超微粉碎技術及應用
點擊次數：4675 更新時間：2010-08-16
超微粉碎技術及應用
濟南達微機械有限公司 木子琪
超微粉碎是近20年迅速發展起來的一項，能把原材料加一成微米甚至納米級的微粉，已經在各行各業得到了廣泛的應用。鑒于粉碎是中藥生產及應用中的基本加工技術，超微粉碎已愈來愈引起人們的關注，雖然起步較晚，開發研制的品種相對較少，但已顯露出*的優勢和廣闊的應用前景。
1. 超微粉碎技術概述
超微粉碎技術是粉體工程中的一項重要內容，包括對粉體原料的超微粉碎，高精度的分級和表面活性改變等內容。據原料和成品顆粒的大小或粒度，粉碎可分為粗粉碎，細粉碎，微粉碎和超微粉碎，這是一個大概的分類。值得注意的是，各國各行業由于超微粉體的用途，制備方法和技術水平的差別，對超微粉體的粒度有不同的劃分。
超微粉碎機一般為無篩式粉碎機，粉碎物料粒度由氣流速度控制，粉碎粒度要求95％通過0.15mm（100目），一般用于特種水產餌料或水產開口餌料，超微粉碎通常由超微粉碎機、氣力輸送、分級機配套來完成。原料的粉碎粒度非常細，可能顯示出意想不到的特性，但也帶來了比較多的問題，如靜電吸附，物料的流動性差，粉碎消耗的能量大，提高了生產成本，對加工操作的影響比較大，這些不利影響可以采取不同的方法加以克服（如改變飼料加工工藝）。
超微粉碎通過對物料的沖擊，碰撞，剪切，研磨，分散等手段而實現。傳統粉碎中的擠壓粉碎方法不能用于超微粉碎，否則會產生造粒效果。選擇粉碎方法時，須視粉碎物料的性質和所要求的粉碎比而定，尤其是被粉碎物料的物理和化學性能具有很大的決定作用，而其中物料的硬度和破裂性更居首要地位，對于堅硬和脆性的物料，沖擊很有效；而對中藥材用研磨和剪切方法則較好。實際上，任何一種粉碎機器都不是單純的某一種粉碎機理，一般都是由兩種或兩種以上粉碎機理聯合起來進行粉碎，如氣流粉碎機是以物料的相互沖擊和碰撞進行粉碎；高速沖擊式粉碎機是沖擊和剪切起粉碎作用；振動磨，攪拌磨和球磨機的粉碎機理則主要是研磨，沖擊和剪切；而膠體磨的工作過程主要通過高速旋轉的磨體與固定磨體的相對運動所產生的強烈剪切，摩擦，沖擊等等。
2. 常用超微粉碎設備
2.1 機械沖擊式粉碎機粉碎效率高,粉碎比大，結構簡單，運轉穩定，適合于中，軟硬度物料的粉碎這種粉碎機不僅具有沖擊和摩擦兩種粉碎作用，而且還具有氣流粉碎作用，超細粉體產品沖擊式粉碎機由于是高速運轉，要產生磨損問題，此外還有發熱問題，對熱敏性物質的粉碎要莊意采取適宜措施。浙江睞州市特種粉碎設備廠生產的系列粉碎機加大風量輸送物料，傳熱效果好，粉碎區域溫度較低，可用于某些熱敏性物料的粉碎川。
2.2 氣流粉碎機是以壓縮空氣或過熱蒸汽通過噴嘴產生的超音速高湍流氣流作為顆粒的載體，顆粒與顆粒之間或顆粒與固定板之間發生沖擊性擠壓，摩擦和剪切等作用，從而達到粉碎的目的。與普通機械沖擊式超微粉碎機相比，氣流粉碎機可將產品粉碎得很細，粒度分布范圍更窄，即粒度更均勻；又因為氣體在噴嘴處膨脹可降溫，粉碎過程沒有伴生熱量，所以粉碎溫升很低。這一特性劉于低熔點和熱敏性物料的超微粉碎特別重要。但也存在一此問題：設備制造成本高，一次性投資大，能耗高，能量利川率只有2%左右，般認為要高出其它粉碎方法數倍，因而粉體加工成本太大，這就使得它在這一領域的使用受到了一定的限制：同時，它難以實現亞微米級產品粉碎。
2.3 普通球磨機是用于超微粉碎的傳統設備，其特點是粉碎比大，結構簡單，機械可靠性強，磨損零件容易檢查和更換，工藝成熟，適應性強，產品粒度小。但當產品粒度要達到201μｍ以下時，效率低，耗能大，加工時間長。例如，將珍珠磨到幾百目，要十幾個小時。
2.4 振動磨振動磨是用彈簧支撐磨機體，由帶有偏心塊的主軸使其振動，運轉時通過介質和物料的起振動，將物料進行粉碎，其特點是介質填充率高，單位時間內的作用次數高（沖擊次數為球磨機的4-5倍），因而其效率比普通球磨機高10-20倍，而能耗比其低數倍。通過調節振動的振幅，振動頻率，介質類型。振動磨產品的平均粒徑可達2-3μｍ以下,對于脆性較大的物質可比較容易的得到亞微米級產品。近年來通過實踐，振動磨日益受到重視，原因就是振動磨對某些物料產品粒度可達到亞微米級，同時有較強的機械化學效應，且結構簡單，能耗較低，磨粉效率高，易于工業規模生產。
2.5 攪拌磨是在球磨機的基礎上發展起來的，同普通球磨機相比，攪拌磨采用高轉速和高介質充填率及小介質尺寸，獲得了高的功率密度，使細物料研磨時間大大縮短，是超微粉碎機中能量利用率zui高，很有發展前途的種設備。攪拌磨在加工小于20μｍ的物料時效率大大提高，成品的平均粒度zui小可達到數微米。高功率密度（高轉速）攪拌磨機可用于zui大粒度小于微米以下產品，在顏料、陶瓷、造紙、涂料、化工產品中已獲得了成功。目前高功率密度攪拌磨在工業上的大規模應用有處理zui小和磨損成本高兩大難題。隨著高性能耐磨材料的出現，相信這些問題都能得到解決。
3. 超微粉碎技術在中藥加工中的應用
3.1 超微粉碎在中藥加工中的應用優勢中藥的超微粉碎，當前主要指細胞級微粉碎。"細胞級微粉碎"是指以動植物類藥材細胞破壁為目的的粉碎作業，運用現代超微粉碎技術，在該細度條件下一般藥材細胞的破壁率達95% 。中藥細胞破壁后，表現出如下優勢：
（1）增加藥物吸收率，提高其生物利用度。
藥物粒子的大小及粉體的結構是影響藥物吸收的重要因素。中藥經過超微處理后，其粒度更加細微均勻，比表面積增加，孔隙率增大，藥物能較好地分散，溶解在胃腸液，且與胃腸枯膜的接觸面積增大，更易被胃腸道吸收，無論是外用的貼劑，還是內服的膠囊，經超微粉碎后均可用較小劑量達到原來的藥效，對于礦物類藥材，相當于一部分為水不溶性物質，經超微處理后，由于粒度大大減小，可加決其在體內的溶解，吸收速度，提高其吸收量；
（2）有利十保留生物活性成分，提高藥效。
在超微粉碎過程中，經控制可不產生過熱現象，甚至可在低溫狀態下進行，井且粉碎速度快，有利于保留不耐高溫的生物活性成分及各種營養成分，從而提高藥效如珍珠，用傳統方法加工會破壞其部分成分，而在-67℃左右的低溫條件下進行超微粉碎，能比較完整地保留有效成分，增強其延緩衰老的作用。靈芝含有豐富的氨基酸和微量元素，具有激活免疫功能，抗腫瘤，抗血栓等作用，超微粉碎后，療效發揮更加*；
（3）節省原料，便于應用。
中藥經超微粉碎后，可用較小劑量，獲得原處方療效，一般藥物，經超微粉碎后可不再經過浸提，煎煮等處理，減少了生產環節中有效成分的損失，zui大限度地利用了原材料，因此該技術尤宜十珍貴稀有中藥的粉碎，并且由于細度的增加，可改善日感，便于服用另一方面，因超微粉碎是在全封閉無粉塵的系統中進行的，可有效避免外界污染，使產品的微生物含量及灰塵得以控制。
3.2 中藥超微粉碎研究現狀在劉中藥進行細胞級微粉碎的研究中，前述的兒種超微粉碎設備都有人在進行探索，并取得了可喜的進展。
球磨機由于生產效率低，粉碎時間長，在中藥的超微粉碎中一般不采用。利用攪拌磨對中藥進行超微粉碎見報道的也不多。南京理工大學江蘇省超細粉體工程技術研究中心開發出了Lc型攪拌研磨機系統，該機內裝有特殊機構，可防止漿料沉底，不會形成 "死區"，利用機械式沖擊粉碎機對中藥進行細胞級微粉碎，尤其對丁脆性糖類和膠質的粉碎以及對淀粉的解離，一把要求沖擊線速度在120 m/s以上，而傳統的沖擊式粉碎機沖擊線速度為50 m/s左右，故如想利用必須加以改進。國內目前在這方面做的比較好的單位有：無錫輕工業大學研制成功的機械剪切式超微粉碎機能地使纖維微?；?，成功地用*豆全粉，綠豆全粉的生產。浙江省嫌州機械將高精度渦輪式分級和高速沖擊微粉碎機相結合，開發出新一代節能CWJ超微粉碎機，比較成功的解決了粉碎過程中的溫升問題，粉碎粒度達10μｍ以下。粒度無級可調，粒度分布窄。在氣流粉碎機的研究方面，南京理工大學江蘇省超細粉體工程技術研究中心研制的超音速氣流超細粉碎分級系統，集多噴管技術，流化床技術及臥氏分
級系統于一體，具有良好的白動分級功能，產品粒度細而且均勻，不過，一般認為，氣流粉碎機在粉碎纖維性，韌性中藥比較困難，尤其在粉碎作業時存在相對高速氣流，將藥物的揮發份帶走，造成藥效損失，所以只適合具有一定脆性的化學品微粉碎，或礦物中藥的粉碎，而不適用于動植物中藥的超微粉碎。在中藥的超微粉碎中，振動磨是被國內外研究得zui多，應用zui廣泛的一種設備，因其有望將藥物磨到亞微米級，而且效率很高，被認為是的設備。與前德國、日本對動植物藥的超微粉碎多選用振動磨，我國學者在這方面也已經取得了不少成果，濟南達微機械有限公司研制的新型第四代振動磨可在很短的時間內使藥材達到理想的粉碎效果，并可使物料達到精密的混合（分散）效果。該公司在山東省K藥工業研究所聯合，試驗了數百種中藥的超微粉碎，并且在P-環糊精包合及生藥膏劑等方面作了有益的嘗試。華中科技大學材料學院在超微粉碎技術領域經過多年研究，開發出具有自主知識產權的超微粉碎設備，其中深冷振動研磨設備是對各類中藥進行超微粉碎獲得微米、亞微米中藥微粉的理想設備。該設備是在借鑒了國外振動磨研究的技術，采川空氣彈簧減振，將深冷環境引人其中開發出來的磨機采用機械制冷和液氮深冷雙重制冷技術，并采用回冷循環，具有效率高，制冷速度快，液氮消耗少，性能可靠等優點，工作溫度-150℃常溫連續可調，如果不使用液氮，則可在-40℃常溫下連續工作該院已經與湖北省中醫藥研究院和某制藥廠合作，進行了上百種中藥的超微粉碎，結果都比較成功。在中藥行業中具有較好的應用前景。
4. 超微粉碎技術在粉茶加工中的應用
超微粉茶加工技術是“八五”期間中國農業科學院茶葉研究所開發的新型茶加工技術之一，其種類有綠茶粉、紅茶粉、烏龍茶粉等，被廣泛應用于食品添加，變“喝茶”為“吃茶”。當前應用zui廣泛的是綠茶粉，其關鍵加工技術為：一是對鮮葉原料采用保綠手段，加工成色澤綠翠的干毛茶；二是使用超微粉碎技術，將茶葉粉碎成300目以下，約60μｍ的微細粉末，并保持茶葉的原有色澤。超微粉茶因為粒度很細，添加于食品中，吃在口中不會有任何粒度的感覺，故可使食品中既富含茶葉的營養和保健成分，又使原來舍棄的纖維素等得以利用，同時還賦予了食品天然綠色，等于添加了綠色色素，形成具有特殊風格的茶葉食品。
超微綠茶粉所使用的保綠手段，一是在鮮葉中添加保綠劑；二是使用蒸青方式殺青，生產出色澤綠翠的蒸烘青綠茶。
超微茶粉加工的關鍵設備是LF型超微粉碎機組，當茶葉顆粒經進料口螺旋送入粉碎室內，受到粉碎盤的高速沖擊和剪切，同時也受到渦流產生的高頻振動而被粉碎。粉碎后的粉體在負壓作用下越過分流錐套進入分級室。由于分級輪的高速旋轉，粉體同時受空氣動力和離心力的作用。當離心力＞空氣動力時，說明粉體還大于要求的分級粒徑粉粒細度，即被甩至錐套返回粉碎室繼續粉碎，而粉碎合格的粉體此時空氣動力＞離心力受動力作用，進入集料管道后到輔機被排出，收集后成為超微粉茶成品。
5. 結束語
中藥進行細胞級微粉碎后，能增加藥物吸收率，提高其生物利用度；有利于保留牛物活性成分，提高藥效；節省原料，便于應用。在各種超微粉碎設備中，振動磨由于可能的將藥物粉碎到亞微米級，被認為是對中藥進行超微粉碎，zui有前途的設備。中藥粉碎過程中一個難題是溫升問題，利用冷卻裝置進行低溫粉碎將使草為粉碎技術更加成熟。
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