一种制粒、干燥、整粒和总混连续化生产一体机的研制及应用

引言

制药工艺中固体制剂生产通常包括制粒、干燥、整粒、总混等工序,现有技术对于不同工序一般采用分体设置、单机操作,相对应的设备分别为制粒机(包括湿法制粒、干法制粒、一步制粒等)、干燥机(包括立式干燥机、卧式干燥机等)、整粒机(包括湿整粒、干整粒等)、总混机(包括一维混合机、二维混合机、三维混合机、多维混合机等)。其不同工序在不同的生产车间完成,生产物料在工序转移过程中容易对生产车间造成污染,影响工人的健康,同时物料的质量在转移的过程也得不到保障,容易被其他粉尘、杂质污染,而且转移过程影响生产效率,增加了工人的时间成本。所以,有必要提供一种新的技术方案,以提高生产效率。

本文将介绍一种集制粒、干燥、整粒和总混功能于一体的设备,该设备结合近红外在线检测技术可以满足连续化生产要求。

1传统生产方式简介

在传统的制药工艺中,固体制剂用到的设备及生产方式如下。

1.1制粒、干燥工序

粉末状原料在原料容器(流化床)中呈环形流化状态,受到经过净化后的加热空气预热和混合,将黏合剂溶液雾化喷入,使若干粒子聚集成含有黏合剂的团粒,由于热空气对物料的不断干燥(经过加热系统、原料供给系统、干燥系统、除尘系统、气流输送系统、控制系统组成的一套完整的干燥系统作用[1]),团粒中水分蒸发,黏合剂凝固,此过程不断重复进行,形成理想的、均匀的多微孔球状颗粒(干燥至含水量合格),即实现了制粒和干燥(一步制粒)。在这个过程中用到的关键设备就是制粒机(一步制粒机),如图1所示。或者也可以采用湿法制粒机＋一步制粒机的方式进行制粒,一步制粒机只起到干燥作用。

图1制粒机(一步制粒机)

1.2整粒工序

在上一工序完成后,颗粒由整粒机的进料口落入锥形工作室,由旋转回转刀对原料起旋流作用,并以离心力将颗粒甩向筛网面,同时由回转刀高速旋转与筛网面产生剪切作用,颗粒在旋转刀与筛网间被粉碎成均匀的小颗粒并经筛网排出。粉碎的颗粒大小由筛网的数目、回转刀与筛网的间距以及回转转速来调节。所用到的设备即整粒机,如图2所示。

图2整粒机

1.3总混工序

整粒完成后的均匀颗粒输送至总混机,根据需要加入相关辅料后进行混合。药物粉末或颗粒的混合与微粒形状、密度、粒度大小和分布范围以及表面效应有直接关系,与粉末)颗粒)流动性也有关系[2]。常用到的设备根据运动维度的不同分为一维混合机、二维混合机、三维混合机、多维混合机等,如图3所示。

图3总混机(一维混合机)

2制粒、干燥、整粒和总混连续化生产一体机介绍

如图4所示,本文介绍的集制粒、干燥、整粒和总混功能于一体的连续化生产设备,通过将包括进风系统、制粒机、整粒机、暂存罐、近红外检测装置、排气系统、提升机和真空泵等装置组合成完整的一套设备,可实现固体制剂在设备内依次连续完成制粒、干燥、整粒和总混等多个工序,生产过程无须外部转移物料,生产可靠高效。

2.1具体结构介绍

以下结合图4对该设备作进一步详细说明。如图所示,该设备包括进风系统、制粒机11、近红外检测装置17、暂存罐21、整粒机24、排气系统、提升机29和真空泵31等,设备整体安装在钢平台30上;进风系统通过进风管道8与制粒机11连接,制粒机11的制粒出料口15通过整粒机进料管道25与整粒机24的整粒机进料口27连接,整粒机进料管道25上设有成品出料口16,整粒机24通过立柱28安装在提升机29上,整粒机24的上腔通过真空管道32与真空泵31连接,暂存罐21安装在整粒机24的底部,整粒机24底部的整粒机出料口23与暂存罐21顶部的暂存罐进料口22连通,暂存罐出料口20通过制粒进料管19与制粒机11的制粒机进料接口18连接,制粒机11顶部的制粒排气孔9通过制粒排气管道38与排气系统连接;近红外检测装置17安装在制粒机11的内腔壁上,负责在线实时监控颗粒水分、含量、粒径等,并根据数据反馈控制制粒机的风量、温度、喷液量等参数调整。

进风系统依次包括进风口1、粗效过滤段2、表冷段3、中效过滤段4、加热段5和高效过滤段6,粗效过滤段2、中效过滤段4和高效过滤段6内部均安装有压力监测装置,通过各过滤段压力监测装置测量出的压力值来反馈过滤器堵塞、破损报警等情况,高效过滤段6的尾端通过进风管道8与制粒机11的制粒进风口14连接,进入制粒机11中空气的温度和湿度通过表冷段3和加热段5调节,制粒机11的内腔安装有温湿传感器13,用于监测进入制粒机11内腔空气的温湿度。

排气系统从制粒排气管道38末端依次设有旋风分离器37、水幕除尘器35、排风口34和排风风机33。

进风管道8上安装有进风消音器7,旋风分离器37与水幕除尘器35之间的管道上安装有排风消音器36,采用消音器装置,有效降低了生产过程中产生的噪声。

制粒机内腔顶部设有用于添加黏合剂的喷头10。

排风风机33采用变频电机,采用变频电机可较为精准地控制电机转速,进而控制风量。

制粒机11采用沸腾制粒机,且制粒机11具有闭爆功能,当设备内发生爆炸时,关闭进、出风口,利用设备自身强度使爆炸在腔体内发生,不伤害外部设备设施及人员。

近红外检测装置工作原理如下:近红外设备光源照射在被检测物料上,发生漫反射效果,反射光回到设备中,不同检测物化学键的能量不同,反映出的近红外光谱不同,通过数学方法将这些光谱与实验室检测数据建立关系形成数学模型,即可将它用于检测颗粒水分、含量、粒径、混合均匀度、包衣厚度等。

2.2工作过程介绍

将物料从制粒进料孔12添加到制粒机11中,进风系统对进入设备内部的空气的温湿度进行处理,并过滤掉空气中的杂质,处理后的空气由进风管道8和制粒进风口14进入制粒机11内腔,制粒机11制粒过程中,位于制粒机11顶部的喷头10定量定频率地喷黏合剂到制粒腔中,同时排风风机33一并工作运行,热风通过制粒机11内腔的布袋除尘器,经过制粒排气孔9、制粒排气管道38进入排气系统,排气系统的旋风分离器37和水幕除尘器35对排风进行处理,然后排出装置外部。

在制粒过程中,通过近红外检测装置17对颗粒水分、含量、粒径等进行在线实时监控,并根据数据反馈控制制粒机的风量、温度、喷液量等参数调整,合格后的药品颗粒经过制粒出料口15和整粒机进料管道25进入整粒机24上端的整粒机缓存腔26内,其物料是通过真空泵31产生的负压进行输送,整粒机24的高度可根据提升机29来调节,而排风风机33使得制粒11机内部产生负压,将整粒后的物料通过暂存罐出料口20和制粒进料管19从制粒机进料接口18输送入制粒机11内腔,当需要添加辅料时,可通过暂存罐进料口22加入。通过控制进风系统,采用常温干燥的凉风在制粒机11内腔对物料进行混合,通过近红外检测装置17进行混合均匀度检测,混合合格后的颗粒通过成品出料口16出料。

3结语

研究制粒、干燥、整粒和总混连续化生产设备的过程中,项目组对相关设备的技术掌握和结合工作做了深入研究,经过分析论证,证明所设计一体机能够实现连续化生产,在减少物料转移、防止物料污染、提高生产效率等方面效果非常显著,未来具有非常好的应用前景。