高速混合陶粒砂设备制粒机的制粒过程
摘要:应用高速陶粒砂设备制粒机对湿法制粒过程进行了研究。单因素实验结果表明,混合时间对混合均匀度影响较明显,混合时间过长,将出现混合均匀度下降的现象;随黏合剂质量分数增加大颗粒增加,小颗粒减少,颗粒度有所增加;剪切浆转速变化对粒度分布的影响较小;搅拌浆转速变化对粒度分布的影响较明显,随着搅拌浆转速的增大,目数大于20目与小于100目的颗粒都有明显减少的效果。
陶粒砂设备制粒工艺是片剂制备过程中的关键环节,颗粒的质量最终会影响到片剂的成型质量。高速混合制粒工艺把混合与制粒结合在一起,在全封闭的容器内进行,具有混合效果好、生产效率高、易清洗无污染、含量稳定和能耗低等特点,易于满足GMP(药品管理法和药品生产质量管理规范)要求。
1、装置与材料
1.1、实验装置
实验装置如图1所示,为立式双轴结构,搅拌浆和切刀的驱动装置设在顶部,混合容器(内径100mm,容积100mL)靠法兰结构固定于主面板上。其中,关键部件搅拌浆的设计采用三叶偏心斜锚式。
1.2、实验材料
原料药甲硝只会,黄冈市佳禾药业有限公司,医药级;羟丙基甲基纤维素(HPMC),型号为RT20M,山东瑞泰,食品极;新西兰乳糖100目,天津市雅博生物工程技术有限公司。
2、实验方法
2.1、实验方法
2.1、高速混合制粒过程
按处方量称取混合物置入混合容器中。设定各阶段的转速、时间、黏合剂流速等参数后,仪器开始运转。其过程分3个阶段,如表1所示。干混阶段,搅拌浆低速度转动使物料翻腾;物料干混均匀后加入黏合剂进入湿混阶段,搅拌浆以中速旋转;湿混完成后进入关键性的第3阶段—制粒,物料在搅拌浆的作用下得到强大的挤压与滚动,形成致密且均匀的颗粒,同时搅拌浆将物料抛撒至高速旋转的剪切浆处,大块颗粒在剪切浆的作用下被纹碎、切割成带一定棱角的小块,小块间相互摩擦、碰撞,最后形成球状颗粒。制粒结束后,将物料放入烘箱内60℃干燥至恒量。
2.2、混合均匀度测试
本文通过测定混合物中原料药的质量分数来测得混合均匀度。其测定过程如下:混合物料取样3份,每份0.1g,将样品溶于100mL蒸馏水中,于277mm波长测定吸收度值A,根据吸收度与浓度标准曲线关系,计算得混合物中原料药质量分数。以不同时间不同取样样品的原料药浓度方差表示混合均匀度,方差值越小,均匀度越高。
2.3、粒度分布测试
将干燥后的颗粒分别过100,80,60,40,20目筛进行分级整理后称量,考察颗粒的粒径分布与大小。
3、结果与讨论
3.1、混合均匀度测试
颗粒物的混合均匀度,是表征同种颗粒的分散程度、衡量混合质量的重要指标。在整个制粒过程中第1阶段干混是决定混合均匀度的关键环节,确认物料进入均匀状态后,再进行添加黏合剂润湿和切削制粒操作。这里选择搅拌浆转速为500r/min进行干混实验,考察干混时间对混合均匀度的影响,实验结果见表2。
由表2可得,混合时间对混合均匀度有明显影响,延长混合时间混合均匀度先上升后下降,出现过度混合的现象。这是由于若干物理特性不同(颗粒大小和密度)的原料混合在一起时发生了离析。最终确定的干混工艺为:搅拌浆转速为500r/min,持续时间3min(混合精度达0.1%)。从这里可看出,混合速度很快。此外,一般剪切浆不参与干混阶段,但实验显示,搅拌浆抛洒出的物料会堆积在剪切浆上,形成混合死区,解决这一问题的方法是剪切浆低速旋转。
3.2、黏合剂质量分数对粒度分布的影响
确定实验的基本条件为:固定每阶段时间,干混阶段搅拌浆转速为500r/min,剪切浆开动;湿混阶段搅拌浆转速为600r/min,剪切浆开动;制粒阶段搅拌浆转速为1400r/min,剪切浆转速为3000r/min。选择湿混阶段黏合剂质量占物料总质量的20%,25%,30%进行实验,结果见图2,w为颗粒干燥后质量占总质量的比率。从图2可得,当增大黏合剂质量分数时,目数小于100目的质量分数减小,大于20目的颗粒质量分数增加,颗粒度存在明显上升趋势。在实践应用中应根据片剂要求摸索出合适的黏合剂质量分数。这里选择30%进行后面的实验。
3.3、剪切浆转速对粒度分布的影响
在上述参数基础上通过改变剪切浆转速进行湿混和制粒实验,实验结果如图3所示。从图中可知,剪切浆对粒度分布的影响不十分显著,当转速增大1000r/min,相应的目数小于20目,大于100目之和的颗粒仅减少了5.2%,60目的颗粒增大了2.6%。依据后期片剂要求选择剪切浆转速为3000r/min。
3.4、搅拌浆转速对粒度分布的影响
搅拌浆转速选择800~2600r/min,粒度分布结果如图4。
实验结果表明搅拌浆对粒度分布的影响较大。随着搅拌浆转速的增大,颗粒目数大于20目与小于100目都有明显减少。2个浆对制粒结果的影响差异很大的原因在于:粒度分布主要由冲击力与黏合力决定。碰撞时的最大冲击应力与质量的0.2次方和速度的0.4次方成正比。在制粒过程中,碰撞产生于颗粒之间及颗粒与设备之间。剪切浆在碰撞中起到挡板的作用,切割大颗粒,增加碰撞,改变物流方向,其转速对最大冲击力影响很小,故在改变颗粒分布方面效果不明显。搅拌浆的转速提高后速度也就增加,大的颗粒质量大,这都使冲击应力加大,当冲击应力增大到大于物料之间的黏结力时,大颗粒会碎成小颗粒。对于那些小颗粒,因质量小,冲击力小,黏经吉力大于冲击力所以越碰越大,故随着搅拌浆转速的增大,颗粒目数大于20目与小于100目明显减少。
4、结论
(1)干混阶段,混合时间对混合均匀度有影响,混合开始时随时间增加均匀度提高,但混合时间过长将出现混合均匀度下降的现象。
(2)随黏合剂质量分数增加,大颗粒增加,小颗粒减少,颗粒度增加。
(3)在2000~4000r/min,剪切浆叶端线速度变化对粒度分布的影响较小。
(40在800~2600r/min(搅拌浆叶端线速度251.3~816.8m/min),搅拌浆转速对粒度分布的影响较明显,且随着搅拌浆转速的增大,目数大于20目与小于100目的颗粒都有明显减少的效果。
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