原料藥實驗室氣流粉碎機技術(shù)淺析

2021-05-14

普通超微實驗室氣流粉碎機其存在的問題是：設(shè)備制造成本高、一次性投資大、能耗高、粉體加工成本太大,使其應(yīng)用領(lǐng)域也受到了一定限制；難以制得亞微米級產(chǎn)品,產(chǎn)品粒度在10 um左右時效果最佳,在10um以下時產(chǎn)量大幅下降,成本急劇上升；實驗室氣流粉碎機的單機處理能力較小(均小于1噸每小時，不能適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需要；設(shè)備加工精度與材質(zhì)的磨損問題仍困擾著設(shè)備制造商和廠大用戶。

1 概述
原料藥微粉一般指產(chǎn)品粒徑小于20um的產(chǎn)品，微粉的氣流粉碎是將粒徑較大的顆?；蚍勰┓鬯槌奢^小的顆?；蚍勰┑牟僮鬟^程，一般要求粉碎后的產(chǎn)品粒徑小于20um。其目的為減少粒徑、增加比表面積、增加需求粒徑的分布區(qū)間等。
藥品粉碎的意義在于：1）粉碎后的藥品有利于固體藥物的溶解和吸收，可以提高難溶性藥物的生物利用度；2）粉碎后的藥品有利于混懸劑或固體制劑中各成分的混合均一性，混合度與各成分的粒徑有關(guān)；3）粉碎后的藥品有利于提高固體藥物在液體、半固體、氣體中的分散性，提高藥品的利用率。
實驗室氣流粉碎機主要分為對撞式與氣旋式兩種。其工作原理是利用壓縮空氣（或氮氣）作為動力，將需粉碎的物料在粉碎機內(nèi)加速至高速運動，使其與粉碎機內(nèi)腔室進行碰撞而達到粉碎，主要是改變物料的粒徑及其表面活性等。其可以將物料的粒徑改變至1um～100um之間。下面，本人將結(jié)合自身工作經(jīng)驗，對藥品微粉粉碎技術(shù)作一些初步探討。
氣旋式粉碎機在使用過程中影響微粉粉碎效果的因素主要有以下幾個方面。
1）影響產(chǎn)品粒徑的原因主要有粉碎物料進料速度及粉碎壓力。粉碎壓力是最主要的控制參數(shù)，同一物料在相同進料速度下，粉碎壓力越大，單位產(chǎn)品受到的參量就越大，碰撞粉碎效果就更好。
2）較高的粉碎壓力粉碎后的產(chǎn)品粒徑較小，但是產(chǎn)品粉碎壓力超過13bar后對產(chǎn)品粒徑改變有限。如果粉碎壓力達到13bar粉碎出來的物料仍未達到我們所需要的結(jié)果，建議尋找其他更合適的粉碎方法。
3）改變粉碎后產(chǎn)品粒徑分布可以通過調(diào)節(jié)實驗室氣流粉碎機的分布管及分級器來實現(xiàn)。在不改變的粉碎壓力及進料速度的情況下，若要獲得粒徑越小的產(chǎn)品。
（1）可以將實驗室氣流粉碎機的分布管調(diào)節(jié)至最低端，可以使物料在實驗室氣流粉碎機內(nèi)停留時間增加，停留時間的增加就等于增加了產(chǎn)品粉碎的碰撞時間，粉碎效果更佳。
（2）可以將實驗室氣流粉碎機的分級器調(diào)節(jié)至最上端，分級器調(diào)節(jié)至最上端相當于減少了分級器內(nèi)的空間，粉碎時作用在粉碎物料上面的氣流能量損耗減少了，粉碎效果自然就好的。在實際生產(chǎn)中為了達到粉碎效果及產(chǎn)能的要求，一般將調(diào)節(jié)實驗室氣流粉碎機的分布管及分級器結(jié)合起來使用，以達到最佳效果。
4）實驗室氣流粉碎機的選型特別是粉碎機腔室形狀對產(chǎn)品粒徑的影響。圓盤式實驗室氣流粉碎機腔體內(nèi)結(jié)構(gòu)一般有直角過渡與橢圓型過度兩種，采用直角過渡的粉碎機在直角處物料是沒有碰撞速度的，粉碎效果不理想。粉碎機腔體內(nèi)采用橢圓形過渡的物料會隨氣流形成一個氣旋，粉碎效果有明顯的提高。但是橢圓型過渡機機器的制造工藝更加復雜決定了一次性投入成本更高，這需要企業(yè)根據(jù)自身需要來合理選型。
5）上下分級器。在粉碎機選型時候盡可能的選擇帶有上下分級器的設(shè)備。上下分級器可以防止大顆料物料進入上部分級器而隨氣流進入氣固旋風分離器。因此選成帶上下分級器的氣流粉碎設(shè)備可以有效減少大顆粒物料對粒徑的托尾現(xiàn)象，使產(chǎn)品粒徑分布更加集中。
6）實驗室氣流粉碎機加速噴嘴的角度。加速噴嘴的角度決定了物料在實驗室氣流粉碎機腔體內(nèi)停留的時間，也就決定了物料粉碎后的粒徑。加速噴嘴越朝向粉碎機中心，產(chǎn)品停留的時間就越短，粒徑就越大。在生產(chǎn)實踐中證明加速噴嘴與實驗室氣流粉碎機內(nèi)環(huán)切線夾角在30°～40°時候是微粉產(chǎn)品粉碎效果最好的角度。
7）實驗室氣流粉碎機加速噴嘴的直徑。噴嘴的直徑越大，單位時間內(nèi)通過空氣的量就越大，單位產(chǎn)品受到的能量就越大，產(chǎn)品粒度相對就越小。
8）實驗室氣流粉碎機進料噴嘴的角度。進料噴嘴的角度決定了物料在粉碎機外腔室內(nèi)的初速度，通過使用不同角度的進料噴嘴的可以調(diào)節(jié)物料在外腔室內(nèi)的初速度，物料以相對較高的初速度通過加速噴嘴進入粉碎機的內(nèi)腔內(nèi)，從而能夠得到粒徑相對更小的產(chǎn)品。
9）實驗室氣流粉碎機腔材質(zhì)的選擇：若物料粘性比較大而硬度不算是太高時可以選用PTFE材質(zhì)的粉碎機腔體，PTFE材質(zhì)的腔體可以有效避免大量物料粘連在粉碎機腔室內(nèi)壁；硬度較大的物料采用不銹鋼材質(zhì)的內(nèi)腔，不銹鋼材質(zhì)的內(nèi)腔硬度較大基本可以滿足絕大多數(shù)企業(yè)對粉碎的要求，其還有易清潔維護等優(yōu)點，若是生產(chǎn)無菌產(chǎn)品，其可以支持在線純蒸汽滅菌，現(xiàn)大多無菌制藥企業(yè)使用的是316L材質(zhì)的粉碎機內(nèi)腔；對于硬度特別大的物料，不銹鋼材質(zhì)的內(nèi)腔室無法滿足生產(chǎn)需要的情況下可以選用陶瓷材質(zhì)的腔體，陶瓷材質(zhì)的腔體具有硬度大，耐磨損等優(yōu)點，但其也有維護保養(yǎng)難，無法在線純蒸汽滅菌等不足之處。
10）在物料的粉碎過程中經(jīng)常碰到粉碎腔室內(nèi)積料及起皮情況，其主要的原因有：
（1）物料粘性大，可想辦法降低物料粘性（如通過降低物料水份含量來降低產(chǎn)品粘性）。
（2）腔體內(nèi)物料太多，可以通過減少進料速度的方法來解決。
11）通過以上方法都無法達到理想粉碎效果的物料，可以考慮采用深冷粉碎方式來對物料進行粉碎。粉碎氣體最好選用氮氣，氮氣有更好的穩(wěn)定性及降溫后沒有冷凝水，若使用壓縮空氣，降溫后冷凝水會結(jié)冰，冰渣隨氣體通過濾芯時會將濾芯擊破。在實際運用中一般將氣體通過冷干機進行降溫冷卻至-4℃以下，用冷卻后的氣體與物料相遇后物料溫度會降低，粘度也會隨之降低物料表面張力改變使物料變脆，更容易于達到粉碎至更小粒度的要求。因為物料在碰撞粉碎的過程中因高速運動會發(fā)熱，物料溫度會升高，故此方法特別適用于熱敏性的物料粉碎工作。此方法缺點就是技術(shù)要求過高，設(shè)備投入較大，運行成本較高。
2 在粉碎過程中常出現(xiàn)的問題
1）粉碎機磨損太快。（1）物料硬度太大，此時應(yīng)選用比較合適材質(zhì)的粉碎機內(nèi)腔。（2）設(shè)備長時間以較高粉碎壓力運行，這種情況需要周期性的更換損耗件。
2）粉碎產(chǎn)品不均一。粉碎后的產(chǎn)品一般為單峰，若出現(xiàn)雙峰或多峰主要原因有：
（1）粉碎壓力不穩(wěn)定。解決辦法：在氣源設(shè)備供氣量能夠滿足工作所需氣量的基礎(chǔ)上，保證氣源最低供氣壓力比工作壓力高2～3bar。
（2）進料速度不穩(wěn)定。解決辦法：檢查進料閥門處是否有堵塞；物料是不是粘性太大，流動性不均一，穩(wěn)定的控制進料速度。
（3）粉碎機腔室內(nèi)形成了濾餅。解決辦法：暫停粉碎工作，清除粉碎機腔室內(nèi)的濾餅后再恢復生產(chǎn)。
3）檢測方法的影響。粉碎后的產(chǎn)品粒徑檢測結(jié)果達不到要求，在排除粉碎過程中會產(chǎn)生的問題后產(chǎn)品粒徑檢測結(jié)果仍達不到要求的結(jié)果可以考慮分析粒徑的檢測方法是否合理。例如物料粘性較大，粉碎后物料易結(jié)團，若采用干法檢測方法顯然是不合適的，此時可以考慮使用濕法進行檢測，使物質(zhì)在溶液內(nèi)充分分散后再進行檢測，這樣得到的結(jié)果才是最真實的檢測結(jié)果。
4）旋風分離對粉碎效果的影響。粉碎后的物料經(jīng)旋風分離后旋風分離器內(nèi)的壓力大約保持在200～300mbar，這種壓力下可以使用包裝袋在旋風出料口對物料直接進行包裝，這種情況是旋風分離最佳狀態(tài)。若旋風分離器內(nèi)壓力過大，說明粉碎機出料口出氣量較大，會對粉碎效果有影響。
3 結(jié)論
原料藥微粉在現(xiàn)代制藥應(yīng)用中越來越廣泛，市場對微粉產(chǎn)品的需求逐年增長。微粉的氣流粉碎工藝具有對藥品污染低、產(chǎn)量高等優(yōu)點被企業(yè)廣泛采用。流化床氣流粉碎的特點有氣源壓力高、管道及設(shè)備受壓大等特點，這些都是存在一定的安全隱患的風險點，在粉碎過程中如何使用盡可能低的氣流壓力生產(chǎn)出符合要求的微粉產(chǎn)品需要我們在實踐中不斷的去探索。

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