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浅析料斗混合机的特点与应用意义

查国才

常州市一步干燥设备有限公司

摘要:料斗混合机的原理入手,分析了其特点,同时探讨了其应用意义,目的是能让制药工业应用混合设备者有所理解。

关键词:料斗混合机;混合;特点;应用意义

 在制药工业生产中,凡涉及到粉体类药物大都离不开混合设备,国内应用于制药工业的混合设备品种繁多,主要有一维、二维、三维运动混合机以及V型、双重圆锥、行星锥形等混合机,其各有特点。然而,应用于制药工业这一特殊领域的混合设备有其要求,既要能达到混合均匀度、一定生产规模及相应工艺要求,又要能达到有效控制粉尘、清洗和消毒(灭菌)。在前提及的众多混合设备似乎总有一些难以完全满足这些要求之地方,料斗式混合机的问世将弥补众多混合设备存在的遗憾,它集大都混合设备的特点于一体,目前被国内外制药工业混合工序所推宗的设备。为此,常州市一步干燥设备有限公司在广泛吸收与深入研究国内外多种机型的基础上,经三年的吸收、消化、比较及研究,结合国情精心研制出HLD系列料斗混合机。本文从料斗混合机的原理入手,分析了其特点,同时探讨了其应用意义,目的是能让制药工业应用混合设备者有所理解。

 

1.料斗混合机的基本原理与特性

1.1料斗混合机的组成与工作原理

料斗混合机(1)由机座、带料斗的回转体、传动机构、制动机构、提升机构以及电气光控制系统等组成。

工作时,先将方锥形料斗推入回转体内,此时传感系统就能自动将带料斗的回转体提升到工作位,并自动夹持与锁上,当压力传感器检测到锁止完成后,传动机构就带动带料斗的回转体作上下翻动回转的混合工作。其间回转的混合工作可按设定时间与回转转速进行动作。当运行达到设定的时间后,带动带料斗的回转体就会在起始原位状停止,完成混合,制动机构将执行回转体的回转体回转制动。此时,提升机构会自动将回转体内的混合料斗下降到位,并自动停止整机工作,尔后操作人员可推出混合料斗到相应工位。

 

1.2料斗混合机的混合原理

混合是减少组分非均匀性的过程,混合以对流混合为主,其粒子由一个空间位置向另一个空间位置的运动,或两种以上组分在相互占有的空间内发生运动,以期达到各组分的均布。从粉体混合机理可知,粉体混合一般可分为三种基本运动:一是对流混合,粉粒之间相对产生上下、左右移动;二是扩散混合,粉粒扩散到新出现的粉体面上;三是剪切混合,粉体形成滑移面。但是,混合过程中发生的对流、扩散、剪切三种混合运动不可能在各自的区域独立起作用,而是随着混合的进行而同时出现。

料斗混合机具备了三维运动混合机的许多特性,料斗混合机原理:一是与其它回转混合一样,利用料斗回转,使物料产生上下翻转、放大缩小、左右掺杂作用达到均匀混合效果,即对流、扩散二个混合运动;二是利用料斗的翻转轴线(料斗方柱横断通过对边中点的中心线)回转轴线(左右臂轴)30°夹角,当回转时物料能沿料斗壁面作切向运动,能达到剪切混合的效果,使得混合产生更强烈的作用。该二方面的混合效果叠加,使每个质点运动轨迹复杂而各异,随时改变了所处位置,达到了很高的混合效果。

1.3料斗混合机的基本特性
混合均匀度最高可达到99%以上,装料系数为50-80%

⑵混合时间一般设在20min之内,因达到最佳混合状态后要向反方向变化即出现偏析(或叫反混合),而混合与偏析“一正一反”同时进行,当两者处于平衡状态时,加长混合时间对提高混合均匀度起不到显著作用

料斗混合机主轴转速设定在临界转速的80%以下,以防止料斗中离心场过大,减缓物料在混合过程中的相对运动速度。

料斗的翻转轴线(料斗方柱横断通过对边中点的中心线)回转轴线(左右臂轴)成30°夹角,目的为了在回转过程中加强物料在料斗中剪切混合效果。

⑸混合效果还与粉粒粒径范围、粒径均分布性、颗粒间结合力、流动性安息角、物料含水率、物料差异性大小、物料磨损性等指标有关。

 

2.浅析料斗混合机的特点

常州市一步干燥设备有限公司的HLD系列料斗混合机集混合、提升和智能控制于一体,其特点:

⑴在众多混合机设备中,采用PLC控制的机型很少见,而本公司料斗混合机采用PLC控制,菜单中含有常用药厂工艺要求的操作程序,也可按工艺要求设定时间、转速等工艺参数,来完成混合工艺。所有完整数据既可记忆和自动打印,能满足制药工艺所要求的可追溯性;

⑵由于料斗混合机采用PLC控制,其工序显示、调节、监视、警示等多项功能能使机器达到智能化控制;

⑶料斗混合机灵敏传感技术,能有效保证确保料斗对位、提升锁止、停车制动、料斗停转对位等操作。同时,提升机构采用双丝杆提升结构,依靠电动回转,传统丝杆的机械自锁结构有效地保证了锁止。另外,主回转轴采柔性轴联,既可靠、方便、简洁,又能使回转体回转更灵活,无卡滞现象;

料斗混合机的传感控制系统设有红外线安全隔离装置,控制上还设有工作指示、安全指示及急停键,以确保生产安全;

⑸一台料斗混合机能配置多种规格、不同容积的混合料斗,能满足大批量、多品种的混合要求;

⑹由于方锥形料斗内部结构简单,能方便抛光加工,精制后的料斗与物料直接接触能达到结构无盲区、出料无残留以及清洗消毒(灭菌)方便;

料斗混合机很方便与物料输送设备配套使用,组成先进的工艺流程。也由于料斗能做到密闭式混合和输送,故实现无尘生产的可行混合设备及总混的设备;

方锥形料斗外形能方便叠加堆放,不需类似其它混合设备所需多个盛放粉体的周转桶,减少了储桶与清洗消毒桶体的区域,也减轻了劳动强度。

 

3.料斗混合机的应用意义

常州市一步干燥设备有限公司的HLD系列料斗混合机既传承其它混合设备的优点,又弥补了其它混合设备的不足之处。同时,料斗混合机集混合、提升、周转桶、可控制性以及可靠消毒等功能于一体,这在众多混合设备中所难觅的。同样,料斗混合机很适宜在制药工业生产中应用,无论是无菌生产还是非无菌生产皆宜,特别是料斗混合机将为现代化制药生产的实施奠定了基础。因而,料斗混合机与其它混合设备相比其应用意义更大。

 

3.1料斗混合机提高生产率的意义

在其它混合机设备使用时,混合后的粉体需要有一个个周转桶盛放并运输到下道工序,由于每批总混合量较大,所需周转桶很多,由于诸如压片和充填等设备运行消耗物料较慢,大量周转桶给中间库和车间带来较大的压力。基于周转桶多,运输量和运输路线增加,操作人员的劳动强度也增大,物料的多次倒出或加入引起生产效率低。此外,由于桶多、盖多引起的储存和管理也不容易。

    然而,料斗混合机中方锥形料斗的可卸性,其料斗本身便是一个周转桶,也再不需配置其它周转桶,依靠手推或提升机就能很方便地运输到下道工序,有效地克服上述不完善之处,提高了生产率。

 

3.2料斗混合机克服粉尘与多次转序的意义

同样,由于其它混合机设备使用时需把混合的粉体分装在一个个周转桶内,随后又要倾倒入下道工序设备中,这些装入倒出等过程均会造成粉尘的飞扬,污染场地、设备、操作人员等,对空气净化、环境卫生、人员健康也极为不利。同时,生产场所及生产设备也不易清洁,净化系统过滤装置极易堵塞或损坏造成过滤效果不良,净化级别降低。同时,从料斗装入周转桶的过程,将多了一次转序的过程,其交叉污染的机遇增大,对药品质量不利。

    然而,料斗混合机中料斗为移动式,将所需混合物料全部装入这一料斗内,再把料斗移至料斗混合机的回转体上进行总混合,然后再将料斗移出,推送后道工序设备上加料。这一过程仅有一个料斗,一次进料,一次出料,既可做到封闭式物料输送、防止粉尘飞出、减少产品损失、避免交叉污染、不会造成人员的健康,达到文明生产的要求。

 

3.3料斗混合机可靠清洗消毒(灭菌) 的意义

其它混合机设备使用时,常会遇到与物料直接接接料斗不可拆卸的问题,料斗不可拆卸将会引起料斗能否彻底清洗和有效消毒(灭菌)的问题然而,其它混合机设备对非无菌生产来说,容器内部清洗手工还是能基本达到清洗验证要求的,并采用加入酒精来消毒方法也是可行的,但对无菌生产来说,此法是有违工艺要求。问题的症结在哪里呢?出在混合料斗的不可拆与不能有效灭菌上,药品生产验证指南(2003)一书中指出:无菌原料生产设备清洗中漂洗检测项目中,不溶性微粒为大于10μm和小于25μm的不溶性微粒控制在10/ml以下,且无大于25μm的不溶性微粒。”关键一点是无菌原料药生产工艺中所使用的设备是直接接触药品的,在生产前对它们进行灭菌通常是用蒸汽在线进行灭菌其内部,再用福尔马林喷雾方法与环境一起将设备的外表灭菌。这就对混合料斗提出了至少能完全方便拆卸清洗的要求。同样,无菌环境使用混合设备的至关重要的要求就是清洗后的灭菌,如用其它混合机设备,其料斗的不可拆卸决定了料斗内部不能彻底有效灭菌。

同时,其它混合机设备需数量较多的周转桶,桶一般为手工清洗,数量一多和层层堆放易疏忽,使周转桶清洗不干净。另外一方面,周转桶内水滴不易擦净,如干燥不彻底会造成药物吸潮,影响药品质量。

然而,料斗混合机料斗能与整机分离,其本身又是周转桶,同时每批数量1个,单独卸下的料斗极易手工和消毒(灭菌),而且能对内外表面与每个角落有效漂洗,也可放入灭菌箱内灭菌。此外,对固体制剂生产来说,可放至料斗清洗设备内清洗和消毒烘干。因此,此种可拆卸料斗结构的混合机能有效保证清洗和消毒的验证,从而进一步提高了药品生产的质量。

3.4料斗混合机控制参数可记录性的意义

    在传统其它混合设备中,其控制只有简单的控制,对许多混合参数不能设定、不能完善显示、不能记忆及不能打印,这对验证带来诸多不便。从事制药行业人士均知《药品生产验证指南》03版与00版文献的区别之一便是强调稳定性和重演性,它凸显了cGMP可说明性和可追溯性的要求。在具体混合参数中,如混合时间、速度、批次、生产时间及操作人员等项都要有量化的可靠记录。试想,传统其它混合设备简单控制能对每批混合参数能有可靠详实的记录吗? 实在的回答只能是粗略的记录,而不能详实,更谈不上对每批混合工艺的重演。

采用PLC控制系统,全部操作可根据用户设定的程序参数自动完成,也可按工艺要求设定时间、转速等工艺参数,来完成混合工艺,所有完整数据既可记忆和自动打印,原始记录真实可靠,符合cGMP所要求可说明性和可追溯性。

4.小结

本文从料斗混合机的原理入手,分析了其特点,同时探讨了其应用意义,目的是能让制药工业应用混合设备者有所理解、有所推进与有所应用。而常州市一步干燥设备有限公司研发的HLD系列料斗混合机,是结合国情、吸取同类设备长处及摒弃了繁琐系统基础上产生的,一改液压提升为丝杆提升,有效防止漏油现象。本公司HLD系列料斗混合机经山东坂倒井股份有限公司等使用,反映良好。

可以说料斗混合机问世将完美地体现了制药文明生产的内含,其能减少转序克服交叉污染也是考察一个制药生产企业现代程度的一个标志

 

参考文献:

1.程耀鈊,中间周转大容积料斗及料斗混合机,制药装备实施GMP新技术新产品信息文集,

中国制药装备行业协会,2001

2.国家食品药品监督管理局,药品生产验证指南(2003),化学工业出版社,2003

3.田耀华,(料斗式混合机+提升加料机+料斗清洗机)组合的特点与意义,中国制药装备杂志,总13辑,05/8