1、1,制药化工过程及设备,第11章,药物粉体生产设备,2,1.了解粉碎在药品生产中的意义，了解常用粉碎方法及特点，熟悉典型粉碎设备的结构、特点和工作过程。2.掌握“目”的概念，熟悉药筛标准和粉末等级，熟悉典型筛分设备的结构、特点和工作过程。3.掌握混合机理，熟悉混合设备的类型以及典型混合设备的结构、特点和工作过程。,药物粉体生产设备,学习目标,3,粉碎是借助于外力将大块固体物料制成适宜粒度的碎块或细粉的操作过程，它是固体药物生产中的基本单元操作之一。 按粉碎后颗粒的粒度不同，粉碎可分为粗碎、中碎、细碎和超细碎。粗碎后颗粒的粒径为数十毫米至数毫米，中碎后粒径为数毫米至数百微米，细碎后粒径为数百微米
2、至数十微米，而超细碎后粒径则在数十微米以下，其中粉碎后粒径在1100nm之间的又称为纳米粉碎。,11.1 粉碎,4,粉碎在药品生产中具有重要的意义。例如，将中药材粉碎至适宜粒度，有利于药材中有效成分的浸出或溶出。又如，制备散剂、颗粒剂、丸剂、片剂等所需的固体原料药均应粉碎成细粉，以利于制备成型。再如，将固体药物粉碎成较小粒径的颗粒，可增大药物的比表面积，促进药物的溶解与吸收，从而可提高生物利用度。,11.1 粉碎,5,但固体药物应粉碎成多大的粒径，还与药物性质、剂型及使用要求等具体情况有关，过细的药物颗粒并非总是有利的。 此外，粉碎操作也可能对药物产生不良影响。例如，多晶型药物的晶型在粉碎过程
3、中可能会遭到破坏，从而导致药效下降或出现不稳定晶型；粉碎操作产生的热效应可能引起热敏性药物的分解；易氧化药物粉碎后会因比表面积增大而加速氧化。,11.1 粉碎,6,1.自由粉碎和缓冲粉碎 在粉碎过程中，若将达到规定粒度的细粉及时移出，则称这种粉碎为自由粉碎。反之，若细粉始终保持在粉碎系统中，则称这种粉碎为缓冲粉碎。在自由粉碎过程中，细粉的及时移出可使粗粒有充分的机会接受机械能，因而粉碎设备所提供的机械能可有效地作用于粉碎过程，故粉碎效率较高。而在缓冲粉碎过程中，由于细粉始终保持在系统中，并在粗粒间起到缓冲作用，因而要消耗大量的机械能，导致粉碎效率下降，同时产生大量的过细粉末。,粉碎粉碎方法,1
4、1.1 粉碎,7,2.开路粉碎和循环粉碎 在粉碎过程中，若药物仅通过粉碎设备一次即获得所需的粉体产品，则称这种粉碎为开路粉碎，如图11-1(a)所示。开路粉碎适用于粗碎或用作细碎的预粉碎。,粉碎粉碎方法,11.1 粉碎,图11(a) 开路粉碎,8,2.开路粉碎和循环粉碎 若粉体产品中含有尚未达到规定粒度的粗颗粒，则可通过筛分设备将粗颗粒分离出来，再将其重新送回粉碎设备中粉碎，这种粉碎称为循环粉碎或闭路粉碎，如图11-1(b)所示。循环粉碎适用于细碎或对粒度范围要求较严的粉碎。,粉碎粉碎方法,11.1 粉碎,图11(b) 闭路粉碎,9,3.干法粉碎和湿法粉碎 干法粉碎是通过干燥处理使药物中的含水
5、量降至一定限度后再进行粉碎的方法。粉碎固体药物时，应根据药物的性质选用适宜的干燥方法，干燥温度一般不宜超过80oC。药物的适宜含水量与粉碎机械的性能有关。例如，采用万能粉碎机时药物的含水量应降至10%左右，而采用球磨机时药物的含水量则应降至5%以下。,粉碎粉碎方法,11.1 粉碎,10,3.干法粉碎和湿法粉碎 湿法粉碎是在固体药物中加入适量液体进行研磨粉碎的方法，但应注意，所用液体应不影响药效，也不应使药物溶解或膨胀。湿法粉碎的优点是不产生粉尘，可用于刺激性较强或有毒药物以及对产品细度要求较高的药物的粉碎，如冰片、樟脑、朱砂等。,粉碎粉碎方法,11.1 粉碎,11,4.单独粉碎和混合粉碎 将处
6、方中的一味药材单独进行粉碎的方法称为单独粉碎。单独粉碎既可按被粉碎药物的性质选取较为适宜的粉碎机械，又可避免粉碎过程中因药物损耗程度的不同而产生含量不准的现象。单独粉碎过程中，已粉碎的粉末有重新聚结的趋向，因而可减少损耗，并有利于劳动保护，故特别适用于刺激性以及贵细药材的粉碎。若药物的氧化性或还原性较强，则必须采用单独粉碎，否则易引起反应甚至爆炸。此外，剧毒药物以及需进行特殊处理的药料也应采用单独粉碎。,粉碎粉碎方法,11.1 粉碎,12,4.单独粉碎和混合粉碎 将两种或两种以上的药物同时进行粉碎的方法称为混合粉碎。混合粉碎可减少粉末的重新聚结趋向，并可使粉碎与混合过程同时进行，因而生产效率较
7、高。目前复方制剂中的多数药材均可采用混合粉碎。此外，对于粘性或油性药物，采用混合粉碎可适当降低这些药物单独粉碎时的难度。,粉碎粉碎方法,11.1 粉碎,13,5.低温粉碎 低温粉碎是利用药物在低温下脆性较大的特点进行粉碎的方法，其产品粒度较细，并能较好地保持药物有效成分的原有特性。对于常温下粉碎有困难的药物，如软化点和熔点较低的药物、热可塑性药物以及某些热敏性药物等，均可采用低温粉碎方法。 低温粉碎过程中，空气中的水分会在粉碎机及物料表面冷凝或结霜，从而增大物料中的含水量，因此低温粉碎不宜在潮湿环境中进行，粉碎后的产品也应及时置于防潮容器内，以免因长时间暴露于空气中而使含水量增大。,粉碎粉碎方
8、法,11.1 粉碎,14,6.超微粉碎 一般粉碎方法可将中药材粉碎至75m左右，而超微粉碎则可将固体药物粉碎至5m左右。中药材的细胞尺度一般在10100m左右，运用现代超微粉碎技术，可将原生药粉碎至510m以下，此时一般药材细胞的破壁率可达95以上。因此，中药材的超微粉碎又称为细胞级的微粉碎，它是以动植物类药材细胞破壁为目的的粉碎作业，所得中药微粉称为细胞级中药微粉，以细胞级中药微粉为基础制成的中药称为细胞级微粉中药，即微粉中药。,粉碎粉碎方法,11.1 粉碎,15,6.超微粉碎 中药材经超微粉碎后，粒径可达5m左右，细胞的破壁率可达95以上，因而有效成分极易溶出，从而可缩短提取时间，提高提取
9、率。 超微粉碎可提高中药的生物利用度，增强临床疗效。细胞级微粉中药中的有效成分的释放量和释放速度均较高，因而药物的起效速度较快。细胞级超微粉碎技术还可提高复方中药中各有效成分的均匀性，使各有效成分被人体均匀地吸收，从而起到提高疗效的作用。 此外，中药材在细胞级的超微粉碎中，与细胞尺度相当的虫卵也会因破壁而被杀死，从而可减少虫害对中药材的影响，降低中药的毒副作用。,粉碎粉碎方法,11.1 粉碎,16,6.超微粉碎 一般粉碎方法可将中药材粉碎至75m左右，而超微粉碎则可将固体药物粉碎至5m左右。中药材的细胞尺度一般在10100m左右，运用现代超微粉碎技术，可将原生药粉碎至510m以下，此时一般药材
10、细胞的破壁率可达95以上。因此，中药材的超微粉碎又称为细胞级的微粉碎，它是以动植物类药材细胞破壁为目的的粉碎作业，所得中药微粉称为细胞级中药微粉，以细胞级中药微粉为基础制成的中药称为细胞级微粉中药，即微粉中药。 中药材经超微粉碎后，粒径可达5m左右，细胞的破壁率可达95以上，因而有效成分极易溶出，从而可缩短提取时间，提高提取率。,粉碎粉碎方法,11.1 粉碎,17,固体药物在粉碎前后的粒度之比称为粉碎比，即式中 n粉碎比； d1粉碎前固体药物颗粒的粒径，mm或m； d2粉碎后固体药物颗粒的粒径，mm或m。 由式(11-1)可知，粉碎比越大，所得药物颗粒的粒径就越小。可见，粉碎比是衡量粉碎效果的
11、一个重要指标，也是选择粉碎设备的重要依据。一般情况下，粗碎的粉碎比为37，中碎的粉碎比为2060，细碎的粉碎比在100以上，超细碎的粉碎比则高达2001000。,粉碎粉碎比,11.1 粉碎,(11-1),18,粉碎机的种类很多，可按不同的的方法进行分类。按所施加作用力的不同，粉碎设备可分为剪切式、撞击式、研磨式、挤压式和锉销式等类型。按作用部件运动方式的不同，粉碎设备可分为旋转式、振动式、滚动式以及流体作用式等类型。按操作方式的不同，粉碎设备可分为干磨、湿磨、间歇式和连续式等类型。下面介绍几种药品生产中常用的粉碎设备。,粉碎粉碎设备,11.1 粉碎,19,切药机主要由切刀、曲柄连杆机构、输送带
12、、给料辊和出料槽组成，其结构如图11-2所示。,粉碎设备切药机,11.1 粉碎,图11-2 切药机,1-出料槽；2-切刀；3-曲柄连杆 机构；4-给料辊；5-输送带,20,腭式破碎机是一种粗碎和中碎设备，主要由固定腭板、活动腭板、飞轮和连杆机构等部件组成，如图11-3所示。,粉碎设备腭式破碎机,11.1 粉碎,图11-3 腭式破碎机,1-固定腭板2-活动腭板3-轴4-飞轮5-偏心轴6-连杆机构7-联接杆8-弹簧,21,万能粉碎机主要由定子、转子及环形筛板等组成，其结构如图11-4所示。,粉碎设备万能粉碎机,11.1 粉碎,图11-4 万能粉碎机,1-出粉口2-筛板3-水平轴4-定子5-加料斗6
13、-抖动装置7-加料口8-转子,22,锤式粉碎机是一种撞击式粉碎机，主要由加料器、转子、锤头、衬板、筛板(网)等部件组成，如图11-5所示。,粉碎设备锤式粉碎机,11.1 粉碎,图11-5 锤式粉碎机结构,1-加料斗2-螺旋加料器3-转子4-锤头5-衬板6-外壳7-筛板,23,球磨机主要由圆筒体、端盖、轴承和传动机构等组成，其结构如图11-6所示。,粉碎设备球磨机,11.1 粉碎,1-进料口；2-轴承；3-端盖；4-圆筒体；5-大齿圈；6-出料口图11-6 万能结构与工作原理示意图,固体,物料,2,粉碎,产品,3,4,5,1,6,24,球磨机的粉碎效果与筒体转速密切相关。 适宜的转速可将研磨介质
14、连续不断地提升至一定高度后再使其向下滑动或滚落，且均发生在物料内部，如图11-7(a)所示，此时研磨效果最好。 当转速更高时，研磨介质被进一步提升后将沿抛物线轨迹抛落，如图11-7(b)所示，此时研磨效果下降，且容易造成研磨介质的破碎，并加剧筒壁的磨损程度。 随着转速的进一步增大，离心力将逐渐起主导作用，最终使物料和研磨介质紧贴于筒壁，并随筒壁一起旋转，如图11-7(c)所示，此时研磨介质之间以及研磨介质与筒壁之间不再有相对运动，物料的研磨作用将停止。,11.1 粉碎,粉碎设备球磨机,25,11.1 粉碎,粉碎设备球磨机,(a) 滑落或滚落 (b) 抛落 (c) 离心运动图11-7 研磨介质在
15、筒体内的运动方式,26,研磨介质在筒体内开始发生离心运动时的筒体转速称为临界转速，它取决于筒体的直径，可用下式计算式中 Nc球磨机筒体临界转速，r/min； D球磨机筒体内径，m。 球磨机粉碎效率最高时的筒体转速称为最佳转速。最佳转速通常为临界转速的60%85%。,11.1 粉碎,粉碎设备球磨机,(11-2),27,振动磨是利用研磨介质在有一定振幅的筒体内对固体物料产生冲击、摩擦、剪切等作用而达到粉碎物料的目的。,11.1 粉碎,粉碎设备振动磨,图11-8 振动磨的结构,1-电动机2-挠性轴套3-主轴4-轴承5-筒体6-偏心配重7-弹簧,28,气流粉碎机是一种重要的超细碎设备，又称为流能磨，其
16、工作原理是利用高速气流使颗粒之间以及颗粒与器壁之间产生强烈的冲击、碰撞和摩擦，从而达到粉碎药物的目的。,11.1 粉碎,1-粉碎区；2-出料口；3-分级区；4-喷嘴图11-9 循环管式气流粉碎机,粉碎设备气流粉碎机,29,胶体磨的主要构造是带斜槽的锥形转子与定子所组成的磨碎面，其结构如图11-10所示。,11.1 粉碎,粉碎设备胶体磨,图11-10 胶体磨,1-转子2-狭缝3-定子4-出口5-进口6-驱动轴,30,药筛是指按药典规定用于药物筛粉的筛，又称标准筛。按制作方法的不同，药筛可分为编织筛和冲制筛。 编织筛的筛网常用金属丝(如不锈钢丝、铜丝等)、化学纤维(如尼龙丝)、绢丝等织成。采用金属
17、丝的编织筛，其交叉处应固定，以免因金属丝移位而使筛孔变形，此类筛常用于粗、细粉的筛分。尼龙丝对一般药物较为稳定，在制剂生产中应用较多，缺点是筛孔容易变形。 冲制筛是在金属板上冲出一系列一定形状的筛孔而制成的筛，其筛孔坚固，孔径不易变动，但孔径不能太细，常用作高速粉碎机的筛板及药丸的分档筛选。,11.2 筛分,筛分药筛标准,31,目前，我国药品生产所用筛的标准是美国泰勒标准和中国药典标准。 泰勒标准筛以每英寸(25.4mm)筛网长度上的孔数即目为单位，如每英寸有100个孔的标准筛称为100目筛。能通过100目筛的粉末称为100目粉。筛号数越大，粉末越细。 2005年版中国药典按筛孔内径规定了九种
18、筛号，其规格如表11-1所示。显然，筛的号数越大，筛孔的内经就越小。,11.2 筛分,筛分药筛标准,表11-1 我国药典规定的药筛标准,32,各种药物制剂对药粉粒度有不同的要求，因此要对药粉分级，并控制粉末的均匀度。粉末的等级可用不同规格的筛网经两次筛选确定。2005年版中国药典将粉末划分为六级，其标准如表11-2所示。,11.2 筛分,筛分粉末等级,表11-2 粉末的等级标准,33,手摇筛又称为套筛，筛网常用不锈钢丝、铜丝、尼龙丝等编织而成，边框为圆形或长方形的金属框。通常按筛号大小依次套叠，自上而下筛号依次增大，底层的最细筛套于接受器上。使用时将适宜号数的药筛套于接受器上，加入药粉，盖好上
19、盖，用手摇动过筛即可。 手摇筛适用于小批量粉末的筛分，用于毒性、刺激性或质轻药粉的筛分时可避免粉尘飞扬。,11.2 筛分,筛分设备手摇筛,34,双曲柄摇动筛主要由筛框、筛网、偏心轮、连杆、摇杆等组成，结构如图11-11所示。,11.2 筛分,筛分设备双曲柄摇动筛,图11-11 双曲柄摇动筛结构示意图1-筛框；2-筛网；3-摇杆；4-连杆；5-偏心轮,35,11.2 筛分,筛分设备旋转筛,1-筛筒2-刷板3-主轴4-打板,图11-12 旋转筛,36,11.2 筛分,(a) 工作原理 (b) 外形图11-13 电磁振动筛,筛分设备电磁振动筛,37,11.3 混合,混合混合原理,实际生产中，常采用搅
20、拌、研磨、过筛等方法对固体物料进行混合。将固体颗粒置于混合器内混合时，会发生对流、剪切和扩散三种不同的运动形式，形成三种不同的混合方式。1.对流混合 若混合设备翻转或在搅拌器的搅动下，颗粒之间或较大的颗粒群之间将产生相对运动，从而引起颗粒之间的混合，这种混合方式称为对流混合。对流混合的效率与混合设备的类型及操作方法有关。,38,11.3 混合,混合混合原理,2. 剪切混合 固体颗粒在混合器内运动时会产生一些滑动平面，从而在不同成分的界面间产生剪切作用，由此而产生的剪切力作用于粒子交界面，可引起颗粒之间的混合，这种混合方式称为剪切混合。剪切混合时的剪切力还具有粉碎颗粒的作用。 3.扩散混合 当固
21、体颗粒在混合器内混合时，粒子的紊乱运动会使相邻粒子相互交换位置，从而产生局部混合，这种混合方式称为扩散混合。当粒子形状、充填状态或流动速度不同时，即可发生扩散混合。,39,11.3 混合,混合混合设备的类型,表11-3 混合设备的类型,注：运行时容器固定。 运行时容器可以转动。 具有固定型和回转型的特点。,40,11.3 混合,混合混合设备,41,11.3 混合,槽式混合机,图11-14 槽式混合机,1螺带2混合槽3固定轴4机架,42,11.3 混合,锥形混合机,图11-15 双螺旋锥形混合机1-拉杆；2-螺旋杆；3-锥形筒体；4-传动装置；5-减速机；6-进料口；7-出料口,43,11.3
22、混合,V形混合机,图11-16 V形混合机1-机座；2-电动机；3-传动带；4-容器；5-端盖；6-旋转轴；7-轴承；8-出料口；9-盛料器,44,11.3 混合,二维运动混合机,图11-17 二维运动混合机1-混合筒；2-传动系统；3-机座；4-控制面板,45,11.3 混合,三维运动混合机,图11-18 三维运动混合机,46,1.了解粉碎在药品生产中的意义，了解常用粉碎方法及特点，熟悉典型粉碎设备的结构、特点和工作过程。2.掌握“目”的概念，熟悉药筛标准和粉末等级，熟悉典型筛分设备的结构、特点和工作过程。3.掌握混合机理，熟悉混合设备的类型以及典型混合设备的结构、特点和工作过程。,学习小结,药物粉体生产设备,
