CN109758975B - 一种粉末制粒方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种粉末制粒方法，包括以下步骤：步骤1：将可制粒物料加入柔性腔体内；步骤2，通过柔性腔体的三维空间、六自由度方向、全方位运动促使腔体内可制粒物料的结合、滚动、摩擦和/或碰撞，实现高效、高质量成粒。该方案解决了现有技术中物料挂壁、设备结构复杂、制粒效率低等问题，通过柔性腔体的全方位运动促使可制粒物料的结合、滚动、摩擦和/或碰撞，实现成粒，以及由腔体全方位运动引起腔体柔性壁弹性抖动、撕扯而使粘附于壁的物料快速脱落，其实现设备的结构简单，且制粒效率和成粒的粒度均匀性高。

Description

一种粉末制粒方法

技术领域

本发明涉及烟花、药品、食品及肥料等颗粒成型技术领域，尤其是一种粉末制粒方法。

背景技术

现有药品领域、食品领域以及化肥等领域的制粒方式主要采用湿法制粒，即在粉末状物料中添加粘结剂等液体，使得细小的粉体在粘结剂及外力的作用下通过成核、成长、成型最终形成颗粒或丸粒；在造粒过程中，通常将粉末状物料和液体加在封闭的型腔内，高速旋转型腔，通过铰刀搅拌使得粉末物料与液体充分混合形成膏状物料，通过施加高压气体，使得膏状物料通过成型的压头实现物料成粒；

目前烟花、药物的制粒、成粒方法有很多，包括湿法、干法制粒、直接挤出制粒。本发明属于湿法制粒，但目前世界范围内的湿法制粒机，都采用刚性的盆体，通过边加料、边加水或液体，有些还加气，通过盆体以一定速度旋转来实现粉料的粘结与碰撞，从而实现湿法成粒。

但这种方式存在粉料挂壁(难以去除与清洗)现象、成粒效率不高、颗粒球度不高、颗粒大小一致性不好等问题，并且设备复杂度高，成本昂贵，同时有些颗粒是不能在封闭环境下成粒、也不能用水或液体冲洗。

发明内容

本发明提供一种粉末制粒方法，用于克服现有技术中原料挂壁、成粒效率及颗粒粒度一致性不高等缺陷，大幅减少原料挂壁现象，并且提高成粒效率及成粒的均匀性和一致性。

本发明的发明人在研究过程中发现，通过在柔性腔体中加入可制粒物料，对环境加湿的方式可以提高和维持制粒系统中的高相对湿度，利用环境中水分会自发的凝结于缝隙的原理使水分均匀进入待制粒原料，可以实现待制粒原料和黏合剂的充分均匀混合，避免黏合剂的大量使用和雾化喷洒带来的不均匀性问题。

为实现上述目的，本发明提出一种粉末制粒方法，包括：包括以下步骤：

步骤1，将可制粒物料、黏合剂加入柔性腔体内；

步骤2，通过柔性腔体在三维空间、六自由度方向、全方位自由运动或循环运动促使腔体内可制粒物料及黏合剂混合、滚动、摩擦和/或碰撞，实现成粒与颗粒生长。

本发明提供的粉末制粒方法，通过柔性腔体的运动促使可制粒物料的结合、滚动、摩擦和/或碰撞，实现成粒，柔性腔体在运动过程中随着内部可制粒物质的不断运动，以及腔体柔性壁的弹性抖动、撕扯，一方面能够减少挂壁现象，另一方面能够促进物料颗粒之间的摩擦和碰撞，加速成粒，实现设备的结构简单，且制粒效率和成粒的一致性较高，并且可广泛应用于制药、食品、废料制粒领域中。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种粉末制粒方法。

实施例一

本发明实施例提供一种粉末制粒方法，包括以下步骤：

步骤1，将可制粒物料加入柔性腔体内；这里的可制粒物质被理解为经过在柔性腔体内结合、滚动、摩擦和/或碰撞，可制备成颗粒的任何材料。可制粒材料包括烟花、药物、粮食、饲料、废弃物、木头颗粒等。可制粒材料可以包括添加剂和/或经过热、浸泡或粉碎加工，以增加被制备的颗粒的结合性。可制粒材料也包括木材颗粒等生物燃料；

所述柔性腔体由柔性材料制成，具体包括高分子材料(如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、TPU(热塑性聚氨酯弹性体橡胶)等)、金属材料(如铝箔、铜箔等)、无机非金属材料(碳纤维、玻璃纤维、石墨烯等)、复合材料(纺织结构的表面涂覆树脂或橡胶的增强柔性复合材料、纺织经编复合材料、纺织柔性复合材料)、功能材料(指的是能够在特定条件下发生刚性和柔性变化的材料，特定的条件包括温度条件和压力条件等，例如：一种“刚柔并济”的高分子新材料，室温下又硬又脆，加热后又软又弹，而且“刚”与“柔”可以随着温度的变化来回循环，投料时，柔性腔体要变为光滑的刚体结构，以防止粉末沉积在柔性腔体的皱褶中而不能参与造粒，在造粒过程中，柔性腔体变为柔性结构，通过柔性腔体的在三维空间自由运动或循环运动促使腔体内可制粒物料及黏合剂混合、滚动、摩擦和/或碰撞，实现成粒与颗粒生长)、柔顺结构中至少一种制成。上述材料可直接从市场上采购获得，并且成本较低，使用后若存在挂壁，也可以直接更换，而不必清洗，无需采用封闭式结构，更换比较方便。

所述柔性腔体内表面呈光滑状或粗糙状。所述柔性腔体内表面呈光滑状，此时物料挂壁少，壁上的物料极易脱落；或内表面呈粗糙状，此时，物料成粒快、粒子球度高。柔性腔体内壁可根据粉体物料的粒度和最终的成粒粒径选用适中的粗糙度，以达到优化的成粒效果。

可制粒物料的形成步骤包括：

向柔性腔体内加入粉体物料后加入雾化状液体，或

向柔性腔体内加入粉体物料的同时加入雾化状液体中任意一种形成方式，或是上述两种形式的结合。在本发明一具体实施例中采用精确加料装置实现固体粉末、颗粒的加料；采用压力喷枪、风力喷雾、倾倒等方式加水或酒精等液体，水或酒精等液体采用流量计、液位计、称重传感器等方式来计量，实现精确配比，提高成粒效率。

步骤2，通过柔性腔体的运动促使腔体内可制粒物料的结合、滚动、摩擦和/或碰撞，实现成粒。

所述步骤2中所述柔性腔体的运动形式包括：平面旋转、平面移动、平面摆动或三维空间运动中至少一种。平面旋转包括绕轴向自转，或在平面内公转，公转包括定心和偏心，也可以是按照预定的轨迹进行转动；平面移动包括平面内任意形式的移动，例如直线往复移动、曲线往复移动或循环移动等；平面摆动包括：围绕中心点并与中心点固定距离的圆弧周期摆动，或与中心点可变距离的螺旋线周期摆动等，三维空间运动包括在三维空间内任意形式、多自由度的运动。例如，采用平行四边形机构运动系统实现柔性腔体按照封闭轨迹循环移动、或不封闭轨迹往复摆动；曲柄摇杆机构运动系统实现柔性腔体按照不封闭轨迹往复摆动；通过两轴运动平台，三轴运动平台或多轴运动平台实现柔性腔体平面，空间的一定轨迹的运动。

所述柔性腔体的运动方式包括有规律运动、随机运动或有规律运动与随机运动的结合；所述有规律运动的速度包括匀速运动、加速运动、减速运动、按函数规律运动中至少一种。所述柔性腔体的在启动时加速阶段与停止时减速阶段之间的中间过程的运动速度包括：匀速运动、按函数规律变速、随机变速、或按函数规律变速与随机变速的结合。

所述柔性腔体的运动通过机械运动系统实现；

所述机械运动系统的驱动方式包括电机驱动、液压驱动、气动驱动中至少一种；

采用PLC控制器、单片机控制器、计算机控制器、专用控制器或继电器控制器中的至少一种控制所述机械运动系统，实现加减速运动控制、匀速运动控制、按函数运动控制、随机运动控制。可控性较强，运动形式灵活多变。实现柔性腔体运动过程中的加减速控制、匀速运动控制、按函数规律运动控制、随机运动控制。

优选地，所述柔性腔体呈碗状，所述可制粒物质通过所述柔性腔体的开口注入其内，在造粒过程中所述柔性腔体在三维空间多自由度方向至少两个方向以上有加减速控制，如本发明实施例一中，柔性腔体平面公转加减速控制，自转加减速控制，实现对可制粒物质的全方位搓动；

造粒完成后所述柔性腔体通过空间内的翻转运动实现出料。

本发明实施例一中，采用平行四边形机构、双平行四边形机构、曲柄摇杆机构、三轴运动机构、多轴运动机构等实现柔性腔体的空间移动、旋转、多自由度运动等，腔体本身还可以自转，从而全方位搓动颗粒；可通过不同的运动速度实现颗粒的离心运动与大小分层与分离；通过机械结构的机械运动、或气动机构的运动实现柔性腔体的翻转，从而实现颗粒的出料。

优选地，所述方法用于烟花亮珠的成粒与颗粒生长的过程，采用柔性腔体的骨架固定于四边形运动机构的连杆上，驱动连架杆旋转，连架杆驱动连杆运动，连杆带动柔性腔体往复摆动。

本发明实施例提供一种烟花亮珠制粒的具体方法，包括：

(1)柔性腔体采用塑料薄膜制成的腔体固定在一个骨架框上，形成一个柔性腔体，将制粒物料加入塑料薄膜制成的腔体中，然后加入雾化的水或酒精作为黏合剂，制粒物料与黏合剂的比例为20-100:1；

(2)驱动四边形机构的连架杆运动，连架杆带动塑料薄膜柔性腔体往复运动，柔性型腔往复运动过程中，不断地搓动可制粒物料与黏合剂的混合物，往复频率为0.1-20次/秒；搓动时间为0.1-30分钟；

(3)颗粒形成并搓圆之后，继续往复驱动柔性腔体运动，分别加入可制粒物料，加料之后或过程中，喷入雾化的水或酒精，液体的雾化粒度1-200um；

(4)根据亮珠颗粒大小，通过筛网进行筛分，得到粒度均匀的亮珠颗粒。

为验证造粒效果，下面提供三种烟花亮珠的具体造粒过程。烟花亮珠的造粒干粉物料包括：芯子干粉和中包药干粉，其中芯子干粉按照重量百分比含量依次包括：铜粉68％、镁铝合金粉29～30％及粘合剂2～3％；中包药按照重量百分比含量依次包括：硝酸钾35％、高锰酸钾15％、硫磺10％、松木炭10％、树脂10％、米粉(粘合剂)5％和其它粘合剂15％。

造粒实验一

1、起芯子，向塑料薄膜制作的柔性腔体内加入53克造粒干粉和水7ml，柔性腔体做圆周循环摆动，在造粒过程中依次陆续向柔性腔体中先加入干粉7克，然后加入10克、8克、15克、17克、20克、22克、16克、17克、10克的干粉和水适量，芯子造粒供计203克，其中14～16目117克，14目以上58克，16目以下28克。有微量物料飘散到环境中、粘连在添加工具、粘连在柔性腔壁上，可忽略不计。

2、加入中包药制作烟花亮珠，目的在芯子表面形成包裹层，取上述14～16目芯子117克放入柔性腔体中，柔性腔体做圆周循环摆动，依次陆续向柔性腔体中加入15克、8克、7克、10克、9克、15克、13克、23克、11克、15克、12克、14克、11克、13克、17克的干粉和水适量，出成品230克8～9目粒子。

造粒实验二

1、一次起芯子，向塑料薄膜制作的柔性腔体内加入45克造粒干粉和水5ml，柔性腔体做圆周循环摆动，在造粒过程中依次陆续向柔性腔体中先加入干粉5克，然后加入12克、12克、9克、10克、11克、19克、11克、11克、14克、15克、10克的干粉和适量水，芯子造粒供计185克，其中16目以上130克，16目以下55克。有微量物料粘壁，可以忽略不计。

2、二次起芯子，取16目以下芯子106克放入柔性腔体中，柔性腔体做循环摆动，先加入干粉12克，然后依次陆续向柔性腔体中加入15克、10克、10克、12克、15克、15克的干粉和水适量，出芯子150克16～14目粒子。

取16～14目芯子170克，柔性腔体做循环摆动，依次陆续向柔性腔体中加入19克、21克、20克、22克的干粉和水适量，出成品230克14～12目粒子。

3、加入中包药，在芯子表面形成外层包裹层，做烟花亮珠。取200克14～12目芯子，柔性腔体做循环摆动，依次陆续向柔性腔体中加入17、14、8、15、23、16、17、20、24、22、20、22、15克中包药的干粉和适量水，出成品423克，9～8目。

造粒实验三

1、起母粒，向塑料薄膜制作的柔性腔体内加入40克造粒干粉和水4ml，柔性腔体做循环摆动，向柔性腔体中加入5克干粉，芯子粒过18目筛后，留用。

2、起芯子，取上述大于18目芯子全部放入柔性腔体中，柔性腔体做循环摆动，先向柔性腔体中加入5克干粉，然后依次陆续向柔性腔体中加入10克干粉和0.3～0.4克水、5克干粉和0.3～0.4克水、10克干粉和0.3～0.4克水、11克干粉和0.5克水、10克干粉和0.5克水、10克干粉和0.5克水、10克干粉和0.5克水，出芯子14目以上37.5克，14目以下77克；取14目以下芯子77克，依次陆续向柔性腔体中加入10克干粉和0.3克水、10克干粉和0.3克水，出芯子14目以上42克，14目以下55克；取14目以下芯子55克，依次陆续向柔性腔体中加入11克干粉和0.4克水、10克干粉和0.4克水，出芯子14目以上40克，14目以下34克；取14目以下芯子34克，依次陆续向柔性腔体中加入10克干粉和0.3克水、8克干粉，出芯子14目以上39克，14目以下13克；将上述所有14目以上的颗粒综合在一起，过筛出成品：12目以上23克，14～12目共135.5克。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种粉末制粒方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将可制粒物料、黏合剂加入柔性腔体内；

步骤2，通过柔性腔体在三维空间、六自由度方向、全方位自由运动或循环运动促使腔体内可制粒物料及黏合剂混合、滚动、摩擦和/或碰撞，实现成粒与颗粒生长；

所述柔性腔体由功能材料制成，所述功能材料室温下又硬又脆，加热后又软又弹；室温下投料，柔性腔体又硬又脆，为光滑的刚体结构，以防止粉末沉积在柔性腔体的皱褶中而不能参与造粒；在加热造粒过程中，柔性腔体又软又弹，为柔性结构，通过柔性腔体的在三维空间自由运动或循环运动促使腔体内可制粒物料及黏合剂混合、滚动、摩擦和/或碰撞，实现成粒与颗粒生长。

2.如权利要求1所述的粉末制粒方法，其特征在于，在所述步骤1中所述可制粒物料的形成步骤包括：

向柔性腔体内加入粉体状可制粒物料后，再加入黏合剂和/或溶剂，或向柔性腔体内加入粉体状可制粒物料的同时加入黏合剂和/或溶剂。

3.如权利要求1所述的粉末制粒方法，其特征在于，所述柔性腔体采用柔顺结构，在载荷达到阈值时能够随着载荷的方向发生形变。

4.如权利要求1所述的粉末制粒方法，其特征在于，所述步骤2中所述柔性腔体在三维空间、六自由度方向、全方位自由运动或循环运动的轨迹包括：沿平面内直线、沿平面内不封闭曲线、沿空间不封闭曲线、沿平面内封闭曲线、沿空间封闭曲线、随机曲线中至少一种。

5.如权利要求4所述的粉末制粒方法，其特征在于，所述柔性腔体在三维空间运动、六自由度方向、全方位运动过程中，柔性腔体在空间六自由度方向至少有一个方向有加速或减速运动过程。

6.如权利要求4所述的粉末制粒方法，其特征在于，所述柔性腔体的在启动时加速阶段与停止时减速阶段之间的中间过程的运动速度包括：匀速运动、按函数规律变速、随机变速、或按函数规律变速与随机变速的结合中至少一种。

7.如权利要求4所述的粉末制粒方法，其特征在于，所述柔性腔体在三维空间的运动通过机械运动系统实现；

所述机械运动系统的驱动装置包括电机驱动装置、液压驱动装置、气动驱动装置中至少一种；

采用PLC(可编程控制器)、单片机、计算机、专用控制器、继电器控制器中的至少一种控制所述机械运动系统，实现柔性腔体在三维空间运动过程中的加减速控制、匀速运动控制、按函数规律运动控制、随机运动控制。

8.如权利要求1所述的粉末制粒方法，其特征在于，所述柔性腔体呈碗状或筒状，可制粒物料通过所述柔性腔体的开口注入其内，在造粒过程中所述柔性腔体在平面或三维空间自由运动或循环运动的同时，腔体自转或者不自转，实现对可制粒物质、黏合剂形成的颗粒进行全方位搓动；

造粒完成后，所述柔性腔体通过空间内的翻转运动实现出料。

9.如权利要求8所述的粉末制粒方法，其特征在于，所述方法用于烟花亮珠的成粒与颗粒生长的过程，采用柔性腔体的固定骨架安装于四边形运动机构的连杆上，通过驱动连架杆旋转，连架杆驱动连杆运动，连杆带动柔性腔体循环摆动。

10.如权利要求9所述的粉末制粒方法，具体包括烟花亮珠制粒步骤，包括：

(1)柔性腔体采用塑料薄膜制成的腔体固定在一个骨架框上，形成一个柔性腔体，将制粒物料加入塑料薄膜柔性腔体中，然后加入雾化的水或酒精作为黏合剂，制粒物料与黏合剂的比例为20-100:1；

(2)驱动四边形机构的连架杆运动，连架杆带动塑料薄膜制成的柔性腔体循环摆动，柔性腔体循环运动过程中，不断地搓动可制粒物料与黏合剂的混合物，往复频率为0.1~20次/秒；搓动时间为0.1~30分钟；

(3)颗粒形成并搓圆之后，继续往复驱动柔性腔体运动，分别加入可制粒物料，加料之后或过程中，喷入雾化的水或酒精，液体的雾化粒度1-200um；

(4)根据亮珠颗粒大小，通过筛网进行筛分，得到粒度均匀的亮珠颗粒。