粉碎及分级设备

制药专用设备内容：•5.1粉碎设备•5.2分级设备•5.3均化设备第五章粉碎及分级设备（P49）5.1粉碎设备物料在外力作用下发生形变并分裂成更细小粒子的过程叫破碎。破碎的对象有生物细胞和固体材料，其中固体材料的破碎习惯上叫粉碎。(1)降低固体药物的粒径，增大表面积。增大与液体分散媒体的接触面，可以加快药物的溶出速度，提高药物利用率。(2)原、辅料经粉碎后，便于使几种不同的固体物料混合均匀，提高主药在颗粒中的分散均匀性，提高着色剂或其他辅料成分的分散性。1、粉碎的目的：片剂制备工艺：2、粉碎机理：固体物质分子间凝聚力物料所受的外力压缩力、冲击力、剪切力、弯曲力和摩擦力等几种类型。粗碎和中碎时以压缩力和冲击力为主，超细碎时则以压缩力、冲击力、剪切力和摩擦力为主。{当物料颗粒受外力作用时其内部会产生应力，当应力超过其分子之间的吸引力时就产生了颗粒的分裂。具体过程是：物料突出部位首先受外力作用产生局部应力，局部温度升高引起物料膨胀而产生裂纹。随着外力的增加，产生的应力集中作用在裂纹处，裂纹迅速伸长和扩散，使物料破碎。固体物料的粉碎效果常常用破碎比（i）来表示，物料粉碎前颗粒的平均直径（D）与粉碎后颗粒的平均直径（d）之比即为破碎比。在衡量粉碎效果时，破碎比是检查粉碎操作的重要指标。Did公称破碎比：破碎机的最大进口宽度与最大出料口宽度的比值作为该破碎机的破碎比。破碎机的破碎比在3～30之间，粉磨机的破碎比可达40～450或更大。按粉碎后颗粒的粒度不同粉碎分为粗碎－破碎比3～7细碎－破碎比100以上中碎－破碎比20～60超细碎－破碎比200～10003、粉碎的方法①固体物料的粉碎方法开路粉碎和循环粉碎干法粉碎和湿法粉碎单独粉碎和混合粉碎低温粉碎微粉粉碎纳米粉碎生物细胞的破碎方法固体物料的粉碎方法（1）开路粉碎和循环粉碎物料只通过粉碎设备一次即得产品叫开路粉碎，若所得产品含有不达要求细度的颗粒，通过筛分将粗颗粒分离出来重新返回设备中进行粉碎的操作叫循环粉碎。（2）干法粉碎和湿法粉碎将物料干燥处理后进行的粉碎叫干法粉碎，给物料中加入适量液体进行的粉碎操作叫湿法粉碎。（3）单独粉碎和混合粉碎只进行一种原材料的粉碎叫单独粉碎。单独粉碎所得粉末易聚结。多种原材料混合同时进行的粉碎叫混和粉碎。混合粉碎可减少粉末的重新聚结。（4）低温粉碎在粉碎前或在粉碎过程中对物料进行冷却的粉碎方法叫低温粉碎。可以采用冷冻原料、粉碎机夹层制冷、添加干冰或液氮于物料中等低温粉碎方法。（5）微粉粉碎对原材料进行细胞级的粉碎称为微粉粉碎。物料通过微粉粉碎后其颗粒直径约为5μm左右，如果是植物则其95%以上的细胞被破碎。（6）纳米粉碎将物料粉碎成直径在1～100nm之间的超微颗粒，这种粉碎叫纳米粉碎。经纳米粉碎后物料的理化性质发生相应的改变，会产生一些特殊的药理活性，因而对其在制剂上的应用还有待于深入研究。用机械对细胞产生各种形式的作用力，促使细胞壁破碎的方法叫机械法，利用化学试剂或酶溶解细胞壁而破碎细胞的方法叫非机械法。目前生产上广泛采用机械法进行细胞破碎。②生物细胞的破碎方法生物细胞的粉碎方法主要有机械法、化学法和酶法。4、粉碎机械的选型①粉碎机的分类破碎机磨碎机超细粉碎机粗碎细碎中碎1mm以下的颗粒粉碎至数微米以下粗磨细磨粉碎后的颗粒度达到数百微米至数十微米以下粉碎后的颗粒达到数厘米至数毫米以下②粉碎机械选用原则（1）掌握物料性质和对粉碎的要求。（2）合理设计和选择粉碎流程和粉碎机械。（3）周密的系统设计。5、常用的粉碎机械（1）锤式粉碎机结构：锤式粉碎机是一种撞击式粉碎机，一般由加料器、转盘（子），锤头、衬板、筛板（网）等部件组成。锤头安装在转盘上，并可自由摆动，衬板的工作面呈锯齿状，并可更换。转子销轴圆盘主轴锤子主要工作部件：带有锤子的转子。工作原理：电动机带动转子在破碎腔内高速旋转，物料自上部给料口进入机内，受高速运动的锤子强烈锤击，使药物被锤碎或于衬板相撞而破碎。破碎后微细颗粒通过筛板由出口排出，不能通过筛板的粗颗粒则继续在室内粉碎。选用不同规格的筛板（网），可获得粒径为4～325目的药物颗粒。锤式破碎机类型按转子数目结构特征按转子回转方向按锤子排数单转子锤式破碎机可逆式双转子锤式破碎机不可逆式单排多排固定锤式活动锤式按锤子在转子上的连接方式锤式破碎机的应用锤式破碎机破碎比大（i＝10～50）、单位产品的能量消耗低、体积紧凑、构造简单并有很高的生产能力等。由于锤子在工作中遭到磨损，使间隙增大，必须经常对筛条或研磨板进行调节，以保证破碎产品粒度不变。锤式破碎机广泛用于各种中硬度以下、且磨蚀性弱的物料。锤式破碎机由于具有一定的混匀和自清理作用，能够破碎含有水分及油质的有机物。这种破碎机适用于药剂、染料、化妆品、糖、碳块等多种物料的粉碎，但不适用于粘性固体药物的粉碎。缺点是锤头易磨损，筛孔易堵塞，过度粉碎的粉尘较多。（2）球磨机工作原理：球磨机是一种细碎设备，其罐体由不锈钢或陶瓷材料作成，内装一定数量的钢球或瓷球。当罐体转动时，由于球体之间以及球体与罐壁之间的摩擦作用，使得球体随罐壁转动上升到一定高度后以抛物线方式往下落，从而对物料产生撞击和研磨作用并使物料高度粉碎。－－细碎设备球磨机筒体的转速对粉碎效果有显著影响。(a)转速太高时，由于离心力的作用，研磨介质与物料黏附在筒体上一道旋转，称为“离心状态”，研磨介质对物料起不到冲击和研磨作用。(b)转速过低，研磨介质和物料因摩擦力被筒体带到等于摩擦角时就下滑，称为“泻落状态”，对物料有研磨作用，但因高度不够，冲击力作用小，粉磨效果不佳。(c)转速适中，研磨介质将连续不断地被提升至一定高度后抛落，称为“抛落状态”，此时研磨介质对物料不仅有较大的研磨作用，也有较强的冲击力，所以研磨效果最好。球磨机类型按操作状态按筒体长径比按磨仓内装入的研磨介质干法球磨机短球磨机湿法球机中长球磨机球磨机棒磨机尾端卸料球磨机中央卸料球磨机按卸料方式间隙球磨机连续球磨机长球磨机砾磨机球磨机结构球磨机由穿孔隔仓板将转筒分为两段或多段，将各种大小的研磨介质粗略地加以分开。在入口端装入的钢球直径较大，出口端装入的钢球直径相对较小。新型高细球磨机球磨机的特点球磨机是粉磨中应用广泛的细磨机械。优点：适应性强，生产能力大，能满足工业大生产需要；粉碎比大，粉碎物细度可根据需要进行调整；既可干法也可湿法作业，可将干燥和粉磨操作同时进行，对混合物磨粉还有均化作用；可密闭操作，粉尘小，可达到无菌要求；结构简单，运行可靠，无需特别管理，易于维修。缺点：工作效率低，单位产量能耗大；机体笨重，噪声较大；研磨介质与筒体衬板损耗较大；转速一般为15～30r/min左右，需配置昂贵的大型减速装置。球磨机的应用球磨机适用于结晶性或脆性药物以及非组织性的中草约，如儿茶、五倍子、珍珠等的粉碎。密闭操作时常用于毒性药、贵重药以及吸湿性、易氧化和刺激性药物的粉碎。（3）万能粉碎机结构：由粉碎室、转动齿盘、固定齿盘、加料斗、出料口、筛板组成。并配有粉料收集及捕尘设施。工作原理：物料由加料斗进入粉碎室，固定齿盘与转动齿盘交错排列，转动齿盘高速旋转产生离心力使物料甩向外围，齿盘的撞击使物料粉碎成一定粒度穿过筛板。是以冲击粉碎为主的粉碎设备。结构简单，操作维护方便。万能粉碎机在操作时应先关闭塞盖，开动机器空转，待转动平稳后再加入需要粉碎的物料，否则加入的物料阻塞于钢齿之间，增加电动机启动负荷，损坏机器设备。（4）振动磨振动磨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。结构及工作原理振动磨主要由筒体、激振器、弹簧和驱动电机等组成。－－能进行细磨和超细磨振动磨的结构工作时，电动机通过挠性联轴器带动激振器中的偏心重块旋转，从而产生周期性的激振力，使振磨机筒体支持弹簧上产生高频振动，使筒体产生近似于椭圆轨迹运动，使筒体中的研磨介质及物料呈悬浮状态，研磨介质的抛射、研磨、撞击等作用使物料磨细，并随着料面的平衡逐渐向出料口运动，最后排出。振动磨的结构工作原理：慢速的公转运动，起均匀物料作用工作时研磨介质在筒体内的运动种类抛射运动，可将大块物料迅速破碎高速同向自转运动，对物料起研磨作用研磨介质的材料：钢球、氧化铝球、不锈钢球、钢棒振动磨按其振动特点多筒惯性式振动磨偏旋式振动磨振动磨类型单筒间歇式连续式与球磨机相比，振动磨采用的研磨介质的直径较小，相应的研磨面积可增大许多倍。此外，振动磨的研磨介质填充率最高可达85％，所以研磨介质对物料的冲击频率比球磨机高出数万倍。由于振动磨筒体内的研磨介质会产生强烈的高频振动，因而可在较短的时间内将物料研磨成细小颗粒并能进行超细粉碎。缺点是机械部件的强度和加工要求较高，运行时振动和噪声较大。振动磨的特点振动磨的应用振动磨的应用范围相当广泛，除可用于脆性物料的粉碎外，对于任何纤维、高韧性、高硬度或有一定含水率的物料均可粉碎，对于花粉及其他孢子植物等要求打破细胞壁的物料，其破壁率高于95％；适于粒径为150～2000目的粉碎要求，同时适于干法和湿法粉碎，湿法粉碎时可加入水、乙醇或其他液体。（4）气流磨工作原理利用高速弹性气流喷出时形成的强烈多相紊流场，使其中的固体颗粒在自撞中或与冲击板、器壁撞击中发生变形、破裂，而最终获得超粉碎。－－超细粉碎设备对喷式气流磨扁平式气流磨循环管式气流磨气流磨又称为气流粉碎机、流能磨。气流磨流化床对射磨特点：由于粉碎由气体完成，整个机器无活动部件，粉碎效率高，可以完成粒径在5um以下的粉碎，并且粒度分布窄，颗粒表面光滑、颗粒形状规整、纯度高、活性大，分散性好等特点。①扁平式气流磨工作原理喷嘴喷出的高速喷气流对物料进行粉碎、分级。扁平式气流磨的结构7～11：给料装置20：气流喷嘴19：粉碎分级室17：成品收集室扁平式气流磨工作系统②循环管式气流磨结构与工作原理循环管式气流磨特点：a)两次分级，产品较细，粒度分布范围较窄。b)采用防腐内衬，提高气流磨使用寿命，且适应较硬物料的粉碎。c)在同一气耗条件下，处理能力较扁平式气流磨大。d)粉碎可在低温下进行，因此尤其适用于低熔点、热敏性物料的粉碎。e)生产流程在封闭管路中进行，无粉尘飞扬。f)能实现连续生产和自动化操作。5.2分级设备颗粒分级是将颗粒径大小分成两种或两种以上颗粒群的操作过程，可分为机械筛分与流体分级两大类。流体分级：将颗粒群分散在流体介质中，利用重力或离心力场中不同粒度颗粒的运动速度差或运动轨迹的不同而实现按粒度分级操作。流体分级主要用于颗粒粉体或超细粉体的分级。筛分：用筛网对物料颗粒按照粒径大小进行分等级的单元操作称为筛分。机械筛分：利用颗粒几何尺寸不同进行分级。流体分级：分级粒径是指颗粒的流动力直径。湿式分级干式分级筛分的目的：①筛除粗粒或异物；②筛除细粉或杂质；③整粒，筛除粗粒及细粉以得到粒度均一的产品；④粉末分级，满足丸剂、散剂等制剂要求。涡轮分级机摇动筛、振动筛筛分和流体分级的性能比较（P58）（一）机械筛分原料经粉碎后其颗粒粒度不均匀，需要筛分后才能进行混合。在药物生产过程中，筛分所使用的工具是标准药筛。我国的药筛是以泰勒标准和《中国药典》标准制成的。泰勒标准是以每英寸长度上含一个孔径与一个线径之和的个数（近似数）加单位目作为筛的名称，如每英寸长度上有100个单个孔径与单个线径之和的筛称为100目筛。《中国药典》共规定了九种筛号，一号筛的筛孔内径最大，九号筛的筛孔内径最小。制药工业中使用的筛分机械的孔径就是参照《中国药典》制成的。筛面排列方式在实际生产中，采用上粗下细的垂直排列方式较多。粉末等级1、摇动筛摇动筛是将筛网制成的筛而装在机架上并利用曲柄连杆机构使筛面作往复摇晃运动而组成的。特点：筛箱的振幅和运动轨迹由传动机构确定，不受偏心轴转速和筛上物料质量大小的影响，可以避免由于给料过多（或给料不均匀）而降低振幅和堵塞筛孔等现象。应用：摇动筛属于慢速筛分机，其处理量和筛分效率都低，此筛常用于小量生产，也适用于筛毒性、刺激性或质轻的药粉，避免细粉飞扬。振动筛是采用激振装置（电磁振动或机械振动）使筛箱带动筛面或直接带动筛