Гранулирование распылением: принцип работы и когда его выбирать вместо распылительной сушки

При гранулировании распылением жидкость наносится на частицы, удерживаемые в движении потоком горячего воздуха, поэтому жидкость высыхает на поверхности частицы и гранула растёт. В грануляторе с псевдоожиженным слоем и распылением частицы — это носитель или затравочный порошок, а распыляемая жидкость — активное вещество или связующее. Продукт — гранула, крупнее и плотнее порошка после распылительной сушки, которая хорошо течёт, мало пылит и предсказуемо растворяется.

Распылительная сушка и гранулирование распылением оба распыляют жидкость в горячий воздух и оба заканчиваются сухим твёрдым веществом, поэтому их легко спутать. Разница в том, на что попадает жидкость. В распылительной сушилке она сохнет в свободном падении в виде отдельных капель и выходит мелким порошком. В грануляторе с распылением она попадает на частицы, уже находящиеся в слое, и наращивается на них. Эта единственная разница меняет размер частиц, температурный профиль и рецептуры, для которых подходит каждый процесс. В руководстве объясняются оба, показано, где каждый уместен, и дан способ выбора.

Краткий контекст: три пути от жидкости к твёрдому веществу

О пути в свободном падении см. как работает распылительная сушка. О механизме псевдоожиженного слоя, включая отличие гранулятора от сушилки, см. гранулятор псевдоожиженного слоя и сушилка с псевдоожиженным слоем. О влажном гранулировании после смешивания см. влажное и сухое гранулирование.

Как работает гранулирование распылением в псевдоожиженном слое

1. 1.Сформировать слой. Носитель или затравочный порошок загружается в аппарат. Воздух, подаваемый вверх через перфорированную решётку, поднимает и перемешивает частицы, так что они ведут себя как кипящая жидкость.
2. 2.Распылить жидкость. Форсунка распыляет жидкость, например экстракт, раствор или связующее, на движущийся слой. Существуют конфигурации с верхним, нижним и тангенциальным распылением, и выбор влияет на структуру гранул.
3. 3.Смочить, прилипнуть, вырасти. Капли смачивают поверхность частиц. Частицы сталкиваются и либо покрываются слоем, либо слипаются, образуя более крупные гранулы.
4. 4.Высушить в том же слое. Горячий воздух испаряет жидкость, пока распыление продолжается. Баланс между скоростью распыления и скоростью сушки не даёт слою стать слишком влажным или слишком сухим.
5. 5.Охладить и выгрузить. Гранулы охлаждаются в аппарате и выгружаются при целевой влажности.

Смешивание, сушка и охлаждение происходят в одном аппарате, без отдельной стадии перегрузки.

Подход SINOTHERMO на основе носителя: гранулятор с распылением PGL

Гранулятор с псевдоожиженным слоем и распылением SINOTHERMO (серия PGL) предназначен для рецептур, состоящих в основном из носителя с меньшей долей жидкого активного вещества:

• Вход: материалы-носители в виде порошка и основной материал в жидкой форме.
• Метод: носитель образует псевдоожиженный слой и служит затравочными частицами. Основной материал, как правило жидкий экстракт и меньшая часть партии, распыляется сверху и соединяется с частицами носителя на краю слоя.
• Выход: твёрдые гранулы среднего размера с влажностью 3–5 процентов.
• Тип процесса: влажное гранулирование в псевдоожиженном слое с распылением, со смешиванием, сушкой и охлаждением в одном слое.
• Сильная сторона: низкотемпературный подход с опорой на носитель подходит для термочувствительных жидких экстрактов и других основных материалов, которые разрушались бы при более высокой температуре.

Для других задач гранулирования SINOTHERMO также выпускает гранулятор псевдоожиженного слоя и гранулятор-коутер типа Вюрстера. В категории грануляторов псевдоожиженного слоя перечислена вся линейка.

Гранулирование распылением или распылительная сушка: как выбрать

Выбирайте распылительную сушку, когда жидкость — это продукт, вам нужен мелкий порошок, требуется непрерывное высокопроизводительное производство, а продукт переносит температуры процесса.

Выбирайте гранулирование распылением, когда вам нужна сыпучая гранула, а не мелкий порошок, рецептура в основном состоит из вспомогательного вещества или носителя, активное вещество — термочувствительный жидкий экстракт, либо следующая стадия (наполнение капсул, таблетирование, фасовка в саше) требует сыпучести и малой пыли.

Рассмотрите оба метода последовательно, когда порошок после распылительной сушки должен стать гранулой для удобства обращения. Распылительная сушилка с последующей стадией гранулирования обычна для продуктов, плохо растворяющихся в виде мелкого порошка.

Области применения

• Травяные и ботанические экстракты. Жидкий экстракт, распылённый на носитель, такой как мальтодекстрин, крахмал или вспомогательное вещество, даёт сыпучую гранулу, которая не слёживается. См. также распылительную сушку травяных и растительных экстрактов, где описан путь через распылительную сушилку для того же сырья.
• Фармацевтические гранулы. Рецептуры с большой долей вспомогательных веществ, где жидкое активное вещество распыляется на слой носителя.
• Пищевые ароматизаторы и ингредиенты. Жидкий ароматизатор или экстракт, гранулированный на носителе пищевого качества.
• Косметические активные вещества. Жидкие активы, гранулированные на порошковом носителе для стабильной рецептуры.
• Материалы биологического происхождения. Жидкие материалы, требующие низкотемпературного гранулирования с опорой на носитель.

Параметры процесса, определяющие качество гранул

Рост гранул зависит от баланса между смачиванием и сушкой. Если слой становится слишком влажным, частицы слипаются в комки и псевдоожижение нарушается. Если слишком сухим, капли высыхают, не долетев, и образуют мелочь. Большая часть устранения неполадок при гранулировании распылением сводится к восстановлению этого баланса.

Как читать рецептуру: на какой путь она указывает?

Возьмём две примерные рецептуры, чтобы увидеть, как решение работает на практике. Цифры условные, это не данные по продукту.

Рецептура A: травяной экстракт, у которого 15 процентов массы готового продукта составляют активные сухие вещества, а 85 процентов — вспомогательное вещество. Активное вещество — жидкий экстракт, липкий и термочувствительный. Заказчик заполняет капсулы и саше и нуждается в грануле, текущей без пыли. Экстракт — небольшая часть партии, остальное носитель, именно та ситуация, для которой рассчитан гранулятор с распылением на основе носителя. Распылительная сушка одного экстракта дала бы липкий гигроскопичный мелкий порошок, который затем пришлось бы смешивать со вспомогательными веществами и, вероятно, всё равно гранулировать.

Рецептура B: водорастворимый ароматизатор с 90 процентами активных сухих веществ, продаваемый как сыпучий порошок. Жидкость — это продукт, объём большой, мелкий размер частиц приемлем. Слоя носителя, на котором можно наращивать, нет, поэтому гранулированию распылением не от чего расти. Правильный процесс — распылительная сушилка, при необходимости с носителем вроде мальтодекстрина, добавленным в сырьё.

Закономерность проста. Большая доля носителя или вспомогательного вещества указывает на гранулирование. Большая доля активного вещества в жидкости указывает на распылительную сушку. Пограничные случаи, например рецептура наполовину из носителя, — те, где испытание окупает свою стоимость.

Заметки о масштабировании

Гранулирование распылением масштабируется размером партии. Пилотный слой даёт целевые значения скорости распыления, температуры продукта и влажности отходящего воздуха, которые затем переносятся в аппарат большего размера. Три момента помогают при переносе.

1. 1.Сохраняйте отношение скорости распыления к расходу воздуха, а не абсолютную скорость распыления. Больший слой принимает пропорционально больше жидкости, но баланс смачивания и сушки должен сохраняться.
2. 2.Воспроизводите расположение форсунок. Результат при верхнем распылении не переносится на аппарат с нижним распылением.
3. 3.Проверяйте псевдоожижение при большем диаметре. Застойные зоны и каналообразование проявляются в большем слое иначе. Фиксируйте, как движется слой во время пилотного испытания.

Для непрерывной альтернативы распылительная сушилка в производственном масштабе подбирается по испарению воды. Метод описан в подборе распылительной сушилки.

Распространённые ошибки, которых следует избегать

Заказывать сушилку с псевдоожиженным слоем, когда нужно гранулирование. В сушилке нет системы распыления. Убедитесь, что в предложение входят форсунки, насос и управление распылением. См. гранулятор псевдоожиженного слоя и сушилка с псевдоожиженным слоем.

Считать это процессом получения мелкого порошка. Гранулирование делает гранулы. Если продукт должен быть мелким порошком, используйте распылительную сушилку.

Игнорировать выбор носителя. Носитель определяет сыпучесть, растворение и совместимость с активным веществом. Проверьте его в испытании.

Задавать скорость распыления на глаз. Используйте измеренную скорость распыления относительно температуры продукта или влажности отходящего воздуха и фиксируйте её для масштабирования.

Пропускать испытание. Размер, прочность и растворение гранул зависят от рецептуры. Пилотный прогон на вашем носителе и вашей жидкости покажет, что вы получите. Наша испытательная лаборатория испытывает грануляторы наряду с сушилками и сообщает размер частиц, прочность, сыпучесть и растворение; работа является платной услугой.

Заключение

Гранулирование распылением наращивает гранулы на носителе из распылённой жидкости и является правильным путём, когда нужны сыпучесть, малая пыль и бережное обращение с жидким активным веществом в рецептуре с большой долей носителя. Распылительная сушка — правильный путь, когда нужен мелкий порошок и непрерывная производительность, а сама жидкость является продуктом. Если вы не уверены, испытайте оба метода на вашем материале.

Следующий шаг: Запросить пилотное испытание с вашей жидкостью и носителем. Пилотные испытания — платная услуга, а отчёт сравнивает свойства гранул или порошка, чтобы вы могли выбрать процесс по измеренным результатам.

Часто задаваемые вопросы

Что такое гранулирование распылением?

Гранулирование распылением наносит жидкость на частицы, удерживаемые в движении в горячем воздухе, обычно в псевдоожиженном слое. Жидкость высыхает на частицах и наращивает гранулы. Результат — плотная сыпучая гранула с малым пылением.

В чём разница между гранулированием распылением и распылительной сушкой?

При распылительной сушке жидкость сохнет в свободном падении в виде отдельных капель и становится мелким порошком. При гранулировании распылением жидкость попадает на частицы в слое и наращивается на них, поэтому продукт — более крупная и плотная гранула.

Что такое гранулятор с псевдоожиженным слоем и распылением?

Аппарат с псевдоожиженным слоем и системой распыления. Носитель или затравочный порошок удерживается во взвешенном состоянии восходящим потоком горячего воздуха, на него распыляется жидкость, и гранулы растут и сохнут в том же слое. Модель PGL от SINOTHERMO использует слой носителя с распыляемым жидким экстрактом.

Какая влажность у гранул?

Гранулятор с псевдоожиженным слоем и распылением SINOTHERMO даёт гранулы с влажностью 3–5 процентов в зависимости от настроек процесса.

Какие продукты подходят для гранулирования распылением?

Жидкие травяные и ботанические экстракты на носителях, фармацевтические рецептуры с большой долей вспомогательных веществ, пищевые ароматизаторы, косметические активные вещества и жидкости биологического происхождения, требующие низкотемпературного гранулирования.

Можно ли использовать вместо этого распылительную сушилку?

Если вам нужен мелкий порошок и продукт переносит процесс, да. Если нужна гранула с хорошей сыпучестью и малой пылью или рецептура в основном состоит из носителя, обычно лучше подходит гранулирование распылением. Испытание на вашем материале это подтвердит.

Как узнать, какой процесс подходит моему продукту?

Проведите испытание. Пилотные испытания — платная услуга, и вы можете запросить её на странице контактов. Мы сравниваем свойства порошка или гранул по каждому пути.