超细粉碎设备在中药现代化中的应用_季昌锋pdf

第24卷第5期矿冶工程Vol.24№52004年10月MININGANDMETALLURGICALENGINEERINGOctober2004①超细粉碎设备在中药现代化中的应用季昌锋1,徐瑛1,刘根凡1,舒朝晖1,余永富1,2(1.华中科技大学能源与动力工程学院,湖北武汉430074;2.长沙矿冶研究院,湖南长沙410012)摘要:中药现代化技术基础的研究热点之一是中药饮片的超细粉碎,目前用于中药粉碎的设备大多数来自矿石粉碎设备的改进,因此很难解决所需各类中药材粉碎目的和要求。分析了当前中药超细粉碎设备的应用现状和不足之处,并对中药粉碎设备的发展提出了一些设想。关键词:中药现代化;超微粉碎装备;发展趋势中图分类号:R932文献标识码:A文章编号:0253-6099(2004)05-0039-03ApplicationofUltra-finePulverizationEquipmentintoTraditionalChineseMedicineJIChang-feng1,XUYing1,LIUGen-fan1,SHUZhao-hui1,YUYong-fu1,2(1.SchoolofEnergyandPowerEngineering,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,Hubei,Chi-na;2.ChangshaResearchInstituteofMining&Metallurgy,Changsha410012,Hunan,China)Abstract:Theultra-finepulverizationofmedicinematerialcrudeslicesisnowthehotspotinthestudyofmodernizationtech-nologyfortraditionChinesemedicine.SincemostpulverizationequipmentusedfortraditionalChinesemedicineatpresentaremodifiedfromthosepulverizationequipmentforminerals,it'sdifficulttomeetthedifferentaimandrequirementforeachkindoftraditionalChinesemedicine.Thesituationandshortageisanalyzedintheapplicationofultra-finepulverizationequipmentintotraditionalChinesemedicineatpresentandproposedsomeidealforthedevelopmentofpulverizationequipment.Keywords:modernizationoftraditionalChinesemedicine;ultra-finepulverizationequipments;developmenttrend近年来,随着“中医中药热”的兴起,各国医药界都对中医药的独特疗效产生了浓厚的兴趣,日本、美国、德国、法国等国家政府已投巨资进行天然植物药物的研究和生产。天然药物的国际市场占有率每年以10%～20%的速度递增[1]。随着现代工业技术和医药科学的迅速发展以及学科间的相互渗透,超细粉碎技术在传统中药加工中的应用已愈来愈引起人们的关注。由于不同品种的中药材性质差异较大,必须根据实际的情况分别对待,国内现有的中药粉碎设备基本是由矿石矿山粉碎设备改进而来,很难解决所需各种类型中药材的粉碎目标的要求[2]。因此,针对中药的不同品种,对其进行粉碎设备的研究、开发、生产是很有必要的。1中药超细粉碎的意义中药粉碎工艺技术是中药现代化的基础,把微粉碎技术应用于中药制药业有着深远的意义。1)将超细粉碎技术应用于中药饮片生产中,保持中药复方汤剂防病治病的优势,满足中医中药辨证施治的理论,使中医药的特色得到更大的发挥。2)可缩短药物吸收的时间,便于服用,携带方便,计量准确,提高商品价值。3)增大比表面积,增加有效成分的溶出度,提高生物利用度,从而达到中药材资源有效地充分利用,节省我国宝贵的天然药物资源[3～5]。4)有利于中药材及其制剂质量的规范化、标准化,开拓中药国际市场;有利于中药剂型的改革和创新,开发科技含量高、有良好药效的天然药物新剂型。2常用超细粉碎机及其在中药粉碎中的应用现状[6～9]超细粉碎技术是为适应现代技术要求而发展起来的一种新的粉碎技术,能把原材料加工成微米甚至纳米级的微粉,已经在化工、食品、农药、化妆品、染料、涂料、电子、航空航天等许多领域得到广泛的应用。用机械法制备超细粉体要具备以下2个条件:粉碎能量高度集中;对物料要有强烈的剪切和磨剥作用。目前常①收稿日期:2004-06-23基金项目:国家技术创新基金资助项目(02BK-016)作者简介:季昌锋(1978-),男,江苏南通人,硕士研究生。40矿冶工程第24卷用的超细粉碎设备有机械冲击式粉碎机、气流粉碎机和球磨机(包括普通球磨机、振动磨以及搅拌磨)等。1)机械冲击式粉碎机。由电动机驱动高速旋转的叶轮上带有能活动的刀片(或榔头)对中药进行粉碎。粉碎效率高、粉碎比大、结构简单、运转稳定,适合中软硬度物料的粉碎。其主要力场为冲击力和摩擦力两种力场,比较适合脆性中药,如矿物药以及苡米、绿豆等含淀粉较多的中药。其粉碎细度可以通过设备内腔的筛网来控制。但在粉碎时由于高速机械碰撞,粉碎腔必须进行冷却。特别是在刀片(或榔头)和被粉碎物撞击的瞬间,粉碎温度是很高的,可达100～250℃。这有可能对植物类草药的有效成分造成的一定损失,对动物类的脂肪或胶状物会引起粘壁,堵塞粉碎进出道路而无法粉碎。浙江省嵊州机械厂将高精度涡轮式分级和高速冲击微粉碎机相结合,开发出新一代高效节能CWJ超微粉碎机,比较成功地解决了粉碎过程中的温升问题[10]。另外,冲击式粉碎机由于高速运转,易产生磨损,用于中药的生产会造成污染,这是有待解决的问题。2)气流粉碎机。以压缩空气或过热蒸汽通过喷嘴产生的超音速高湍流气流作为颗粒的载体,颗粒与颗粒之间或颗粒与固定板之间发生冲击性挤压、摩擦和剪切等作用,从而达到粉碎的目的。与普通机械冲击式超微粉碎机相比,气流粉碎机可将产品粉碎得很细(产品粒度可达1～10μm),粒度分布范围窄,即粒度更均匀;不含运动部件和运动死角、容易达到易于清洗的要求。又因为气体在喷嘴处膨胀可降温,粉碎温度较低。在气流粉碎机的研究方面,南京理工大学江苏省超细粉体工程技术研究中心研制的GQF型超音速气流超细粉碎分级系统,采用LAVA原理,集国际上先进的多项管技术,流化床技术及卧氏分级系统于一体,具有良好的自动分级功能,产品粒度细,且均匀,一般物体粒度d502μm[11]。不过,一般认为气流粉碎机在粉碎纤维性、韧性中药比较困难,而且在粉碎作业时存在相对高速气流,将药物挥发成分带走,造成药效损失,所以只适合脆性中药的微粉碎,而不太适合动植物中药的微粉碎。3)球磨机。球磨机是微粉碎的传统设备,其特点是粉碎比大、结构简单、机械可靠性强、磨损零件容易检查和更换、工艺成熟、适应性强,但是传统球磨机的效率低,耗能大、加工时间长,使其使用受到限制。几十年来,球磨机经历了不同的发展过程,振动磨、搅拌磨就是在传统球磨机的基础上改进设计出来的,这些机型既利用了原球磨机的各种优点,又根据不同的结构具有不同的特色。搅拌磨采用高转速和高介质充填率及小介质尺寸,获得了极高的功率密度,使细物料的研磨时间大大缩短,是超微粉碎中能量利用率最高、最有发展前途的一种设备。但是,由于其处理量小,易磨损,且多用于湿式粉碎,不适合中药粉碎。在中药的超微粉碎中,振动磨是国内外研究最多、应用最广泛的一种设备。当前德国、日本对动植物药的超微粉碎也多选用振动磨。我国学者在这方面也取得了不少成果,济南倍力粉公司研制的新型第3代振动磨,利用高强度的振动使物料在磨筒内受到高加速度的撞击、切磋,可在极短的时间内达到理想的粉碎效果,并可使物料达到精密的混合(分散)效果。该公司与山东省医工所联合,试验了数百种中药的超细粉碎,并且在β-环糊精包合及生药膏剂等方面作了有益的尝试。作为商品,已开发的有传统名贵中药人参、珍珠、鹿角、灵芝花粉等。成药中已有消渴灵片等产品面市[12]。4)超声波粉碎机。超声波发生器和换能器产生高频超声波。超声波在待处理的物料中引起超声空化效应,由于超声波传播时产生疏密区,而负压可在介质中产生许多空腔,这些空腔随振动的高频压力变化而膨胀、爆炸,真空腔爆炸时产生瞬间压力可达几千乃至上万个大气压。因此真空腔爆炸时能将物料震碎。另一方面由于超声波在液体中传播时产生剧烈的扰动作用,使颗粒产生很大的速度,从而相互碰撞或与容器碰撞而击碎液体中的固体颗粒或生物组织。超声波粉碎后颗粒粒度在4μm以下,而且粒度分布均匀。但目前这种粉碎机生产效率仅为10kg/h[13]。3当前中药粉碎设备存在的问题1)现有的研究主要强调的是粉碎的粒度,对超细粉碎理论的研究比较少。在超细粉碎中,大部分是以撞击、细磨为主,而剪切力粉碎的研究仍在继续。对于根茎类中药的粉碎来说,其物料的主要成分是植物纤维,韧性较大,脆性较小,物料吸收的应变能量大,粉碎的难度较大。研究发现,对于这类物料的粉碎,最有效的力场是剪切力场,这样才能极大地提高粉碎效率。在机械式粉碎中,物料粉碎过程中有少量剪切力的作用。在气流粉碎中,实现剪切力的粉碎也有这种可能。目前这种研究仍在继续,以便更好、更有效地对纤维类中草药进行粉碎。2)药品的生产有其严格的质量检测标准,一般的粉碎设备并不直接适用于药品的生产,目前研制生产的设备大多由矿物粉碎设备改进而来,至于如何防止粉碎过程中的交叉污染,如何实现清、洗、消毒以及自动化控制等等,都在研究之中[14]。3)产品趋同化严重、重设备轻工艺。现在的中药第5期季昌锋等:超细粉碎设备在中药现代化中的应用41粉碎设备,大多用同一台设备实现多类中药的粉碎。但是中药除了品种不一样外,还有水分、原粒度分布、粉碎环境等诸多因素。因此,到目前为止,要用同一台设备、同一种粉碎工艺实现同一粒度的粉碎,还有一定难度。只能根据具体中药,针对具体要求来进行粉碎加工。而且,现在的中药粉碎,大多重视设备的研究,在工艺流程上研究较少。4)粉碎效率低下,目前,粉碎机械的效率仅有0.1%～2%[15]。特别是根茎类中药的粉碎,由于纤维性物质的韧性大,物料吸收的应变能量大,不容易发生应力集中,不容易断裂或破裂,影响粉碎效率。另一方面,由于细粉没有及时分离出去以及粉碎时大量料头的存在也会影响粉碎效率,因此,把粉碎设备和分级设备联合起来是提高效率的一个有效途径。4对中药粉碎设备发展改进的设想1)流程上考虑提高能量的利用率,根据SERGIOALVARDO等的研究,提高粉碎机效率的决定性的参数是喂料的粒度,因此,在工艺流程上采用分段粉碎的方法,整个粉碎过程分为粗粉碎、细粉碎、超细粉碎三段,这样可以使每一段进料的物料的粒度减小,以提高粉碎设备的效率,据研究,这样优化之后,可以节省10%的能量消耗[16]。2)原理上考虑提高有效粉碎能,重视粉碎基础理论的研究。针对具体物料特性,进行设备开发设计。如对根茎类植物最有效的为剪切力场,应开发以剪切力场为主,外加研磨、冲击、摩擦等力的综合作用的粉碎设备。3)结构上开发粉碎与分级相结合的闭路工艺及设备,重视对高效分级设备以及一些粉碎辅助设备的研究,从总体上降低能耗、提高生产率。4)经济上提高和改进现有粉碎设备的性能,降低生产成本。5)材质上采用高耐磨材料,不仅可减少设备相关部件磨损对粉碎产品构成的污染,而且可以提高粉碎设备的使用寿命。6)粉碎过程自动化监测及控制也是热点。采用在线测量监控设备,可在线监测中药粉体的含水量、温度、流量、料位、压力、粒度分布等。如根茎类中药的含水量也是要考虑的因素,物料的含水量过多,会使物料的脆性降低