一種制粒、干燥、整粒和總混連續(xù)化生產(chǎn)一體機(jī)的研制及應(yīng)用

熊 靜 王熠璐 李軍軍 劉金萍 朱明輝

（1.江中藥業(yè)股份有限公司，江西 南昌 330096；2.江西濟(jì)民可信醫(yī)藥有限公司，江西 南昌 330096）

0 引言

制藥工藝中固體制劑生產(chǎn)通常包括制粒、干燥、整粒、總混等工序，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于不同工序一般采用分體設(shè)置、單機(jī)操作，相對(duì)應(yīng)的設(shè)備分別為制粒機(jī)（包括濕法制粒、干法制粒、一步制粒等）、干燥機(jī)（包括立式干燥機(jī)、臥式干燥機(jī)等）、整粒機(jī)（包括濕整粒、干整粒等）、總混機(jī)（包括一維混合機(jī)、二維混合機(jī)、三維混合機(jī)、多維混合機(jī)等）。其不同工序在不同的生產(chǎn)車間完成，生產(chǎn)物料在工序轉(zhuǎn)移過程中容易對(duì)生產(chǎn)車間造成污染，影響工人的健康，同時(shí)物料的質(zhì)量在轉(zhuǎn)移的過程也得不到保障，容易被其他粉塵、雜質(zhì)污染，而且轉(zhuǎn)移過程影響生產(chǎn)效率，增加了工人的時(shí)間成本。所以，有必要提供一種新的技術(shù)方案，以提高生產(chǎn)效率。

本文將介紹一種集制粒、干燥、整粒和總混功能于一體的設(shè)備，該設(shè)備結(jié)合近紅外在線檢測技術(shù)可以滿足連續(xù)化生產(chǎn)要求。

1 傳統(tǒng)生產(chǎn)方式簡介

在傳統(tǒng)的制藥工藝中，固體制劑用到的設(shè)備及生產(chǎn)方式如下。

1.1 制粒、干燥工序

粉末狀原料在原料容器（流化床）中呈環(huán)形流化狀態(tài)，受到經(jīng)過凈化后的加熱空氣預(yù)熱和混合，將黏合劑溶液霧化噴入，使若干粒子聚集成含有黏合劑的團(tuán)粒，由于熱空氣對(duì)物料的不斷干燥（經(jīng)過加熱系統(tǒng)、原料供給系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、氣流輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成的一套完整的干燥系統(tǒng)作用[1]），團(tuán)粒中水分蒸發(fā)，黏合劑凝固，此過程不斷重復(fù)進(jìn)行，形成理想的、均勻的多微孔球狀顆粒（干燥至含水量合格），即實(shí)現(xiàn)了制粒和干燥（一步制粒）。在這個(gè)過程中用到的關(guān)鍵設(shè)備就是制粒機(jī)（一步制粒機(jī)），如圖1所示?；蛘咭部梢圆捎脻穹ㄖ屏C(jī)+一步制粒機(jī)的方式進(jìn)行制粒，一步制粒機(jī)只起到干燥作用。

圖1 制粒機(jī)（一步制粒機(jī)）

1.2 整粒工序

在上一工序完成后，顆粒由整粒機(jī)的進(jìn)料口落入錐形工作室，由旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)刀對(duì)原料起旋流作用，并以離心力將顆粒甩向篩網(wǎng)面，同時(shí)由回轉(zhuǎn)刀高速旋轉(zhuǎn)與篩網(wǎng)面產(chǎn)生剪切作用，顆粒在旋轉(zhuǎn)刀與篩網(wǎng)間被粉碎成均勻的小顆粒并經(jīng)篩網(wǎng)排出。粉碎的顆粒大小由篩網(wǎng)的數(shù)目、回轉(zhuǎn)刀與篩網(wǎng)的間距以及回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。所用到的設(shè)備即整粒機(jī)，如圖2所示。

圖2 整粒機(jī)

1.3 總混工序

整粒完成后的均勻顆粒輸送至總混機(jī)，根據(jù)需要加入相關(guān)輔料后進(jìn)行混合。藥物粉末或顆粒的混合與微粒形狀、密度、粒度大小和分布范圍以及表面效應(yīng)有直接關(guān)系，與粉末（顆粒）流動(dòng)性也有關(guān)系[2]。常用到的設(shè)備根據(jù)運(yùn)動(dòng)維度的不同分為一維混合機(jī)、二維混合機(jī)、三維混合機(jī)、多維混合機(jī)等，如圖3所示。

圖3 總混機(jī)（一維混合機(jī)）

2 制粒、干燥、整粒和總混連續(xù)化生產(chǎn)一體機(jī)介紹

如圖4所示，本文介紹的集制粒、干燥、整粒和總混功能于一體的連續(xù)化生產(chǎn)設(shè)備，通過將包括進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、制粒機(jī)、整粒機(jī)、暫存罐、近紅外檢測裝置、排氣系統(tǒng)、提升機(jī)和真空泵等裝置組合成完整的一套設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)固體制劑在設(shè)備內(nèi)依次連續(xù)完成制粒、干燥、整粒和總混等多個(gè)工序，生產(chǎn)過程無須外部轉(zhuǎn)移物料，生產(chǎn)可靠高效。

2.1 具體結(jié)構(gòu)介紹

以下結(jié)合圖4對(duì)該設(shè)備作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖所示，該設(shè)備包括進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、制粒機(jī)11、近紅外檢測裝置17、暫存罐21、整粒機(jī)24、排氣系統(tǒng)、提升機(jī)29和真空泵31等，設(shè)備整體安裝在鋼平臺(tái)30上；進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)通過進(jìn)風(fēng)管道8與制粒機(jī)11連接，制粒機(jī)11的制粒出料口15通過整粒機(jī)進(jìn)料管道25與整粒機(jī)24的整粒機(jī)進(jìn)料口27連接，整粒機(jī)進(jìn)料管道25上設(shè)有成品出料口16，整粒機(jī)24通過立柱28安裝在提升機(jī)29上，整粒機(jī)24的上腔通過真空管道32與真空泵31連接，暫存罐21安裝在整粒機(jī)24的底部，整粒機(jī)24底部的整粒機(jī)出料口23與暫存罐21頂部的暫存罐進(jìn)料口22連通，暫存罐出料口20通過制粒進(jìn)料管19與制粒機(jī)11的制粒機(jī)進(jìn)料接口18連接，制粒機(jī)11頂部的制粒排氣孔9通過制粒排氣管道38與排氣系統(tǒng)連接；近紅外檢測裝置17安裝在制粒機(jī)11的內(nèi)腔壁上，負(fù)責(zé)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控顆粒水分、含量、粒徑等，并根據(jù)數(shù)據(jù)反饋控制制粒機(jī)的風(fēng)量、溫度、噴液量等參數(shù)調(diào)整。

圖4 制粒、干燥、整粒和總混連續(xù)化生產(chǎn)一體機(jī)（系統(tǒng)圖）

進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)依次包括進(jìn)風(fēng)口1、粗效過濾段2、表冷段3、中效過濾段4、加熱段5和高效過濾段6，粗效過濾段2、中效過濾段4和高效過濾段6內(nèi)部均安裝有壓力監(jiān)測裝置，通過各過濾段壓力監(jiān)測裝置測量出的壓力值來反饋過濾器堵塞、破損報(bào)警等情況，高效過濾段6的尾端通過進(jìn)風(fēng)管道8與制粒機(jī)11的制粒進(jìn)風(fēng)口14連接，進(jìn)入制粒機(jī)11中空氣的溫度和濕度通過表冷段3和加熱段5調(diào)節(jié)，制粒機(jī)11的內(nèi)腔安裝有溫濕傳感器13，用于監(jiān)測進(jìn)入制粒機(jī)11內(nèi)腔空氣的溫濕度。

排氣系統(tǒng)從制粒排氣管道38末端依次設(shè)有旋風(fēng)分離器37、水幕除塵器35、排風(fēng)口34和排風(fēng)風(fēng)機(jī)33。

進(jìn)風(fēng)管道8上安裝有進(jìn)風(fēng)消音器7，旋風(fēng)分離器37與水幕除塵器35之間的管道上安裝有排風(fēng)消音器36，采用消音器裝置，有效降低了生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的噪聲。

制粒機(jī)內(nèi)腔頂部設(shè)有用于添加黏合劑的噴頭10。

排風(fēng)風(fēng)機(jī)33采用變頻電機(jī)，采用變頻電機(jī)可較為精準(zhǔn)地控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制風(fēng)量。

制粒機(jī)11采用沸騰制粒機(jī)，且制粒機(jī)11具有閉爆功能，當(dāng)設(shè)備內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí)，關(guān)閉進(jìn)、出風(fēng)口，利用設(shè)備自身強(qiáng)度使爆炸在腔體內(nèi)發(fā)生，不傷害外部設(shè)備設(shè)施及人員。

近紅外檢測裝置工作原理如下：近紅外設(shè)備光源照射在被檢測物料上，發(fā)生漫反射效果，反射光回到設(shè)備中，不同檢測物化學(xué)鍵的能量不同，反映出的近紅外光譜不同，通過數(shù)學(xué)方法將這些光譜與實(shí)驗(yàn)室檢測數(shù)據(jù)建立關(guān)系形成數(shù)學(xué)模型，即可將它用于檢測顆粒水分、含量、粒徑、混合均勻度、包衣厚度等。

2.2 工作過程介紹

將物料從制粒進(jìn)料孔12添加到制粒機(jī)11中，進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部的空氣的溫濕度進(jìn)行處理，并過濾掉空氣中的雜質(zhì)，處理后的空氣由進(jìn)風(fēng)管道8和制粒進(jìn)風(fēng)口14進(jìn)入制粒機(jī)11內(nèi)腔，制粒機(jī)11制粒過程中，位于制粒機(jī)11頂部的噴頭10定量定頻率地噴黏合劑到制粒腔中，同時(shí)排風(fēng)風(fēng)機(jī)33一并工作運(yùn)行，熱風(fēng)通過制粒機(jī)11內(nèi)腔的布袋除塵器，經(jīng)過制粒排氣孔9、制粒排氣管道38進(jìn)入排氣系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)的旋風(fēng)分離器37和水幕除塵器35對(duì)排風(fēng)進(jìn)行處理，然后排出裝置外部。

在制粒過程中，通過近紅外檢測裝置17對(duì)顆粒水分、含量、粒徑等進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)數(shù)據(jù)反饋控制制粒機(jī)的風(fēng)量、溫度、噴液量等參數(shù)調(diào)整，合格后的藥品顆粒經(jīng)過制粒出料口15和整粒機(jī)進(jìn)料管道25進(jìn)入整粒機(jī)24上端的整粒機(jī)緩存腔26內(nèi)，其物料是通過真空泵31產(chǎn)生的負(fù)壓進(jìn)行輸送，整粒機(jī)24的高度可根據(jù)提升機(jī)29來調(diào)節(jié)，而排風(fēng)風(fēng)機(jī)33使得制粒11機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，將整粒后的物料通過暫存罐出料口20和制粒進(jìn)料管19從制粒機(jī)進(jìn)料接口18輸送入制粒機(jī)11內(nèi)腔，當(dāng)需要添加輔料時(shí)，可通過暫存罐進(jìn)料口22加入。通過控制進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)，采用常溫干燥的涼風(fēng)在制粒機(jī)11內(nèi)腔對(duì)物料進(jìn)行混合，通過近紅外檢測裝置17進(jìn)行混合均勻度檢測，混合合格后的顆粒通過成品出料口16出料。

3 結(jié)語

研究制粒、干燥、整粒和總混連續(xù)化生產(chǎn)設(shè)備的過程中，項(xiàng)目組對(duì)相關(guān)設(shè)備的技術(shù)掌握和結(jié)合工作做了深入研究，經(jīng)過分析論證，證明所設(shè)計(jì)一體機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，在減少物料轉(zhuǎn)移、防止物料污染、提高生產(chǎn)效率等方面效果非常顯著，未來具有非常好的應(yīng)用前景。