WO2000061274A1 - Procede d'enrobage et de pelliculage de poudres fines dans un enrobeur a lit fluidise - Google Patents

Procede d'enrobage et de pelliculage de poudres fines dans un enrobeur a lit fluidise Download PDF

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fine
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Mehrdji Hemati
Khashayar Saleh
Daniel Steinmetz
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Institut National Polytechnique De Toulouse (Inpt)
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Definitions

  • the invention relates to a process for the dry coating of fine particles with a layer of inert or active solid product.
  • These are powders with grain sizes less than 160 micrometers and densities greater than 1000 kg / m3.
  • this technique also makes it possible to deposit the active elements on the internal surface of the microporous particles.
  • the coating of fine particles with the intention of isolating them, protecting them against their environment (humidity, light, oxygen ...), giving them certain surface properties (hydrophobia, catalytic, flow) or making them fat , presents considerable challenges in the manufacturing and shaping industries of chemical fertilizers, detergents, seeds, cosmetic products, in the agro-food sector and especially in the pharmaceutical industry, as well as in any industry which has to treat or transform powdery solids.
  • the main objectives of this operation are to mask tastes, improve the appearance of the product, and finally maintain the in vitro dissolution profile of the drug.
  • the coating can also be envisaged for the manufacture of the supported catalysts.
  • Processes in this field are conventionally known, such as in particular dry coating of particles, which often uses fluidized bed contactor technology, since this makes it possible to ensure uniform and individual treatment of the grains. .
  • the principle of this technique consists in introducing into a fluidized bed of hot solid particles the coating product (in the form of a solution or a suspension in an easily evaporable solvent) via an adequate spraying system.
  • the coating product in the form of a solution or a suspension in an easily evaporable solvent
  • This technology is well suited to the treatment of powders with an average grain size greater than 300 micrometers.
  • the invention relates to a simple implementation method, making it possible to solve the aforementioned problems.
  • the invention provides a process for coating and filming fine powders, characterized in that an adequate amount of large particles (size approximately between 0.4 and 1 mm) of the powder is added to the fine particles. around 30%.
  • the latter may or may not have the same properties as those of fine particles.
  • the operation is carried out in a pilot comprising the fluidized bed wrapper, the gas circuit and its preheating, the system for dedusting the gas leaving the wrapper (cyclones and filters), the liquid circuit (storage tank, filters, pump, flowmeters), the liquid spraying system (bi-fluid system, internal and / or external mixing nozzle), the temperature control system of the wrapper with a temperature sensor, and the system of data acquisition and processing.
  • FIG. 1 represents the different stages of the process
  • - Figure 2 represents the evolution of the mass percentage of agglomerates formed during the coating
  • - Figure 3 represents the evolution of the growth rate and the porosity of the porous alumina particles during the operation .
  • a method according to the invention comprises the following steps, with the operating conditions specified below:
  • Step (1) mixing and setting in thermal regime:
  • the fluidization speed is fixed at approximately twice the complete fluidization speed to ensure an intimate mixing of the two populations of solid particles
  • the separation between the coated fine particles and the large particles is carried out by simple sieving.
  • the large particles thus recovered can be recycled in a new coating cycle.
  • the powders have a grain size greater than 10 micrometers and a density greater than 1000 kg / m3,
  • a coating solution consisting of an inorganic salt or solutions containing organic products having a low viscosity (less than 50 centipoise) are used,
  • the solution is introduced using a bi-fluid spraying system with a ratio between the spraying air flow rate and that of the solution between 1000 to 2000 m3 of air / m3 of solution,
  • the nozzle of the spraying system is arranged on the surface of the bed at rest
  • the fluidization uses a gas whose speed is greater than twice the complete speed of fluidization of the initial mixture
  • the process can be adapted to a continuous operation.
  • the invention makes it possible to prevent the formation of agglomerates on a local scale during fluidization, since the presence of large particles in the bed plays the role of a mechanical agitator.
  • this new process enables the coating to be carried out with a reasonable fluidization air flow (approximately four times lower than that used in traditional techniques), with high operating efficiency (greater than 95%).
  • the measurement of the content of product deposited on the large particles has shown that it remains extremely low, in other words the large particles do not participate in the coating.
  • the separation of large particles of the mixture at the end of the operation can be done by simple sieving.
  • FIG. 2 represents the influence of the mass percentage of large particles on the rate of agglomerates formed.
  • the quality of the deposition on the surface of non-porous particles is strongly linked to the physicochemical properties of the coating solution and to those of the support, to the spraying conditions, to the nature of the spraying system and to the position of the nozzles relative to the distributor.
  • the invention applies in particular to the field of coating fine solid particles with a density greater than 1000 kg / m3, and of grain size between 10 and 100 micrometers using solutions containing mineral salts.
  • solutions containing organic products (polymers) have shown the applicability of the process according to the invention.
  • the evolution during the operation of the textural properties of the product has shown that initially the deposit is carried out on the internal surface of the pores (period of non-growth ). Once the active sites are filled, the deposition can be carried out on the external surface of the solid.
  • FIG. 3 shows the evolution during the treatment of the growth rate and the porosity of the microporous alumina particles.
  • solutions coating which can be either mineral products, but also organic, such as polymers, as the nature of the operation, which has been described previously in batch mode, but which can also be carried out in continuous mode, and in function of the application, which relates both to the coating of pulverulent solids and to the production of supported catalysts.

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Abstract

Procédé d'enrobage et de pelliculage de poudres fines, caractérisé en ce que l'on ajoute aux fines particules une quantité adéquate de grosses particules (taille environ entre 0,4 et 1 mm) de l'ordre de 30 %.

Description

« Procédé d'enrobage et de pelliculage de poudres fines dans un enrobeur à lit fluidisé »
L'invention concerne un procédé pour recouvrir par voie sèche de fines particules par une couche de produit solide inerte ou actif. Il s'agit des poudres de tailles de grains inférieures à 160 micromètres et de masses volumiques supérieures à 1000 kg/m3. Par ailleurs, cette technique permet aussi de déposer les éléments actifs à la surface interne des particules microporeuses. L'enrobage de fines particules, dans l'intention de les isoler, de les protéger contre leur environnement (humidité, lumière, oxygène...), de leur attribuer certaines propriétés surfaciques (hydrophobie, catalytique, écoulement) ou de les faire grossir, présente des enjeux considérables dans les industries de fabrication et de mise en forme des engrais chimiques, des détergents, des semences, des produits cosmétiques, dans le secteur agro- alimentaire et surtout dans l'industrie pharmaceutique, ainsi que dans toute industrie qui a à traiter ou à transformer des solides pulvérulents. Dans l'industrie pharmaceutique, les objectifs principaux de cette opération sont le masquage de goûts, l'amélioration de l'aspect du produit, et enfin le maintien du profil de dissolution in vitro de médicament. Par ailleurs, l'enrobage peut aussi être envisagé pour la fabrication des catalyseurs supportés.
On connaît classiquement des procédés de ce domaine, tels que en particulier l'enrobage de particules par voie sèche, qui fait appel souvent à la technologie des contacteurs à lit fluidisé, car celle-ci permet d'assurer un traitement uniforme et individuel des grains. Le principe de cette technique consiste à introduire dans un lit fluidisé des particules solides chaudes le produit enrobant (sous forme d'une solution ou d'une suspension dans un solvant facilement évaporable) par l'intermédiaire d'un système de pulvérisation adéquat. Ainsi, on peut réaliser les différentes opérations telles que le mélange, la pulvérisation, le mouillage, le dépôt et le séchage dans le même appareil. Cette technologie est bien adaptée au traitement des poudres ayant une taille moyenne de grains supérieure à 300 micromètres. De façon connue, ces procédés présentent tous l'inconvénient, pour des tailles de grains inférieures à 300 micromètres, de conduire au phénomène de défluidisation et à la prise en masse du lit résultant d'une agglomération non contrôlée. Afin de contrôler l'opération et de minimiser la quantité d'agglomérats formés, les techniques actuellement employées reposent soit sur l'utilisation des débits importants du gaz de fluidisation (enrobeur à lit fluidisé circulant), soit sur l'emploi des enrobeurs munis d'agitateurs mécaniques. Ces différentes configurations posent des problèmes tels que l'attrition, la perte de produit actif, l'emploi des systèmes de dépoussiérage importants et les problèmes de conception et de manutention du solide.
L'invention vise quant-à-elle un procédé de mise en œuvre simple, permettant de résoudre les problèmes pré-cités.
L'invention propose à cet effet un procédé d'enrobage et de pelliculage de poudres fines, caractérisé en ce que l'on ajoute aux fines particules une quantité adéquate de grosses particules (taille environ entre 0,4 et 1 mm) de l'ordre de 30%. Ces dernières peuvent avoir ou non les mêmes propriétés que celles des particules fines. L'opération est réalisée dans un pilote comportant l'enrobeur à lit fluidisé, le circuit de gaz et son préchauffage, le système de dépoussiérage du gaz sortant de l'enrobeur (cyclones et filtres), le circuit du liquide (réservoir de stockage, filtres, pompe, débitmètres), le système de pulvérisation de liquide (système bi-fluide, buse à mélange interne et/ou externe), le système de régulation de la température de l'enrobeur avec un capteur de température, et le système d'acquisition et traitement de données.
On comprend que cette disposition permet une mise en œuvre avantageuse de l'invention, avec une simplicité technologique, une efficacité élevée et un faible coût énergétique.
La description et les dessins d'un mode préféré de réalisation de l'invention, donnés ci-après, permettront de mieux comprendre les buts et avantages de l'invention. Il est clair que cette description est donnée à titre d'exemple, et n'a pas de caractère limitatif. Dans les dessins :
- la figure 1 représente les différentes étapes du procédé,
- la figure 2 représente l'évolution du pourcentage massique d'agglomérats formés au cours de l'enrobage, - la figure 3 représente l'évolution du taux de croissance et de la porosité des particules d'alumine poreuse au cours de l'opération.
Comme on le voit sur la figure 1 , un procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes, avec les conditions opératoires précisées ci-dessous :
Etape (1), mélange et mise en régime thermique :
1) les deux lots de particules solides (fines et grosses) sont fluidisés à l'aide d'un courant de gaz chaud,
2) la vitesse de fluidisation est fixée à environ deux fois la vitesse de fluidisation complète pour assurer un mélange intime des deux populations de particules solides,
3) cette opération continue jusqu'à ce que la température du milieu fluidisé atteigne la valeur de consigne,
Etape (2). atomisation du solvant et mise en régime thermique :
4) une fois la température de consigne atteinte, on procède à la pulvérisation de solvant, avec le même débit que celui fixé lors de l'opération d'enrobage. La nature du solvant est identique à celle utilisée dans la préparation de la solution d'enrobage, 5) cette opération dure jusqu'à ce que la température du lit fluidisé atteigne celle de la consigne,
Etape (3). enrobage proprement dit :
6) après cette période de mise en régime thermique, le solvant est remplacé par la solution d'enrobage,
7) cette étape dure jusqu'au moment où la quantité de solide déposé sur les fines particules atteint la valeur désirée, Etape (4). séparation :
8) à la fin de l'opération, la séparation entre les fines particules enrobées et les grosses particules est réalisée par un simple tamisage. Les grosses particules ainsi récupérées peuvent être recyclées dans un nouveau cycle d'enrobage.
On notera dans le procédé que :
- on ajoute aux fines particules une quantité adéquate de grosses particules (taille environ entre 0,4 et 1 mm) de l'ordre de 30%, - les poudres ont une taille de grains supérieure à 10 micromètres et une masse volumique supérieure à 1000 kg/m3,
- les grosses particules sont non-poreuses,
- on utilise une solution enrobante constituée d'un sel inorganique ou des solutions contenant des produits organiques ayant une faible viscosité (inférieure à 50 centipoises),
- la solution est introduite à l'aide d'un système de pulvérisation à bi-fluide avec un rapport entre le débit d'air de pulvérisation et celui de la solution compris entre 1000 à 2000 m3 d'air / m3 de solution,
- la buse du système de pulvérisation est disposée à la surface du lit au repos,
- la fluidisation utilise un gaz dont la vitesse est supérieure à deux fois la vitesse complète de fluidisation du mélange initial,
- le procédé peut être adapté à une opération continue.
On comprend que l'invention permet d'empêcher la formation des agglomérats à l'échelle locale lors de la fluidisation, puisque la présence des grosses particules dans le lit joue le rôle d'un agitateur mécanique. Par ailleurs, ce nouveau procédé permet de réaliser l'enrobage avec un débit d'air de fluidisation raisonnable (environ quatre fois plus faible que celui utilisé dans les techniques traditionnelles), avec une efficacité d'opération élevée (supérieure à 95%). Il faut signaler que la mesure de la teneur en produit déposé sur les grosses particules a montré qu'elle reste extrêmement faible, autrement dit les grosses particules ne participent pas à l'enrobage. De plus, la séparation des grosses particules du mélange en fin d'opération peut se faire par simple tamisage. La figure 2 représente l'influence du pourcentage massique des grosses particules sur le taux d'agglomérats formés. La qualité du dépôt à la surface de particules non poreuses est fortement liée aux propriétés physico- chimiques de la solution enrobante et à celles du support, aux conditions de pulvérisation, à la nature du système de pulvérisation et à la position des buses par rapport au distributeur.
L'invention s'applique en particulier au domaine de l'enrobage de fines particules solides de masse volumique supérieure à 1000 kg/m3, et de taille de grains comprise entre 10 et 100 micromètres en utilisant des solutions contenant des sels minéraux. De plus, quelques essais préliminaires réalisés avec des solutions contenant des produits organiques (polymères) ont montré l'applicabilité du procédé selon l'invention.
Pour l'enrobage de fines particules microporeuses, l'évolution au cours de l'opération des propriétés texturales du produit (porosité, surface spécifique) a montré qu'initialement le dépôt est effectué à la surface interne des pores (période de non-croissance). Une fois que les sites actifs sont comblés, le dépôt peut s'effectuer à la surface externe du solide. La figure 3 présente l'évolution au cours du traitement du taux de croissance et de la porosité des particules d'alumine microporeuse. Ces résultats permettent d'envisager l'application du procédé au domaine de la fabrication de catalyseurs supportés. En effet, l'invention permet de réaliser les différentes étapes de la préparation des catalyseurs, l'imprégnation, le séchage et le mélange dans le même appareil. De plus, grâce au traitement uniforme de particules et à l'absence du phénomène d'agglomération, l'étape de broyage peut être éliminée. Par ailleurs, la dernière étape de la fabrication du catalyseur, qui consiste à calciner le produit, peut également être réalisée dans le même appareil.
De nombreuses variantes peuvent être considérées en fonction des circonstances d'utilisation, tant en ce qui concerne la nature des solutions d'enrobage, qui peuvent être soit des produits minéraux, mais également organiques, tels que des polymères, que la nature de l'opération, qui a été décrite précédemment en mode discontinu, mais qui peut également être réalisée en mode continu, et en fonction de l'application, qui concerne tant l'enrobage de solides pulvérulents que la fabrication de catalyseurs supportés.
La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails des formes de réalisation ci-dessus considérées à titre d'exemple, mais s'étend au contraire aux modifications à la portée de l'homme de l'art.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'enrobage et de pelliculage de poudres fines, caractérisé en ce que l'on ajoute aux fines particules une quantité adéquate de grosses particules (taille environ entre 0,4 et 1 mm) de l'ordre de 30%.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les poudres ont une taille de grains supérieure à 10 micromètres et une masse volumique supérieure à 1000 kg/m3.
3. Procédé selon les revendications 1 et 2, carcatérisé en ce que les grosses particules sont non-poreuses.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise une solution enrobante constituée d'un sel inorganique ou des solutions contenant des produits organiques ayant une faible viscosité (inférieure à 50 centipoises).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce la solution est introduite à l'aide d'un système de pulvérisation à bi-fluide avec un rapport entre le débit d'air de pulvérisation et celui de la solution compris entre 1000 à 2000 m3 d'air / m3 de solution.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la buse du système de pulvérisation est disposée à la surface du lit au repos.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la fluidisation utilise un gaz dont la vitesse est supérieure à deux fois la vitesse complète de fluidisation du mélange initial.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il peut être adapté à une opération continue.
REVENDICATIONS MODIFIEES
[reçues par le Bureau international le 19 septembre 2000 (19.09.00); revendication 2 modifiée; autres revendications inchangées (2 pages)]
1. Procédé d'enrobage et de peiliculage de poudres fines, dans lequel, par l'intermédiaire d'un système de pulvérisation adéquat, une solution enrobante ou une suspension dans un solvant facilement évaporable sont introduites dans un lit fluidisé comportant de fines particules solides, caractérisé en ce que l'on ajoute aux fines particules une quantité adéquate de grosses particules (taille environ entre 0,4 et 1 mm) de l'ordre de 30%.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les poudres ont une taille de grains comprise entre 10 et 100 micromètres et une masse volumique supérieure à 1000 kg/m3.
3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les grosses particules sont non-poreuses.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise une solution enrobante constituée d'un sel inorganique ou des solutions contenant des produits organiques ayant une faible viscosité (inférieure à 50 centipoises).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce la solution est introduite à l'aide d'un système de pulvérisation à bi-fluide avec un rapport entre le débit d'air de pulvérisation et celui de la solution compris entre 1000 à 2000 m3 d'air / m3 de solution.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la buse du système de pulvérisation est disposée à la surface du lit au repos.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la fluidisation utilise un gaz dont la vitesse est supérieure à deux fois la vitesse complète de fluidisation du mélange initial.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il peut être adapté à une opération continue.
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