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缓控释大颗粒包衣机的特点与应用
阅读：709 发布时间：2011-8-22
摘要：从底喷流化喷动床的概念入手，对大颗粒采用底喷流化喷动床进行包衣机理的探讨，阐述了底喷流化喷动床的特点，并对其应用谈了个人看法，目的能让这一产品能在制药工业中得到更好地应用。
关键词：底喷流化喷动床；缓控释；大颗粒；包衣；特点；应用
缓控释大颗粒包衣机原名为包膜控释肥料底喷流化喷动床（下简为底喷流化喷动床），该产品是常州市一步干燥设备有限公司（下简为一步公司）研发的新产品，改此名是06年9月进行省级产品鉴定时鉴定委员会专家所提出的，其原委该产品不只适应肥料生产，也能适应药品、食品和化工等行业的大颗粒包衣。其于该产品已在多家肥料生产厂得到应用，依据多位制药装备行家的意见也能应用于药品缓控释大颗粒包衣。因而，本文从底喷流化喷动床的概念和大颗粒为何要用底喷流化喷动床二个问题入手，阐述了底喷流化喷动床特点，并对其应用谈了个人看法，目的能让这一产品能在制药工业中得到更好地应用。
1.底喷流化喷动床的概念
1.1流化喷动床的基本概念
在了解底喷流化喷动床概念前，首先要了解流化喷动床的基本概念。流化喷动床是按设备结构形式所分的一种特殊流化床，其由喷动床、风机、空气加热器、旋风分离器等组成，喷动床上部为圆筒形，下部为圆锥形，在锥形的截面积zui小处设有一个进气口，在锥形筒体上设有导向筒。工作时，物料由输料器进入喷动床内，空气经加热后从进气口进入，空气将以高速气流形式从导向筒内穿过，冲开物料并夹带一部分物料向上运动，形成一个*通道，物料的密度随运动的高度而增加，至床顶部似喷泉状一样，从中心喷出，向四周散落到环形区，然后依靠自身重力缓慢下降，到锥底后又被上升气流喷射上去，如此循环喷动，达干燥要求。
1.2底喷流化喷动床的基本介绍
底喷流化喷动床是在流化喷动床的基础上，通过喷动床锥形底部处喷枪向上对物料喷射包衣液，这里包衣液体在颗粒状物料的正下方向上对物料进行喷雾包衣的。在包衣的同时，物料的运动方向通过风力实现流态化循环过程，颗粒可以得到循环包衣，从而使得物料形成一层致密的包衣膜。
底喷流化喷动床的成套工艺流程如图1所示。在实际操作中：（1）将需包衣的颗粒放在流化床内，并且在导向筒的外面；（2）启动风机；（3）打开热源，对空气进行加热，使温度达到所需的要求；（4）通过变频器对风量进行调节，使风量达到所需的要求；（5）调节导向筒，使颗粒状物料从导向筒外流向导向筒内，导向筒内的物料由风机产生的高速气流将物料向上喷射，物料散落到导向筒外形成一种循环；（6）通过*喷入包衣液对物料进行包衣，同时调节好压缩空气量和喷液量，包衣液体通过喷枪对准导向筒内的物料喷包衣液体，从而形成一层包衣材料；（7）打开冷凝器冷源，对包衣液中的溶剂进行回收；（8）在包衣过程中湿气不断排出，新鲜空气不断补充，等包衣液喷完后，干燥一段时间关闭热源、风机，打开蝶阀将物料卸出。如此操作，可使颗粒状物料得到缓控释作用。
2.对大颗粒采用底喷流化喷动床进行包衣机理的探讨
2.1问题的提出
通常流化床干燥具有以下特点：（1）传热效果良好，生产能力大特点；（2）流化床内温度分布均匀，适用于某些热敏物料干燥；（3）可以连续操作，也可间歇操作；（4）产品含水率稳定；（5）设备的投资费用低廉，维修工作量较小。而通用性流化床包衣技术则利用所有颗粒都悬浮在流化气流中，可以喷射各种包衣液，并进行湿热交换。常有三种包衣液喷射进行包衣，即顶喷、底喷及侧喷三种形式，为了使衣膜均匀连续，尽量做到减少液滴的行程（即液滴从喷头出口到达颗粒表面的距离），流化床包衣能基本保持其原有特性，以达到均一性、理想铺展性和衣膜的均匀连续性。但是，这些通用流化床包衣设备中对于颗粒直径>3mm以及堆积比重超过1.0g/cm3的颗粒状物料存在着很大缺陷，物料在流化床中形成不了流态化，这就是不法进行流态包衣与干燥。
2.2大颗粒为何不能在通用流化床流化，而只能在喷动床得到流化？
翻开经典的流化床文献均可找到流化床的Geldart颗粒分类图，从图中可看到：颗粒的形状，尺寸和密度对其流态化的性能影响极大。其中，（1）A、B类颗粒适于流化，A类（细）颗粒因冲气性好，床层中生成的气泡小，特别适于催化过程；（2）C类过细，粒间有粘附性，气体易呈沟通过，并不适用；D类有过大，只在喷动床中才能较好流化。因此，只有锥型喷动床才能适合相对粗大的颗粒（一般粒径为2～8mm）达到流化状，这基于气体经由喷嘴或孔板垂直向上射入,形成一个随流体流速的增高而逐渐向上延伸的射流区。当气体喷射速度足够高时,就会形成具有稀相喷射区、密相环缝区、喷泉区的喷动现象，这种喷动现象不同于普通散式流化床。与普通散式流化床相比,喷动床具有以下特点：（1）颗粒流动更简单,更有规律,流化性能更好；（2）对物料尺寸的限制更强,一般情况下干燥、窄筛分、体表面积大的物料。
2.3底喷用在流化喷动床包衣的特点
底喷的基理为：喷动流态化与喷雾相结合，形成喷泉状态，使工业化包衣变得现实，其工艺的广泛运用至今尚无其它形式所能相比。在流化喷动床床锥底*设置雾化器（即底喷），同时在锥形筒体上设有导向筒，以满足大部分风量通过，形成类喷泉式的流态化，颗粒从导向筒内由气流加速而上升，从中心喷出再离开导向筒，向四周散落到环形区，然后依靠自身重力缓慢下降，到锥底后又被上升气流喷射上去，如此循环。使物料具有高度的分散性，因而，底喷喷动床包衣工艺具有人们所期望的工艺重复性。底喷流化喷动床包衣特点：
（1）同向喷液会使喷液方向颗粒运动方向一致，这种运动所呈现出快速、持续和均一；
（2）包衣液是喷液在喷嘴附近运动有序的颗粒表面，故液滴到被包颗粒表面距离较短，易形成连续紧密的包衣膜；
（3）包衣膜质量好、适用大颗粒及较大批量生产。
2.4底喷流化喷动床几个要素的简述
底喷流化喷动床不是每一个产品就能适用任何颗粒的包衣，而是要根据不同物料特性作不同结构和工艺的设计，要通过大量计算得到结构与工艺参数，才方能用于生产，大致有以下几方面：
（1）气流输送速度，它与颗粒运动频率有关，它是决定颗粒离开导向筒向扩大部分建立沸腾的基本要素。虽然，气流输送速度能由PLC控制变频调节，但仍与喷动床锥体锥角、干燥器zui大直径与zui小直径比、喷动床干燥器锥体高度以及干燥器容积等结构因素有关。
（2）喷动床干燥器的压力损失，其决定于中心上升的气流，也与流化速度变化有关。当床层顶部截面上达到流化状态时，而在中心底部截面上应大大超过流化开始速度，即在床层开始沸腾之前压力损失达到zui大。一旦沸腾后，再继续增大气速，则压力损失迅速下降到较稳定值。
（3）包衣雾化喷嘴的设置，即与喷嘴喷射角、喷射气压与设置位置等有关。
3.底喷流化喷动床的特点
一步公司近期研制的底喷流化喷动床是底喷流化床包衣、大颗粒喷动床干燥、节能环保与现代控制等技术的有机结合，该设备的技术特点表现如下：
（1）底喷流化喷动床整机高度与筒体直径之比比较大，能直接形成喷射区。当风速大于20m/s，物料在流化床内形成喷射状，包膜直径>3mm的颗粒效果比较理想。然而，普通流态化包衣设备设计时风速都一般<4m/s，对大颗粒物料进行包衣往往不能形成流态化，且在包衣时不能形成很好的物料循环链，也就不能实现包衣的功能。诚然，采用底喷流化喷动床包衣技术解决了此问题，且包衣液能均匀的雾化在物料表面，在物料表面形成了一层致密的包衣膜，从而使物料的包衣成品率达到近100%。
（2）通过循环系统，将包衣液中的有机溶剂通过冷凝器冷凝回收使用，降低了包衣成本，同时保护了环境。大部分传统的流态化包衣设备都是敞开式的，对于含有机溶剂的包衣液都不能循环，造成了浪费，同时污染了环境，无形中还增加了包衣成本。然而，底喷流化喷动床是一个循环系统，包衣液通过*进入喷枪后雾化在物料表面，而随着热风的不断喷雾射入，含有有机溶剂的湿空气随着热风进入到冷凝器中，而有机溶剂通过冷凝器冷凝后收集再回收循环利用，这样就节约了包衣成本，具有实用性和经济性。
（3）采用旋风分离器收集粉尘，减少系统阻力，节约了风机能耗。有些传统流态化包衣设备在包衣刚开始时，由于碰撞产生的极少量细粉都是通过布袋除尘器收集，易造成布袋极易被包衣液粘结而影响透气性能。然而，该系统中粉尘则采用旋风分离器来收集，这样比传统的布袋除尘器收集在系统阻力上减少了1000Pa，从而改变了传统布袋除尘器的不完善之处。
（4）底喷流化喷动床的产品处理量250～500kg/批，只需1个喷嘴，改变了部分传统流态化包衣设备采取多个喷嘴的结构形式。当传统流态化包衣设备产量在250～500kg/批时，需3～7支喷嘴，从而使得压缩空气能耗大大加大。从产业化角度来讲，这种包衣设备已经是大型化的设备。然而，对于该设备来说，250～500kg/批的只是小型设备，且只需一个喷嘴就可以解决生产能力的问题。同时，1个喷嘴与传统的同种设备需3～7个喷嘴相比，压缩空气节省了2/3以上，使得能耗大大降低。
（5）单一喷嘴结构和正压循环操作，节约了能耗。底喷流化喷动床操作系统采用正压循环操作，只有小部分新鲜空气进入设备，同时小部分潮湿的湿空气排出设备。而传统的包衣都是负压实敞开式操作，这样就会浪费很多热能，热量消耗是该种设备的2倍以上，从而使得该设备在设计上符合国家倡导节约型社会的原则。
（6）整套装置的控制系统采用人机界面（即PLC+触摸屏控制），工艺流程能动态显示。物料的包衣状态可及时监控，并对包衣工艺进行调整，控制比较方便。
（7）设备的整体设计科学、合理，安全可靠，各项指标达到国家环保要求。
（8）设备还可根据用户要求设置在位清洗装置，清洗方便。
4.对底喷流化喷动床在制药工业应用的希望
近期底喷流化喷动床在一步公司研发成功，而其zui初成功应用于复合肥料行业，对肥料颗粒进行控释性包衣，故当初设备冠名包膜控释肥料底喷流化喷动床，它适合于大颗粒物料的包衣干燥，有效地解决了国内控释肥料工业化生产的控释肥料包衣设备的瓶颈问题，使肥料提高了利用率。该设备已在华南农业大学控释肥产品中使用，用户反映设备运行良好，生产的产品能达到工艺要求。
虽然，该产品能适应肥料与树脂等行业的大颗粒包衣，但在制药工业的应用仍属空白，根据工艺小试与多位制药行业专家的意见，该底喷流化喷动床也十分适用于制药行业大颗粒进行缓控释包衣，特别是复合中药的小丸剂进行包衣，故本公司把此设备另谓称缓控释大颗粒包衣机。因此，笔者写此文的另一重要目的便是推广其在制药行业的应用，本公司更愿意对此进行更优惠的技术合作。
5.结语
本文从底喷流化喷动床的概念入手，对大颗粒采用底喷流化喷动床包衣机理的探讨，阐述了底喷流化喷动床的特点，并对其应用谈了个人看法，目的能让这一产品能在制药工业中得到更好地应用，能让底喷流化喷动床产品得到广泛应用，真正成为制药行业的缓控释大颗粒包衣机。可以说，任何设备的形成依赖于工艺小试的技术，而新设备的发展将带动新剂型和新工艺的变革。目前，新剂型开发是发展中国家制药工业所普遍采用的途径，其中缓控释丸剂的开发及工业化应用，必须做到两者的结合、工艺设备互补以及技术共享，这样具有良好前景。
关键词：底喷流化喷动床；缓控释；大颗粒；包衣；特点；应用
缓控释大颗粒包衣机原名为包膜控释肥料底喷流化喷动床（下简为底喷流化喷动床），该产品是常州市一步干燥设备有限公司（下简为一步公司）研发的新产品，改此名是06年9月进行省级产品鉴定时鉴定委员会专家所提出的，其原委该产品不只适应肥料生产，也能适应药品、食品和化工等行业的大颗粒包衣。其于该产品已在多家肥料生产厂得到应用，依据多位制药装备行家的意见也能应用于药品缓控释大颗粒包衣。因而，本文从底喷流化喷动床的概念和大颗粒为何要用底喷流化喷动床二个问题入手，阐述了底喷流化喷动床特点，并对其应用谈了个人看法，目的能让这一产品能在制药工业中得到更好地应用。
1.底喷流化喷动床的概念
1.1流化喷动床的基本概念
在了解底喷流化喷动床概念前，首先要了解流化喷动床的基本概念。流化喷动床是按设备结构形式所分的一种特殊流化床，其由喷动床、风机、空气加热器、旋风分离器等组成，喷动床上部为圆筒形，下部为圆锥形，在锥形的截面积zui小处设有一个进气口，在锥形筒体上设有导向筒。工作时，物料由输料器进入喷动床内，空气经加热后从进气口进入，空气将以高速气流形式从导向筒内穿过，冲开物料并夹带一部分物料向上运动，形成一个*通道，物料的密度随运动的高度而增加，至床顶部似喷泉状一样，从中心喷出，向四周散落到环形区，然后依靠自身重力缓慢下降，到锥底后又被上升气流喷射上去，如此循环喷动，达干燥要求。
1.2底喷流化喷动床的基本介绍
底喷流化喷动床是在流化喷动床的基础上，通过喷动床锥形底部处喷枪向上对物料喷射包衣液，这里包衣液体在颗粒状物料的正下方向上对物料进行喷雾包衣的。在包衣的同时，物料的运动方向通过风力实现流态化循环过程，颗粒可以得到循环包衣，从而使得物料形成一层致密的包衣膜。
底喷流化喷动床的成套工艺流程如图1所示。在实际操作中：（1）将需包衣的颗粒放在流化床内，并且在导向筒的外面；（2）启动风机；（3）打开热源，对空气进行加热，使温度达到所需的要求；（4）通过变频器对风量进行调节，使风量达到所需的要求；（5）调节导向筒，使颗粒状物料从导向筒外流向导向筒内，导向筒内的物料由风机产生的高速气流将物料向上喷射，物料散落到导向筒外形成一种循环；（6）通过*喷入包衣液对物料进行包衣，同时调节好压缩空气量和喷液量，包衣液体通过喷枪对准导向筒内的物料喷包衣液体，从而形成一层包衣材料；（7）打开冷凝器冷源，对包衣液中的溶剂进行回收；（8）在包衣过程中湿气不断排出，新鲜空气不断补充，等包衣液喷完后，干燥一段时间关闭热源、风机，打开蝶阀将物料卸出。如此操作，可使颗粒状物料得到缓控释作用。
2.对大颗粒采用底喷流化喷动床进行包衣机理的探讨
2.1问题的提出
通常流化床干燥具有以下特点：（1）传热效果良好，生产能力大特点；（2）流化床内温度分布均匀，适用于某些热敏物料干燥；（3）可以连续操作，也可间歇操作；（4）产品含水率稳定；（5）设备的投资费用低廉，维修工作量较小。而通用性流化床包衣技术则利用所有颗粒都悬浮在流化气流中，可以喷射各种包衣液，并进行湿热交换。常有三种包衣液喷射进行包衣，即顶喷、底喷及侧喷三种形式，为了使衣膜均匀连续，尽量做到减少液滴的行程（即液滴从喷头出口到达颗粒表面的距离），流化床包衣能基本保持其原有特性，以达到均一性、理想铺展性和衣膜的均匀连续性。但是，这些通用流化床包衣设备中对于颗粒直径>3mm以及堆积比重超过1.0g/cm3的颗粒状物料存在着很大缺陷，物料在流化床中形成不了流态化，这就是不法进行流态包衣与干燥。
2.2大颗粒为何不能在通用流化床流化，而只能在喷动床得到流化？
翻开经典的流化床文献均可找到流化床的Geldart颗粒分类图，从图中可看到：颗粒的形状，尺寸和密度对其流态化的性能影响极大。其中，（1）A、B类颗粒适于流化，A类（细）颗粒因冲气性好，床层中生成的气泡小，特别适于催化过程；（2）C类过细，粒间有粘附性，气体易呈沟通过，并不适用；D类有过大，只在喷动床中才能较好流化。因此，只有锥型喷动床才能适合相对粗大的颗粒（一般粒径为2～8mm）达到流化状，这基于气体经由喷嘴或孔板垂直向上射入,形成一个随流体流速的增高而逐渐向上延伸的射流区。当气体喷射速度足够高时,就会形成具有稀相喷射区、密相环缝区、喷泉区的喷动现象，这种喷动现象不同于普通散式流化床。与普通散式流化床相比,喷动床具有以下特点：（1）颗粒流动更简单,更有规律,流化性能更好；（2）对物料尺寸的限制更强,一般情况下干燥、窄筛分、体表面积大的物料。
2.3底喷用在流化喷动床包衣的特点
底喷的基理为：喷动流态化与喷雾相结合，形成喷泉状态，使工业化包衣变得现实，其工艺的广泛运用至今尚无其它形式所能相比。在流化喷动床床锥底*设置雾化器（即底喷），同时在锥形筒体上设有导向筒，以满足大部分风量通过，形成类喷泉式的流态化，颗粒从导向筒内由气流加速而上升，从中心喷出再离开导向筒，向四周散落到环形区，然后依靠自身重力缓慢下降，到锥底后又被上升气流喷射上去，如此循环。使物料具有高度的分散性，因而，底喷喷动床包衣工艺具有人们所期望的工艺重复性。底喷流化喷动床包衣特点：
（1）同向喷液会使喷液方向颗粒运动方向一致，这种运动所呈现出快速、持续和均一；
（2）包衣液是喷液在喷嘴附近运动有序的颗粒表面，故液滴到被包颗粒表面距离较短，易形成连续紧密的包衣膜；
（3）包衣膜质量好、适用大颗粒及较大批量生产。
2.4底喷流化喷动床几个要素的简述
底喷流化喷动床不是每一个产品就能适用任何颗粒的包衣，而是要根据不同物料特性作不同结构和工艺的设计，要通过大量计算得到结构与工艺参数，才方能用于生产，大致有以下几方面：
（1）气流输送速度，它与颗粒运动频率有关，它是决定颗粒离开导向筒向扩大部分建立沸腾的基本要素。虽然，气流输送速度能由PLC控制变频调节，但仍与喷动床锥体锥角、干燥器zui大直径与zui小直径比、喷动床干燥器锥体高度以及干燥器容积等结构因素有关。
（2）喷动床干燥器的压力损失，其决定于中心上升的气流，也与流化速度变化有关。当床层顶部截面上达到流化状态时，而在中心底部截面上应大大超过流化开始速度，即在床层开始沸腾之前压力损失达到zui大。一旦沸腾后，再继续增大气速，则压力损失迅速下降到较稳定值。
（3）包衣雾化喷嘴的设置，即与喷嘴喷射角、喷射气压与设置位置等有关。
3.底喷流化喷动床的特点
一步公司近期研制的底喷流化喷动床是底喷流化床包衣、大颗粒喷动床干燥、节能环保与现代控制等技术的有机结合，该设备的技术特点表现如下：
（1）底喷流化喷动床整机高度与筒体直径之比比较大，能直接形成喷射区。当风速大于20m/s，物料在流化床内形成喷射状，包膜直径>3mm的颗粒效果比较理想。然而，普通流态化包衣设备设计时风速都一般<4m/s，对大颗粒物料进行包衣往往不能形成流态化，且在包衣时不能形成很好的物料循环链，也就不能实现包衣的功能。诚然，采用底喷流化喷动床包衣技术解决了此问题，且包衣液能均匀的雾化在物料表面，在物料表面形成了一层致密的包衣膜，从而使物料的包衣成品率达到近100%。
（2）通过循环系统，将包衣液中的有机溶剂通过冷凝器冷凝回收使用，降低了包衣成本，同时保护了环境。大部分传统的流态化包衣设备都是敞开式的，对于含有机溶剂的包衣液都不能循环，造成了浪费，同时污染了环境，无形中还增加了包衣成本。然而，底喷流化喷动床是一个循环系统，包衣液通过*进入喷枪后雾化在物料表面，而随着热风的不断喷雾射入，含有有机溶剂的湿空气随着热风进入到冷凝器中，而有机溶剂通过冷凝器冷凝后收集再回收循环利用，这样就节约了包衣成本，具有实用性和经济性。
（3）采用旋风分离器收集粉尘，减少系统阻力，节约了风机能耗。有些传统流态化包衣设备在包衣刚开始时，由于碰撞产生的极少量细粉都是通过布袋除尘器收集，易造成布袋极易被包衣液粘结而影响透气性能。然而，该系统中粉尘则采用旋风分离器来收集，这样比传统的布袋除尘器收集在系统阻力上减少了1000Pa，从而改变了传统布袋除尘器的不完善之处。
（4）底喷流化喷动床的产品处理量250～500kg/批，只需1个喷嘴，改变了部分传统流态化包衣设备采取多个喷嘴的结构形式。当传统流态化包衣设备产量在250～500kg/批时，需3～7支喷嘴，从而使得压缩空气能耗大大加大。从产业化角度来讲，这种包衣设备已经是大型化的设备。然而，对于该设备来说，250～500kg/批的只是小型设备，且只需一个喷嘴就可以解决生产能力的问题。同时，1个喷嘴与传统的同种设备需3～7个喷嘴相比，压缩空气节省了2/3以上，使得能耗大大降低。
（5）单一喷嘴结构和正压循环操作，节约了能耗。底喷流化喷动床操作系统采用正压循环操作，只有小部分新鲜空气进入设备，同时小部分潮湿的湿空气排出设备。而传统的包衣都是负压实敞开式操作，这样就会浪费很多热能，热量消耗是该种设备的2倍以上，从而使得该设备在设计上符合国家倡导节约型社会的原则。
（6）整套装置的控制系统采用人机界面（即PLC+触摸屏控制），工艺流程能动态显示。物料的包衣状态可及时监控，并对包衣工艺进行调整，控制比较方便。
（7）设备的整体设计科学、合理，安全可靠，各项指标达到国家环保要求。
（8）设备还可根据用户要求设置在位清洗装置，清洗方便。
4.对底喷流化喷动床在制药工业应用的希望
近期底喷流化喷动床在一步公司研发成功，而其zui初成功应用于复合肥料行业，对肥料颗粒进行控释性包衣，故当初设备冠名包膜控释肥料底喷流化喷动床，它适合于大颗粒物料的包衣干燥，有效地解决了国内控释肥料工业化生产的控释肥料包衣设备的瓶颈问题，使肥料提高了利用率。该设备已在华南农业大学控释肥产品中使用，用户反映设备运行良好，生产的产品能达到工艺要求。
虽然，该产品能适应肥料与树脂等行业的大颗粒包衣，但在制药工业的应用仍属空白，根据工艺小试与多位制药行业专家的意见，该底喷流化喷动床也十分适用于制药行业大颗粒进行缓控释包衣，特别是复合中药的小丸剂进行包衣，故本公司把此设备另谓称缓控释大颗粒包衣机。因此，笔者写此文的另一重要目的便是推广其在制药行业的应用，本公司更愿意对此进行更优惠的技术合作。
5.结语
本文从底喷流化喷动床的概念入手，对大颗粒采用底喷流化喷动床包衣机理的探讨，阐述了底喷流化喷动床的特点，并对其应用谈了个人看法，目的能让这一产品能在制药工业中得到更好地应用，能让底喷流化喷动床产品得到广泛应用，真正成为制药行业的缓控释大颗粒包衣机。可以说，任何设备的形成依赖于工艺小试的技术，而新设备的发展将带动新剂型和新工艺的变革。目前，新剂型开发是发展中国家制药工业所普遍采用的途径，其中缓控释丸剂的开发及工业化应用，必须做到两者的结合、工艺设备互补以及技术共享，这样具有良好前景。