擠 出 滾 圓 工 藝 探 討

文中華 重慶誠名通科技有限公司

擠出滾圓工藝以其工藝穩定、生產量大，質量可靠的優點，在醫藥、化工、飼料、食品等行業的應用越來越廣泛，已成為微丸生產的主要工藝之一。

但擠出滾圓工藝受配方及設備的影響較大，要得到好的擠出滾圓生產系統，除了要有精良的配方之外，設備的選擇及正確的生產工藝至關重要。

設備的選擇：

一、擠出機

擠出機是將混（捏）合好的軟材經擠壓后通過模板成為條狀物料的設備，擠出機的種類也很多，和擠出滾圓工藝相關的主要有單螺桿擠條機、異向相切型擠條機、異向嚙合型擠條機、同向嚙合型擠條機、旋壓制粒機、搖擺制粒機、柱塞式擠出機等，本公司最近新開發一種低溫升、小擠出孔、大生產量的行星輥輪旋壓制粒機，是一種比較理想的幾條設備。

擠出機的分類：

1、按照工作原理來分：動壓擠出和靜壓擠出

動壓擠出的擠出壓力是脈動的，是依靠瞬間壓力將物料擠出模板成為條狀顆粒；靜壓擠出是靠靜壓力將物料擠出成條。

動壓擠出可通過一定方式轉換為靜壓擠出（螺桿類），以提高擠出物料出料的均勻性，特別適合于中藥制丸機等需要出條均勻的場合。

2、按擠出壓力高低來分：高壓擠出和低壓擠出

高壓擠出機的擠出壓力高，擠出孔板長徑比大，可得到高致密度的條狀物料；低壓擠出機的擠出壓力低，擠出孔板板長徑比小，擠出物料較為疏松。

醫藥行業擠出滾圓一般使用低壓擠出機，擠出設備的選用應該根據物料的性質而定，不可照搬所謂的成功經驗。

擠出機分類

一般來說，選用擠出機時，大致需要考慮以下幾種因素：

常用物料根據擠出滾圓的工藝性考慮，可分為以下幾種情況進行討論：

1、粘性：高粘性物料擠出性能好，但需要較大的擠出壓力，采用單螺桿擠出機，小產量也可用柱塞式擠出機；低粘性物料，如含油脂的物料、含蠟質的物料，或高含水率的物料，一般擠出機不能有效建立擠出壓力，必須使用同向嚙合雙螺桿擠出機。粘性適中的物料，一般擠出機均可勝任。

2、含水（液）率：以含水率25～30%為一般物料，高于的成為高含水（液）率物料，低于的可稱為低含水（液）率物料。

含水率低，往往引起軟材流動性不好，擠出需要很大的力量，可選用單螺桿擠出機及異向嚙合雙螺桿擠出機；含水率很高，物料易打滑，只能用同向嚙合雙螺桿擠出機。

含水率一般的物料，可根據情況選用采用其他擠出機亦可。

3、熱敏性：以耐熱50℃為界限，低于此線的為熱敏性物料，其余為正常物料。

單雙螺桿擠出機擠出過程中均會產生較大熱量，不適用于熱敏性物料，這時用旋壓制粒機，特別是行星輥輪旋壓制粒機適合。

4、軟化點：以耐熱60℃為界限，低于此溫度計發生軟化變軟的物料為低軟化點物料，其余為正常物料。

低軟化點物料，在擠出時由于升溫軟化，螺桿擠出機中除同向嚙合雙螺桿擠出機外均不能正常工作，可采用同向嚙合雙螺桿擠出機、柱塞式擠出機、普通旋壓制粒機、行星輥輪旋壓制粒機等設備。

5、塑性：干粉摩擦系數大的、與液體結合不好的物料（特別是無機鹽類）得到的軟材一般塑性不好，擠出過程中很容易因為摩擦升溫影響擠出。

對這種物料，螺桿擠出機均不適合（磨損大，會引起極大溫升），采用搖擺制粒機、普通旋壓制粒機、行星輥輪旋壓制粒機等。

6、致密性：為得到高致密性的物料，可使用高壓螺桿擠出機等；為得到較為疏松的物料，可采用旋壓制粒機、搖擺制粒機等。

下面對醫藥行業常用的一些設備做一簡要介紹，讓讀者有一個初步了解。

1、搖擺制粒機

搖擺制粒機可以將混合的粉末狀物制成顆粒，也可將塊狀的干料粉碎成所需的顆粒。適用于制藥、化工、食品等行業批量生產。

搖擺制粒機得到的條狀顆粒輸送，細粉較多，用于擠出滾圓工藝收率不高，但其價格便宜，也具有一定優勢。

2、旋壓制粒機

旋壓制粒機是擠出滾圓工藝中比較理想的擠出設備，得到的產品密度高于搖擺制粒機，低于螺桿擠條機。

旋壓制粒機具有溫升低、產量大的優點。

典型產品：德國GEA集團的NICA系統，重慶帕泰克等。

3、單螺桿擠出機

單螺桿擠條機結構簡單，使用方便，但其溫升較大，主要用于小實驗使用。

其擠出方式有平板前擠出、周向側擠出及半球頭前擠出等。

典型產品：英國CALEVA、德國LCI、德國GABLER、重慶英格造粒等。

4、異向相切型雙螺桿擠出機

雙螺桿擠出，螺桿螺棱相切，轉向相反，擠出方式有平板前擠出、雙球頭前擠出及側向擠出型等。

該機產量大，物料適應性較好，是擠出滾圓工藝中使用較為普遍的設備。

典型產品：德國LCI、重慶英格造粒等。

5、異向嚙合型雙螺桿擠出機

兩根螺桿旋向相反，轉向相向，其中一根螺桿的螺棱嵌入另一根螺桿的螺槽內。該機擠出壓力大，進料順利，主要用于需得到高致密度的物料擠出。

擠出方式：平板前擠出。

典型產品：華南理工大學、重慶力譜制藥機械有限公司等。

6、同向嚙合雙螺桿擠出機

兩根螺桿旋向一致，轉向相同，其中一根螺桿的螺棱嵌入另一根螺桿的螺槽內。

該機螺桿具有自清理能力，物料不會粘在螺桿上，物料適應性，對大多數物料均能順利擠出。

典型產品：德國GABLER，重慶力譜制藥機械有限公司等。

7、柱塞式擠出機

依靠液壓缸的動力或機械傳遞的動力利用柱塞將機筒內的物料強制由模板擠出，是一種很簡單的擠出設備。

柱塞式擠出機主要用于高密度物料實驗，也可用于一些特殊物料的擠出，如高粘性物料。

該機得到的產品致密度高，擠出質量好，有利于均勻排列成型。

典型產品：重慶力譜制藥機械有限公司、淄博悅誠等。

8、對齒輥壓制粒機

該機利用一對非傳動嚙合齒輪作為擠壓工作部件，其原理為容積式連續壓縮擠出造粒。在兩齒輪齒根處開有對應排數的柱形通孔，齒輪芯部為中空，柱形通孔從齒根直接與芯部中空部分導通。隨著齒輪的同步反向旋轉，進入兩齒輪間的物料均勻填充在各齒槽內，同時一個齒輪的齒頂將配對齒輪齒槽內的物料強制壓入齒根開孔中，并從中空齒輪芯部內壁擠出。內壁處設置有切刀將條狀物料切斷，從而得到長短一致的圓柱狀顆粒物料。

該機對物料的適應范圍更廣，顆粒強度高，且長短均勻。顆粒形狀為圓柱狀，直徑一般可在之間選擇，成粒率≥95%。

典型產品：英國CALEVA，南京三普造粒

9、行星輥輪旋壓制粒機

利用輥輪代替旋轉制粒機的刮板，效率更高。

工作中，輥輪既做自轉運動，又做公轉運動，對物料進行碾壓并由篩孔擠出成型。輥輪有被動型輥輪和主動型輥輪兩種，被動型輥輪隨行星架公轉，并在摩擦力的作用下自轉；主動型輥輪采用行星運動原理，自轉、公轉均由齒輪傳動，不存在輥輪不轉的情況，效率更高。

典型產品：英國CALEVA（被動型輥輪） 重慶力譜制藥機械有限公司（主動型輥輪，產品）

特別介紹：主動型行星輥輪旋壓制粒機

現有的擠出設備，主要有螺桿類擠出機、旋壓制粒機、搖擺制粒機這幾類。其中，螺桿類擠出機溫升高，使用受到極大限制；旋壓制粒機產量大，溫升低，但大型化很難，且使用壽命有限；搖擺制粒機篩網易壞，擠出產物疏松，粉末多，基本不能用于擠出滾圓工藝。

重慶力譜制藥機械有限公司研究人員分析了各種常用制粒機的特點，發現旋壓制粒機篩藍式擠出產量大，但其擠壓部件效率低；而飼料環模制粒機擠壓部件效率相當高，其關鍵就在于用輥輪代替刮板，變滑動摩擦為滾動摩擦，生產量大。

經過公司技術人員的不斷改進，最終研制成功產品：行星輥輪旋壓制粒機（申請號：.7,.2）。

工作原理：

如圖所示，行星輪安裝在行星架上，與擠出網板內壁緊貼在一起。行星輪隨行星架公轉，同時行星輪作自轉運動。這兩個運動都是由齒輪傳動機構強制驅動，不存在打滑的現象。

物料進入設備，受行星輪的碾壓作用，迅速由擠出網板擠出成條狀顆粒。

結構優勢：

1）輥輪與擠出網板緊密貼合，且輥輪自轉與公轉線速度一致，不存在打滑現象，為純滾動摩擦

2）擠出孔板外面有加強層，擠出孔板不會變形，壽命長

3）擠出孔板采用夾緊式結構，無需焊接，安裝維護方便

4）可采用標準沖孔板，不需要焊接打磨，損壞后可自行更換，運行費用低

運行優勢：

1）擠出效率高，能耗低

2）標準沖孔板，只需簡單下料，沖孔板可以自己采購，配件消耗極低，節約大量配件費用。

該機的出現，解決了以下幾方面的問題：

1、控制擠出溫升：因為酶制劑等行業物料具有熱敏性的特點，一般不能超過40℃，一般的擠出機發熱嚴重，顯然不適合。行星輥輪旋壓制粒機無物料輸送過程，輥輪直接碾壓擠出，溫升低，溶劑不易揮發。

具體溫度控制措施：

1）本機傳動箱及擠出端頭有冷卻夾層，可通入冷卻水進行冷卻。

2）本機旋壓輥輪內部可通冷卻水，這是本機的核心，能有效降低擠出溫度

3）本機安裝有溫度傳感器，用于檢測擠出物料的溫度，并根據溫度的高低，控制進料速度和擠出速度，以確保溫度不會過高而損壞物料。若物料溫度過高，超過設定值，自動停機并報警。

2、大產量：

1）該機不存在滑動摩擦，可以高速運行而不影響擠出。

2）該機擠出面積大，擠出孔多；擠出網板360度周向出料。

3）擠出輥輪與擠出篩網之間基本為零間隙，對物料擠壓作用，物料與輥輪接觸即被強制碾壓擠出，不存在物料在設備里面長時間不能擠出的情況。

以上特點，讓該機有優于其他擠出機的極大優勢，經實際檢測，效率可比普通螺桿擠出機高50%～200%。

3、小孔擠出：要做到小孔擠出順利，必須建立的動壓擠出壓力。該機擠出輥輪與孔板貼合緊密，基本為零間隙，而且輥輪與孔板之間為純滾動，可建立的擠出壓力，最小擠出孔徑可達。螺桿類擠出機和普通旋壓制粒機擠出部分與擠出板均存在較大間隙，依靠擠出部件與物料間的摩擦力而形成和孔板間的擠出力，由于物料較軟，擠出力一般不大，若孔徑小于則很難擠出。

4、廣泛的物料適應能力：該機擠出部位各運動均采用機械傳動，對物料的摩擦依賴性小，各類物料均能順利擠出。

二、離心滾圓機

擠出機得到的條狀物料在離心滾圓機內隨轉盤高速旋轉，在滾圓機內存在以下幾種力的作用：物料與轉盤間的摩擦力、物料之間的摩擦力、物料與筒壁的摩擦力、滾圓齒對物料的切斷力。物料被切斷后，在幾種摩擦力的作用下物料既作公轉運動，自身也做自轉翻滾運動，這種運動的結果即使軟的條狀顆粒最終球化成球形微丸（球形顆粒具有最小勢能，是變形的最終結果）。

離心滾圓機的關鍵在于滾圓盤，滾圓盤的關鍵在于切斷齒的形狀。滾圓盤齒的種類繁多，常用的有四棱臺型方格齒、斜四面體尖齒型兩種。

1、方格齒：比較通用的切斷齒，適用于物料不是很緊密，粘性不是很大的物料。

典型產品：德國LCI、GABLER、NICA、重慶英格造粒等。

2、尖齒：切斷能力強，適用范圍廣，對高粘度物料液能有效切斷并球化。

典型產品：德國GLATT、重慶力譜制藥機械有限公司等

離心滾圓機選用原則：

1、高粘度物料：選用尖齒滾圓盤，轉盤速度要快，以達到切斷物料并成丸的目的。

2、一般物料：采用方格齒滾圓盤，有效成丸而且不會產生太多細粉。

3、與水分結合力弱物料：在離心力的作用下，水分會滲透到表面形成粘連，要求滾圓機上有添加干粉防粘的設施

4、潤濕劑易揮發的物料：乙醇等易揮發物料作為潤濕劑，滾圓中易失去液體造成物料干燥無法滾圓，要求滾圓機上有噴液的設施并密閉運行。

離心滾圓機的使用技巧：

1、分段速度控制方式

滾圓過程中，從條料進入滾圓機的切斷，進而球化成丸，最后拋光，每一過程段需要的速度及時間是不一樣的，可設置多段速度及時間，以達到的滾圓效果。

2、多級串聯組合方式

在大生產過程中，為提高生產效率和成丸效果，可設置多級滾圓串聯作業，每一級滾圓可適用不同的齒盤，不同的滾圓速度和時間，以達到快速切斷、球化、拋光的需要。

3、滾圓中提高圓整度的措施

有些物料成球性能不好，可加入研磨球，增強物料變形能力，提高圓整度。

4、防止滾圓過程中粘連的措施

有些物料滾圓時液體會在離心力作用下滲透到微丸表面引起粘連，可增加干粉送入設施，保證滾圓過程中微丸表面保持干燥。

另外，對吸潮物料，應保證環境的低濕度。

5、防止滾圓過程中液體快速揮發的措施

對采用乙醇等有機溶劑潤濕的物料，操作環境應保持恒溫恒濕，避免溶劑過快揮發影響滾圓效果。

滾圓過程中可增加噴槍噴入適量溶劑，保證微丸的濕潤程度而利于成球。

6、滾圓機增加高速切刀的作用

1）用于高粘度物料，幫助將物料打斷

2）用于得到小的微丸，有些用戶需要得到極細的微丸顆粒，可使用高速切刀將物料打碎，進而球化。

7、熱熔滾圓

對某些低熔點物料的滾圓，可在滾圓機夾套內通入熱水（油）對物料進行加熱，同時吹入熱風，保證物料溫度在易變形區域，以達到變形成微丸的目的。

8、增加清盤裝置、刮壁裝置

滾圓過程中滾圓盤不可避免的會粘附物料，盤齒不再起作用，這時應該清理，清理方法：采用高壓氣刀和高壓水刀。

清理過程可自動進行，由相關程序控制即可。

三、擠出滾圓設備配置方法

1、實驗系統：

實驗系統的配置，可根據一次投料量來進行選擇，一般來說，一次投料量在100克以下的可選用迷你型擠出滾圓設備，一次投料量在500克以下的可選用RE150+R250的擠出滾圓組合。

2、中試系統：每小時20公斤到100公斤，推薦選用RE-250行星輥輪旋壓制粒機和R-500離心滾圓機

3、生產線配置：對大生產而言，全自動擠出滾圓生產線是可以需要的。

擠出滾圓機生產線是應該包含粉料輸送、粉料計量、液體計量、濕法混合、軟材輸送、擠出成條、滾圓、干燥、篩分等完整流程的系統，系統組合方式多樣，可根據不同物料性質、不同質量要求進行相應取舍。

連續型擠出滾圓生產線流程大致如下：

1、軟材制備：在濕法混合制粒機內將粉料與液體混合成軟材

2、擠出：制得的軟材放入螺旋送料機，勻速加入擠出機，擠出成條

3、計量：擠出的條料由計量料倉收集，達到一定量后放入離心滾圓機

4、滾圓：條狀物料在離心滾圓機內切斷球化成微丸

連續性生產線的設計與單機有不同的地方，每臺設備都應考慮工作的連續、穩定，盡量不要出現堵料等情況。

與之配套，可在前級引入配料系統、輸送系統、粉碎系統等設備；在后級添加干燥設備、篩分設備，使之能完成整個生產流程，直接得到合格產品。

四、特殊物料擠出滾圓工藝

1、高粘度物料擠出滾圓工藝

高粘度物料是擠出滾圓工藝中最難做的，常規認為不能用擠出滾圓工藝。

重慶力譜制藥機械有限公司經過充分實驗，結合其他行業的擠出制粒工藝，開發出了一套用于高粘度物料的擠出滾圓工藝，對一些物料的效果還是不錯。

工藝方法一：預切撒粉滾圓

高粘度物料擠出滾圓中存在以下難點：

1） 混合：采用普通混合機，液體與干粉不易混合均勻，可采用捏合機進行混合，也可使用螺桿擠出機反復擠壓（煉藥），使液體與干粉充分混勻。

2） 擠出：高粘度物料需用高壓力的擠出機，如柱塞式擠出機、螺桿擠出機等，高壓力下能很好成型。高粘度物料擠出后極易粘在一起，因此擠出孔的排列很關鍵，只能采用平行規則排列，使擠出物料不會交叉，擠出后的物料需由不粘物料的輸送帶輸送出去。輸送的過程中需進行吹風或表面噴灑干粉，以達到表面不粘的目的。粘性很大的物料可用切刀切成均勻的顆粒，然后滾圓，粘性不是很大也可不切，直接滾圓。

3） 滾圓：粘性物料的滾圓和常規物料不一樣，要求滾圓盤上的切割齒要鋒利，轉盤速度要快，以到達將物料切斷球化的目的。滾圓盤有兩個作用，其上滿布的尖齒實際上是切斷刀，將條狀物料切斷；旋轉形成的摩擦力又帶動物料既公轉又自轉做翻滾運運動最終球化成丸。

工藝方法二：二次造粒

有些粘性物料，可先使用流化床或濕法混合制粒機噴入少量的液體潤濕成小顆粒，稍干燥一下，再與液體混合成軟材。

經此操作，物料粘性大為降低，擠出滾圓得以順利進行。

工藝方法三：表面改性

用適合的表面改性材料，將粘性粉末進行表面改性，使其不再具有強粘性，然后再按照常規擠出滾圓操作方式進行即可。

2、 熱敏性物料擠出滾圓

酶制劑、菌類以及一些特殊物料均具有熱敏性，溫度稍高即失去活性。

熱敏性物料的擠出滾圓溫度控制是關鍵，最關鍵的一步又在與擠出機。因此合理選擇擠出機是該工藝能否成功的決定性因素。

螺桿類擠出機輸送原理上來說就是依靠摩擦力來進行的，而且存在漏流的情況，發熱在所難免，即使加上冷卻設施也無多大效果，是不可取的。

此類物料，可采用搖擺制粒機、旋壓制粒機，行星輥輪旋壓制粒機。行星輥輪旋壓制粒機是該類物料的，該機以輥輪碾壓為主，摩擦力起作用的成分少，溫升。

熱敏性物料擠出滾圓，所有設備均應作降溫處理，濕法混合制粒機應做雙層夾套，混合作業時通入冷卻水進行冷卻；輸送軟材的螺旋送料機也應做夾套，通入冷卻水降溫；擠出機時最易生熱的設備，選用帶冷卻功能的行星輥輪旋壓制粒機，配合嚴格的溫度檢測，可保證擠出溫度在40℃以下；滾圓機也做雙層夾套，通入冷卻水降溫。

另外，混合時采用低溫液體粘合劑進行混合，是保證物料加工質量的有效措施。低溫液體的溫度以保證工作時設備外殼不結露為準（即控制在露點溫度以上）。

3、 潤濕劑易揮發物料擠出滾圓

醫藥行業中經常用到乙醇等有機溶劑做潤濕劑。有機溶劑易揮發，要求混合、擠出、滾圓各工藝速度要快，溫升要低，整個系統要密閉運行，以防溶劑揮發造成物料干燥無法滾圓。

混合機采用全密閉的高速濕法混合制粒機或連續混合機，混合速度快，密閉運行；為避免升溫造成溶劑揮發，擠出機采用全封閉的行星輥輪旋壓制粒機；滾圓機也要全密閉，而且要配噴液槍，滾圓時可以適當補充液體以利于成球。

4、 水分易滲出的物料

很多無機物、礦物質原料與水分的親和力不強，在擠出及滾圓時均易滲到物料表面形成粘連。

這種物料，混合是關鍵。普通混合方式，感覺很快就混合均勻，但一經擠出，水分馬上就滲透出來。若用槽型混合機、濕法混合制粒機等進行混合，應將混合時間延長，使水分與干粉充分揉捏均勻；采用捏合機進行捏合處理，以達到混合效果。

這種物料不要采用高壓擠出機，易滲出水影響擠出；而且這類物料摩擦系數比較大，螺桿類擠出機易引起極大升溫；采用搖擺制粒機、旋壓制粒機比較合理，使用行星輥輪旋壓制粒機。

滾圓時，為防止水分滲出產生粘連，需增加加粉設施，少量干粉即可讓微丸表面干燥而不成團塊。