿剂易挥发的物料：乙醇等易挥发物料作为润湿剂，滚圆中易失去液体造成物料干燥无法滚圆，要求滚圆机上有喷液的设施并密闭运行。

离心滚圆机的使用技巧：

1、分段速度控制方式

滚圆过程中，从条料进入滚圆机的切断，进而球化成丸，最后抛光，每一过程段需要的速度及时间是不一样的，可设置多段速度及时间，以达到的滚圆效果。

2、多级串联组合方式

在大生产过程中，为提高生产效率和成丸效果，可设置多级滚圆串联作业，每一级滚圆可适用不同的齿盘，不同的滚圆速度和时间，以达到快速切断、球化、抛光的需要。

3、滚圆中提高圆整度的措施

有些物料成球性能不好，可加入研磨球，增强物料变形能力，提高圆整度。

4、防止滚圆过程中粘连的措施

有些物料滚圆时液体会在离心力作用下渗透到微丸表面引起粘连，可增加干粉送入设施，保证滚圆过程中微丸表面保持干燥。

另外，对吸潮物料，应保证环境的低湿度。

5、防止滚圆过程中液体快速挥发的措施

对采用乙醇等有机溶剂润湿的物料，操作环境应保持恒温恒湿，避免溶剂过快挥发影响滚圆效果。

滚圆过程中可增加喷枪喷入适量溶剂，保证微丸的湿润程度而利于成球。

6、滚圆机增加高速切刀的作用

1）用于高粘度物料，帮助将物料打断

2）用于得到小的微丸，有些用户需要得到极细的微丸颗粒，可使用高速切刀将物料打碎，进而球化。

7、热熔滚圆

对某些低熔点物料的滚圆，可在滚圆机夹套内通入热水（油）对物料进行加热，同时吹入热风，保证物料温度在易变形区域，以达到变形成微丸的目的。

8、增加清盘装置、刮壁装置

滚圆过程中滚圆盘不可避免的会粘附物料，盘齿不再起作用，这时应该清理，清理方法：采用高压气刀和高压水刀。

清理过程可自动进行，由相关程序控制即可。

三、挤出滚圆设备配置方法

1、实验系统：

实验系统的配置，可根据一次投料量来进行选择，一般来说，一次投料量在100克以下的可选用迷你型挤出滚圆设备，一次投料量在500克以下的可选用RE150+R250的挤出滚圆组合。

2、中试系统：每小时20公斤到100公斤，推荐选用RE-250行星辊轮旋压制粒机和R-500离心滚圆机

3、生产线配置：对大生产而言，全自动挤出滚圆生产线是可以需要的。

挤出滚圆机生产线是应该包含粉料输送、粉料计量、液体计量、湿法混合、软材输送、挤出成条、滚圆、干燥、筛分等完整流程的系统，系统组合方式多样，可根据不同物料性质、不同质量要求进行相应取舍。

连续型挤出滚圆生产线流程大致如下：

1、软材制备：在湿法混合制粒机内将粉料与液体混合成软材

2、挤出：制得的软材放入螺旋送料机，匀速加入挤出机，挤出成条

3、计量：挤出的条料由计量料仓收集，达到一定量后放入离心滚圆机

4、滚圆：条状物料在离心滚圆机内切断球化成微丸

连续性生产线的设计与单机有不同的地方，每台设备都应考虑工作的连续、稳定，尽量不要出现堵料等情况。

与之配套，可在前级引入配料系统、输送系统、粉碎系统等设备；在后级添加干燥设备、筛分设备，使之能完成整个生产流程，直接得到合格产品。

四、特殊物料挤出滚圆工艺

1、高粘度物料挤出滚圆工艺

高粘度物料是挤出滚圆工艺中最难做的，常规认为不能用挤出滚圆工艺。

重庆力谱制药机械有限公司经过充分实验，结合其他行业的挤出制粒工艺，开发出了一套用于高粘度物料的挤出滚圆工艺，对一些物料的效果还是不错。

工艺方法一：预切撒粉滚圆

高粘度物料挤出滚圆中存在以下难点：

1）混合：采用普通混合机，液体与干粉不易混合均匀，可采用捏合机进行混合，也可使用螺杆挤出机反复挤压（炼药），使液体与干粉充分混匀。

2）挤出：高粘度物料需用高压力的挤出机，如柱塞式挤出机、螺杆挤出机等，高压力下能很好成型。高粘度物料挤出后极易粘在一起，因此挤出孔的排列很关键，只能采用平行规则排列，使挤出物料不会交叉，挤出后的物料需由不粘物料的输送带输送出去。输送的过程中需进行吹风或表面喷洒干粉，以达到表面不粘的目的。粘性很大的物料可用切刀切成均匀的颗粒，然后滚圆，粘性不是很大也可不切，直接滚圆。

3）滚圆：粘性物料的滚圆和常规物料不一样，要求滚圆盘上的切割齿要锋利，转盘速度要快，以到达将物料切断球化的目的。滚圆盘有两个作用，其上满布的尖齿实际上是切断刀，将条状物料切断；旋转形成的摩擦力又带动物料既公转又自转做翻滚运运动最终球化成丸。

工艺方法二：二次造粒

有些粘性物料，可先使用流化床或湿法混合制粒机喷入少量的液体润湿成小颗粒，稍干燥一下，再与液体混合成软材。

经此操作，物料粘性大为降低，挤出滚圆得以顺利进行。

工艺方法三：表面改性

用适合的表面改性材料，将粘性粉末进行表面改性，使其不再具有强粘性，然后再按照常规挤出滚圆操作方式进行即可。

2、 热敏性物料挤出滚圆

酶制剂、菌类以及一些特殊物料均具有热敏性，温度稍高即失去活性。

热敏性物料的挤出滚圆温度控制是关键，最关键的一步又在与挤出机。因此合理选择挤出机是该工艺能否成功的决定性因素。

螺杆类挤出机输送原理上来说就是依靠摩擦力来进行的，而且存在漏流的情况，发热在所难免，即使加上冷却设施也无多大效果，是不可取的。

此类物料，可采用摇摆制粒机、旋压制粒机，行星辊轮旋压制粒机。行星辊轮旋压制粒机是该类物料的，该机以辊轮碾压为主，摩擦力起作用的成分少，温升。

热敏性物料挤出滚圆，所有设备均应作降温处理，湿法混合制粒机应做双层夹套，混合作业时通入冷却水进行冷却；输送软材的螺旋送料机也应做夹套，通入冷却水降温；挤出机时最易生热的设备，选用带冷却功能的行星辊轮旋压制粒机，配合严格的温度检测，可保证挤出温度在40℃以下；滚圆机也做双层夹套，通入冷却水降温。