制药工程反应设备

1、制药工程设备制药工程设备 讲述设备结构和原理、优点和缺点、适用场合、选型及 操作。 课程 内容： 在制药工业中，制药设备直接影响产品质量和成本。 教材 结构： （一）、原料药生产设备 （二）、药物制剂生产设备 （三）、公用及辅助生产设备 第一章第一章 绪论绪论 制药工业的一般过程： 原料 生物 反应 化学 反应 分离 反应 产物 原料药各种剂型 生物制药：通过生物反应和各种分离手段得到原料药 的制药过程。 化学制药：通过化学反应和各种分离手段得到原料药 的制药过程。 药物制剂：由原料药生产各种剂型的过程。 制药工业特点： 、产品质量、规格要求严格。 、设备要求严格 、生产规模变化范围大 、反应

2、过程复杂，步数多 、制药过程涉及多门学科 制药设备的分类 国家、行业标准按制药设备产品基本属性分8大类： 原料药机械及设备： 实现生物、化学物质转化，利用动物、植物、 矿物制取医药原料的工艺设备及机械。 制剂机械： 将药物制成各种剂型的机械与设备。 药用粉碎机械：用于药物粉碎（含研磨）并符合药品生产要求的机械。 饮片机械：对天然药用动物、植物、矿物进行选、洗、润、切、烘、 炒、锻等方法制取中药饮片的机械。 制药用水设备：采用各种方法制取制药用水的设备。 药品包装机械：完成药品包装过程以及与包装过程相关的机械与设备。 药用检测设备：检测各种药物制品或半制品质量的仪器与设备。 其他制药机械及设备：

3、执行非主要制药工序的有关机械与设备。 其中制剂机械按剂型分14类： 片剂机械。将原料药与辅料经混合、造粒、压片、包衣等工序制成各种 形状片剂的机械与设备。 水针剂机械。将药液制作成安瓿针剂的机械与设备。 抗生素粉、水针剂机械。将粉末药物或药液制作成玻璃瓶抗生素粉、水 针剂的机械与设备。 输液剂机械。将药液制作成大剂量注射剂的机械与设备。 硬胶囊剂机械。将药物充填于空心胶囊内制作成硬胶囊剂的机械与设备。 软胶囊（丸）剂机械。将药液先裹于明胶膜内的制剂机械与设备。 丸剂机械。将药物细粉或浸膏与赋形剂混合，制成丸剂的机械与设备。 软膏剂机械。将药物与基质混匀，配制成软膏，定量灌装于软管内的制 剂机械

4、与设备。 栓剂机械。将药物与基质混合，制成栓剂的机械与设备。 口服液剂机械。将药液制成口服液剂的机械与设备。 药膜剂机械。将药物浸透或分散于多聚物薄膜内的制剂机械与设备。 气雾剂机械。将药液和抛射剂灌注于耐压容器中，制作成药物以雾 状喷出的制剂机械与设备。 滴眼剂机械。将药液制作成滴眼药剂的机械与设备。 酊水、糖浆剂机械。将药液制作成酊水、糖浆剂的机械与设备。 我国医药工业现状 1. 我国药厂多，仿制品多、普药多，高新技术药品少，生物制品少。 2. 我国目前药厂生产工艺多为传统工艺，费时、费汽、污染严重， 企业面临高尖人才、资金短缺的状况。 我国药机厂现状 制造厂商多，传统制剂设备多，设备缺点

5、是费时、费能源、粉尘 飞扬严重，有严重污染产生。制作精良的制剂设备少，符合GMP规 范的设备少，具有多功能的制剂设备少。 GMP历史 中国的GMP于1999年正式颁布。 国家药品监督管理局制定了分期、分批、按照剂型实施GMP认证工 作的规划。 1999年底以前生物制品、血液制品必须达到GMP； 2000年底以前粉针制剂、大容量注射剂必须达到GMP； 2002年底以前小容量注射剂必须达到GMP； 20032005年，口服液制剂、固体制剂、中成药制剂、滴眼剂、 滴鼻剂、外用擦剂、喷雾剂等剂型将在十五期间全部达到GMP要求。 制药设备GMP的提出 1.药品生产质量管理规范简称GMP（good man

6、ufacturing practice）。在国际上， GMP已成为药品生产和质量管理的基本准则， 它是一套系统的、科学的管理制度。实施GMP ，是在药品生产的全过 程中实施科学的全面管理和严密的监控，以获得预期的质量，可以防 止生产过程中药品的污染、混药和错药，保证药品质量的不断提高。 2. GMP的控制范围，包括人事、厂房、设备、设施、生产工艺、 传递、分析、验证和库管等诸多方面，GMP是系统性很强的规范，严 格和严密是GMP的突出特点。 3. 制药设备是重要的生产手段，又是不可忽略的污染因素之一。制 药设备的规格、结构、材料、性能对药品生产有着很大的影响，证实 了设备与GMP密切联系。因此

7、就产生了把制药设备GMP内容具体化 的议题。 4. 怎样的设备才算贯彻了GMP? 按照规范初步把设备GMP定义为：具有满足药物（药品）生产所 需的工艺功能和卫生、安全等配套功能，设备结构及其所用材料，不 窝藏、滞留物料，不对加工的物质形成污染、也不对生产以外的环境 产生污染或影响、且易于操作、维修、清洗的设备。 GMP对制药设备有如下要求： 有与生产相适应的设备能力和最经济、合理、安全的生产运行； 有满足制药工艺的完善功能及多种适用性 ； 保证药品加工中品质的一致性； 易于操作和维修； 易于设备内外的清洗； 各种接口符合协调配套要求； 易安装、易移动，有利于组合的可能 ； 进行设备验证（包括型

8、式、结构、性能等） 设备的净化功能： 洁净是GMP的要点之一，对设备来讲包含两层意思设备自身不对药物产 生污染，也不会对环境形成污染。要达到这一标准就必须在药品加工中，凡 有药物暴露的、室区洁净度达不到要求或有人机污染可能的，原则上均应在 设备上设计有净化功能。 例如：热风循环干燥设备，气流污染是最主要的，因此需考虑其循环空气的 净化； 洗瓶、洗橡胶塞等应考虑工艺用水的洁净度； 粉碎、制粒、包衣压片等粉体机械，应考虑其散尘的控制； 灌装设备的防尘需采取特殊的净化方法和装置，并应尽可能考虑在 密闭的设备中生产。 例如:一步制粒器：将原来多台设备、敞口生产的多道工序合并在一个密闭的 内循环的容器内

9、完成，就是制药过程与净化需求相结合的例子。 设备的清洗功能： 随着药品纯度和有效性的重视，GMP提倡的设备就地清洗功能 （CIP），将成为清洗技术的发展方向。 例如：冷冻冻干机的在位清洗和消毒系统 双锥干燥机的真空排气管与罐体回转密封处 设计的自清洗 装置 在生产中因物料变更、换批的设备，需采取容易清洗、拆装方便的 机构，所以GMP 极其重视对制药系统的中间设备、中间环节的清洗及 监控，强调对设备清洁的验证。 例料液加热容器采用盘管机构： 不易清洗 染菌 纯水输送系统中，其泵体内发现的粘附物。 第二章第二章 制药工程化学反应设备制药工程化学反应设备 化学反应设备分类： 按反应物系相态可以把反应

10、器分为均相与非均相两种类型。 按操作方式可以把反应器分为间歇式、半间歇式和连续式。 按反应器结构可以把反应器分为釜式（槽式）、管式、塔式、固 定床、流化床、移动床等各种反应器。 第一节第一节 搅拌罐式反应器（搅拌罐式反应器（STRS) 1搅拌器 2罐体； 3夹套； 4搅拌轴； 5压出管； 6支座； 7人孔； 8轴封； 9传动装置 总体结构总体结构 主要包括搅拌罐、搅拌装置、密封装置主要包括搅拌罐、搅拌装置、密封装置 搅拌罐搅拌罐由罐体和传热装置组成。作用是提供反应由罐体和传热装置组成。作用是提供反应 空间和反应条件。空间和反应条件。 搅拌装置搅拌装置由搅拌器、搅拌轴、传动装置组成。传由搅拌器、

11、搅拌轴、传动装置组成。传 动装置又由电动机、减速器、联轴器及机座等组成。动装置又由电动机、减速器、联轴器及机座等组成。 密封装置密封装置防止罐内介质泄漏或外界空气进入罐内。防止罐内介质泄漏或外界空气进入罐内。 搅拌目的搅拌目的 使物料混和均匀,强化传热和传质。 包括均相液体混合；液-液分散；气-液分散；固-液分散；结晶；固 体溶解；强化传热等 搅拌液体的流动模型搅拌液体的流动模型 液体在设备范围内作循环流动的途径称作液体的“流动模型”，简 称“流型”。 (a)轴向流 (b)径向流 (c)切线流 打漩现象 常用搅拌器的型式、结构和特点 在化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置机械搅拌装置，典型的

12、机械搅拌 装置包括 1、搅拌器：包括旋转的轴和装在轴上的叶轮； 2、辅助部件和附件：包括密封装置、减速箱、搅拌电机、支架、 挡板和导流筒等。 搅拌器是实现搅拌操作的主要部件，其主要的组成部分是叶轮， 它随旋转轴运动将机械能施加给液体，并促使液体运动。 搅拌器搅拌器 常见搅拌桨及其结构形式 常用搅拌器及流型示意常用搅拌器及流型示意 螺轴式搅拌螺轴式搅拌 桨式搅拌器 由桨叶、键、轴环、竖轴所组成。桨叶一般用扁钢或 不锈钢或有色金属制造。桨式搅拌器的转速较低，一般 为2080rmin。桨式搅拌器直径取反应釜内径Di/3 2/3，桨叶不宜过长，当反应釜直径很大时采用两个或 多个桨叶。 桨式搅拌器适用于

13、流动性大、粘度小的液体物料，适用于流动性大、粘度小的液体物料，也 适用于纤维状和结晶状的溶解液，物料层很深时可在轴 上装置数排桨 叶。 涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器分为圆盘涡轮搅拌器和开启涡轮搅拌器；按照叶轮 又可分为平直叶和弯曲叶。涡轮搅拌器速度较大，300600r min。 涡轮搅拌器的主要优点是当能量消耗不大时，搅拌效率较高，搅拌 产生很强的径向流。因此它适用于乳浊液、悬浮液等。适用于乳浊液、悬浮液等。 推进式搅拌器推进式搅拌器 推进式搅拌器，搅拌时能使物料在反应釜内循环流动，所起作用 以容积循环为主，剪切作用较小，上下翻腾效果良好上下翻腾效果良好。当需要有更 大的流速时，反应

14、釜内设有导流筒。 推进式搅拌器直径约取反应釜内径Di的1/41/3，300600r min，搅拌器的材料常用铸铁和铸钢。 框式和锚式搅拌器框式和锚式搅拌器 框式搅拌器可视为桨式搅拌器的变形，其结构比较坚固，搅 动物料量大。如果这类搅拌器底部形状和反应釜下封头形状相 似时，通常称为锚式搅拌器。 框式搅拌器直径较大，一般取反应器内径的2/39/10， 5070rmin。框式搅拌器与釜壁间隙较小，有利于传热过 程的进行，快速旋转时，搅拌器叶片所带动的液体把静止层从 反应釜壁上带下来；慢速旋转时，有刮板的搅拌器能产生良好 的热传导。这类搅拌器常用于传热、晶析操作和高粘度液体、常用于传热、晶析操作和高粘

15、度液体、 高浓度淤浆和沉降性淤浆的搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆的搅拌。 螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器 螺带式搅拌器，常用扁钢按螺旋形绕成，直径较大，常做 成几条紧贴釜内壁，与釜壁的间隙很小，所以搅拌时能不断 地将粘于釜壁的沉积物刮下来。螺带的高度通常取罐底至液 面的高度。 螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器的转速都较低，通常不超过 50r/min，产生以上下循环流为主的流动，主要用于高粘度主要用于高粘度 液体的搅拌。液体的搅拌。 其他搅拌方法其他搅拌方法 绝大部分的搅拌与混合，是采用叶轮搅拌。此外 工业上较常见的或有发展前景的搅拌，主要还有 气流搅拌、射流混合和管道混合 气流搅拌

16、 气流搅拌装置主要是鼓泡器。它是利用气泡在上升过 程中所造成的液体湍动，产生良好的搅拌作用。它所 产生的能量和效率低于机械搅拌，但可用于处理腐蚀 性料液和泥浆等，或用于浅槽搅拌，并可利用工厂多 余的气源。 用于搅拌的气体主要是压缩空气和水蒸气。用水蒸气 搅拌时可避免物料被氧化，并可对被搅拌物料直接加 热，但物料会被稀释。 射流混合 射流是在流体经一小孔、喷嘴或管道，流人较大的容 器时产生的，射流的直径随着离开出口的距离增加而 增大，并在扩展的过程中使周围的流体被夹带进来而 产生混合。射流可以是层流，也可以是湍流，这取决 于雷诺数的大小。当喷嘴或孔出口处的Re2100时为湍流射流。对于黏性液体，

17、层 流射流可推动器内液体运动，但因为黏性液体中分子 扩散速率低，喷出的液体与反应器内液体不会在分子 尺寸上混合。 化学工业上常用的文丘里管就是射流混合的应用实例。 管道混合 管道混合是使待混合的物料通过在管道内流动而混合 均匀。在混合过程中，通过平行地控制所有组分的流 量，确定混合物的组成，并使它保持在预定值上。 对于气体或低黏度液体的混合，可利用湍流态下湍流 混合作用，达到均匀的混合。一般混合段的管长为管 径的50100倍。在管内可安装促进物料混合的元件， 以使物料在静压力的推动下通过混合元件时改善混合 质量或缩短混合段的管长。工业上混合元件多为一些 不动装置，如三通混合、内部构件混合器和静

18、力混合 器等。 三通混合元件三通混合元件 搅拌附件搅拌附件 挡板挡板 挡板的作用是避免旋挡板的作用是避免旋 涡现象，增大被搅拌液体涡现象，增大被搅拌液体 的湍流程度，将切向流动的湍流程度，将切向流动 变为轴向和径向流动，强变为轴向和径向流动，强 化反应器内液体的对流和化反应器内液体的对流和 扩散，改善搅拌效果。扩散，改善搅拌效果。 搅拌反应器的挡板结构搅拌反应器的挡板结构 可有效 地防止 粘滞液 体在挡 板处形 成死角， 以防止 固体颗 粒的堆 积。 在高粘度 物料中使 用桨式搅 拌器时， 可安装横 挡板以增 加掺合作 用，挡板 宽度可与 搅拌叶同 宽。 对于低粘度液体挡板装在壁上。 对于中等

19、粘度液体挡板离开 槽壁（或固液相操作时） 对于高粘度液体挡板离开槽 壁并与槽壁成一定角度。竖 向挡板安装方式。 导流筒导流筒 导流筒的作用导流筒的作用 导流筒导流筒作用作用-提高混合效率提高混合效率 一方面提高了对液体的搅拌程度，加强了搅拌器对液体的直接一方面提高了对液体的搅拌程度，加强了搅拌器对液体的直接 机械剪切作用；另一方面由于限定了液体的循环路径，确立了充机械剪切作用；另一方面由于限定了液体的循环路径，确立了充 分循环的流型，使器内所有物料均能通过导流筒内的强烈混合区，分循环的流型，使器内所有物料均能通过导流筒内的强烈混合区， 减少了走短路的机会。减少了走短路的机会。 导流筒的组成导流

20、筒的组成 导流筒是一个圆筒，安装在搅拌器的外面。常用于导流筒是一个圆筒，安装在搅拌器的外面。常用于 推进式和涡轮式搅拌器。推进式和涡轮式搅拌器。 导流筒示意图导流筒示意图 传动装置传动装置 搅拌反应器传动装搅拌反应器传动装 置置 1电动机； 2减速器； 3联轴器； 4机座； 5轴封装置； 6底座； 7封头； 8搅拌轴； 填料密封 1、原理 填料中含有润滑剂，在对搅拌轴产生径向压紧力的 同时，形成极薄的液膜，一方面使搅拌轴受到润滑，另 一方面阻止设备内流体的逸出或外部流体的渗入，达到 密封目的。 2、特点 应允许填料密封有一定的泄漏量。使用过程中需要 经常调整填料压盖的压紧力。 轴封轴封 机械密

21、封 1、原理 机械密封是依靠垂直于轴的两个密封元件的平面相 互贴合(依靠介质压力或弹簧力)，并作相对运动达到密 封的装置。又称端面密封。 四个密封点：A动环和轴之间的密封(静密封)，B动 环和静环作相对旋转运动时的端面密封(动密封) ，C 静 环与静环座之间的密封 (静密封)， D 静环座与设备之 间的密封(静密封)。 机械密封中，动环与静环的接触面是泄漏通道之外 ，还有动环与轴之间、静环与支座之间的间隙也是泄 漏通道。 机械密封机械密封 2、特点 功耗小、泄漏量低、 密封性能可靠、使用寿命 长的转轴密封。必须使冷 却润滑液在密封腔中不断 循环。 罐体尺寸确定罐体尺寸确定 高径比高径比 确定罐

22、体高径比的考虑因素确定罐体高径比的考虑因素 由于搅拌功率在一定条件下与搅拌器直径的由于搅拌功率在一定条件下与搅拌器直径的5 5次方成正比，次方成正比， 所以从减少搅拌功率的角度考虑，高径比可取得大一些。所以从减少搅拌功率的角度考虑，高径比可取得大一些。 若采用夹套传热结构，从传热角度看，希望高径比可取得大若采用夹套传热结构，从传热角度看，希望高径比可取得大 一些；当容积一定时，高径比大、罐体就高，盛料部分表面积大、一些；当容积一定时，高径比大、罐体就高，盛料部分表面积大、 传热面积也就大。传热面积也就大。 要考虑物料的状态，对发酵类物料，为了使通入罐内的空气要考虑物料的状态，对发酵类物料，为了

23、使通入罐内的空气 与发酵物料充分接触，高径比应取得大一些。与发酵物料充分接触，高径比应取得大一些。 夹套反应器罐体尺寸示意夹套反应器罐体尺寸示意 直径及高度确定直径及高度确定 装料系数装料系数 若物料在反应过程中产生泡沫或呈沸腾状态，取装若物料在反应过程中产生泡沫或呈沸腾状态，取装 料系数料系数0.60.60.70.7； 若物料反应较平稳，则取装料系数若物料反应较平稳，则取装料系数0.80.80.850.85。 直径及高度确定直径及高度确定 1、在初步确定在初步确定H/DiH/Di后，可先忽略封头的容积，近似后，可先忽略封头的容积，近似 计算出罐体的容积计算出罐体的容积。 得得 2 2、将上式

24、计算的结果圆整为标准直径，再代入下式中可、将上式计算的结果圆整为标准直径，再代入下式中可 计算出罐体的高度计算出罐体的高度 V )( 44 32 i ii D H DHD 3 0 )( 4 i D H i V D 2 0 2 44 i k i k D V V D VV H 传热装置传热装置 夹套夹套 可拆卸的夹套可拆卸的夹套 不可拆卸的夹套不可拆卸的夹套 蛇管蛇管 蛇管结构蛇管结构 蛇管的固定结构蛇管的固定结构 工艺接管工艺接管 进料管进料管 进料管结构进料管结构 出料管出料管 下部出料管下部出料管 上部出料管上部出料管 塔式反应器塔式反应器 鼓泡塔反应器结构示意图鼓泡塔反应器结构示意图 1

25、1分布格板；分布格板；2 2夹套；夹套；3 3气体分布器；气体分布器；4 4塔体；塔体；5 5挡板；挡板； 6 6塔外换热器；塔外换热器；7 7液体捕集器；液体捕集器；8 8扩大段扩大段 填料型塔式反应器广泛应用于气体吸收的设备，也可用作气、填料型塔式反应器广泛应用于气体吸收的设备，也可用作气、 液相反应器，由于液体沿填料表面下流，在填料表面形成液液相反应器，由于液体沿填料表面下流，在填料表面形成液 膜而与气相接触进行反应，故液相主体量较少。膜而与气相接触进行反应，故液相主体量较少。 适用于瞬间反应、快速和中速反应过程适用于瞬间反应、快速和中速反应过程 第三章第三章 生物反应器生物反应器 发酵

26、罐是工业发酵常用设备中最重要、应用最广泛的设备，是连 接原料和产物的桥梁，也是多种学科的交叉点。在发酵罐中，通过 产物的合成，廉价的原料升了值，因此可以说发酵罐是发酵工业的 心脏。发酵罐的定义是，为一个特定生物化学反应的操作提供良好 而满意环境的容器 发酵罐伴随着微生物发酵工业的发展已历经300年。早在17世纪， 人们已用带有温度计和热交换器的1500L的木制容器来制备乙醇和酒。 19001940年出现了200m3的钢质发酵罐，在面包酵母发酵中开始使 用空气分布器和机械搅拌装置。19401960年，第一个大规模工业 生产青霉素的工厂于1944年1月30日在美国的Terr Haute投资，其发酵

27、 罐的体积是54m3；抗生素工业的兴起引起发酵工业一场变革，机械 搅拌、通风、无菌操作、纯种培养等一系列技术开始完善起来，并 出现耐高温在线连续测定的pH电极和溶氧电极，开始利用计算机进 行发酵过程控制。19601979年机械搅拌通风发酵罐容积增大到 80150m3，由于大规模生产单细胞蛋白的需要而出现了压力循环和 压力喷射型发酵罐，计算机开始在发酵工业上得到广泛应用 1979年以后，随着生物工程和技术的迅猛发展，大规模细胞培养 发酵罐应运而生，胰岛素、干扰素等基因工程的产品走上商品化。对 发酵罐的严密性、运行可靠性的要求越来越高，发酵的计算机控制和 自动化的实际运用已相当普遍。pH电极、溶氧

28、电极、溶解二氧化碳电 极等在线检测在国外已相当成熟。同时现代发酵工业为了获取更大的 经济利益，发酵罐更加趋于大型化：废水处理2700m3，单细胞蛋白 1500m3，啤酒320m3，柠檬酸200m3，面包酵母20m3，抗生素200m3， 干酪20m3，酸乳10m3。 典型的分批发酵工艺流程图 菌种提纯 琼脂斜面 接种 摇瓶 蒸汽 锅炉 空气压缩机 种子培养 种 子 罐 无菌空气 空 气 过 滤 器 通气 生物反应 主 要 发 酵 罐 pH调节液 蒸汽灭菌 连消装置 培养基 配料罐 培养基原料 培养基配料 去菌体分离及后处理 检测控制 成品 (一)发酵罐的类型 各种不同类型的发酵罐都可用于大规模的

29、生化反应过程，它们在 设计、制造和操作方面的精密程度，取决于某一产品的生物化学反 应过程对发酵罐的要求。发酵罐的分类有以下几种： 按微生物生长代谢需要分类 这种方法将发酵罐分成好气和厌气 两大类。抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸、维生素等产品是好气发 酵罐中进行的；丙酮、丁醇、酒精、啤酒、乳酸采用厌气发酵罐。 它们的主要差别是由于对无菌空气的需求不同，前者需要强烈的通 风搅拌，目的是提高氧在发酵液中的体积氧传递系数KL，后者则不 需要通气。 (二)通风式发酵罐 1. 标准通风式发酵罐 通风式发酵罐是最广泛应用的深层好气培 养设备。它常用于面包酵母、抗生素及氨基酸的生产中，有关的重要 因素是氧传递效

30、率、功率输入、混合质量、搅拌浆形式和发酵罐的几 何比例等。 发酵罐最重要的几何比例是D /Dt，H/Dt， Ds/Di， Db/Dt，(Di为搅 拌浆直径，Dt为罐体直径， H 为罐体高度，Ds为搅拌浆到罐低的距 离， Db为挡板的宽度)；还有搅拌浆的叶轮直径和各部分的比例。通 用发酵罐的搅拌桨最广泛使用的是平叶涡轮搅拌桨，国内采用的大多 数是六平叶式，共各部分尺寸比例已规范化。这种搅拌桨具有很大的 循环液输送量，功率消耗大，因此特别适用于丝状菌的发酵，如青霉 素发酵等，其最大叶端速度范围是38m/s。 2.改良通风式发酵罐 几种改良通风式发酵罐是： (1)瓦尔德夫发酵罐，它装有一种独特的消泡

31、装置。 (2)一种带有上下两个分离搅拌器的发酵罐。上搅拌采用螺旋桨， 用以加强轴向流动；下搅拌采用涡轮桨分散气体，可以提高氧传 递效率。这种设计方法充分发挥了这两种搅拌桨的各自特长。 (3)完全填充反应器是一种比通气搅拌罐能更有效地提高氧传递效 率的发酵罐。它混合时间短，即使对十分黏稠的液体也有同样效 果。它还消除了罐顶的空间，空气在罐内的滞留时间比通气搅拌 罐长。 改良型通风式发酵虽然有一些改进，但是它的实际应用却远没有 通风发酵广泛。 (三)气提式发酵罐 图4-27和图4-28是具有外循环冷却的气升环流发酵罐 和Franckowaik气升环流发酵结构 第四章 包衣设备 包衣是压片工序之后常

32、用的一种制剂工艺，是指在片剂 （片芯，素片）表面包上适宜材料的衣层，使片内药物 与外界隔离。早期包衣目的是为增加制剂的稳定性，避 免药物受其他原辅料或外界环境影响而发生化学或物理 变化。现在主要的目的是为控制药物的定时.定速.定位 释放.根据衣层材料及溶解特性的不同，常分为糖衣片. 薄膜衣片.肠溶衣片及膜控释片等;根据工艺不同可以分 为湿法包衣和干法包衣。目前国内常用的包衣方法主要 有滚转包衣法(普通滚转包衣法,埋管包衣法和高效包衣 法），流化包衣法和压制包衣法。 65 法和高效包衣法).流化包衣法和压制包衣法 4.1 滚转包衣设备滚转包衣设备 4.1.1 普通包衣锅普通包衣锅 普通包衣锅(有

33、时也称为荸荠包衣锅)，是最基本、 最常用的滚转式包衣设备，国内厂家目前基本使用这种 包衣锅进行包衣操作如图1823所示。整个设备由四 部分组成：包衣锅、动力系统、加热系统和徘风系统。 包衣锅一般用不锈钢或紫铜衬锡等性质稳定并有良 好导热性的材料制成，常见形状有荸荠形和莲蓬形。片 剂包衣时以采用荸荠形较为合适，微丸剂包衣时则采用 莲蓬形为妥。包衣锅的大小和形状可根据厂家生产的规 模加以设汁。一般直径为1000mm，深度为550mm。片剂 即在锅内不断翻滚的情况下，多次添加包衣液，并使之 干燥，这样就使衣料在片剂表面不断沉积而成膜层。 图图18-23 普通包衣机普通包衣机 包衣锅安装在铀上，由动力

34、系统带动轴一起转动。为了使 片剂在包衣锅中既能随锅的转动方向滚动，又有沿轴方向 的运动，该轴常与水平呈30一40度角倾斜；轴的转速可根 据包衣锅的体积、片剂性质和不同包衣阶段加以调节。生 产中常用的转速范围为1240 rmin。 加热系统主要对包衣锅面进行加热，加速包衣溶液中溶剂 的挥发。常用的方法为电热丝加热和干热空气加热。目前， 国外已基本采用热空气加热。根据包衣过程调节通入热空 气的温度和流量，干燥效果迅速，同时采用排风装置帮助 吸除湿气和粉尘。 包衣时将药片置于转动的包衣锅内，加入包衣材料溶液， 使之均匀分散到各个片剂的表面上，必要时加入固体粉末 以加快包衣过程。有时加入包衣材料的混悬

35、液，加热通风 使之干燥。按上法包若干次，直到达到规定要求。 包衣料液用喷雾方式加入锅内，增加包衣的均匀性。 普通包衣锅包衣料液一般用勺子分次加入，此法加液 不均匀，不适于包薄膜衣，而改进的包衣锅则附加了 喷液装置。为提高雾化质量，可采用无气喷雾包衣或 空气喷雾包衣技术。无气喷雾包衣是利用柱塞泵使包 衣液达到一定压力后再通过喷嘴小孔雾化喷出，其包 衣设备及管道的安装如图 18-24 所示。该法借助于压 缩空气推动的高压无气泵对包衣液加压后使其在喷嘴 内雾化，故包衣液的挥发不受雾化过程的影响。整个 包衣工序可由计算机集中控制。 采用普通包衣锅包衣是一个劳动强度大，效率低，生 产周期长的过程。特别是

36、包糖衣片时，所包的层次很 多，实际生产中包一批糖衣需要十多个小时到三十多 小时。鉴于普通包衣锅包衣的上述缺点，国外一些生 产厂家对普通包衣锅进行了一系列的改造。 1.锅内加挡板,以改善片剂在锅内的滚动状态. 图18-24 高压无气喷雾包衣设备及管道安装示意图 1包衣锅；包衣锅；2喷头；喷头；3湿空气收集罩；湿空气收集罩；4程序控制程序控制 箱；箱；5贮气罐；贮气罐；6煤气加热装置；煤气加热装置； 7自动风门；自动风门；8 高压无气泵；高压无气泵；9带夹套的贮液箱；带夹套的贮液箱；10稳压过滤器；稳压过滤器； 11热交换器；热交换器； 12加热器；加热器；13空气过滤器空气过滤器 与无气喷雾包衣

37、不同，空气喷雾包衣通过压缩空气雾 化包衣液，故小量包衣液就能达到较理想雾化程度， 包衣液损失相对减少。小规模生产中常采用，但是空 气喷雾包衣对压缩空气要求较高，一些有机溶剂在雾 化时即开始挥发，因此空气喷雾包衣更适合于包水性 薄膜衣。 4.1.2 埋管喷雾包衣锅 当用水为分散介质包薄膜衣时，可用埋管喷雾包衣法， 以加速水分挥发。喷雾系统为一内装喷头的埋管，在 包衣时插入包衣锅翻动的床层内，直接将包衣材料喷 在片芯上，加热后的压缩空气也伴随雾化过程同时从 埋管中吹出，穿透整个床层，并从上方排气口排出。 埋管喷雾包衣体系见图1825.包衣液从储液罐中由泵 气流式喷头连续雾化喷出而控制箱则能够调节

38、和控制加热温度，包衣液流量，排气温度等， 能够连续进行包衣操作。 l埋管喷雾包衣方法设备简单，能耗低，普通包 衣锅装上，埋管和喷雾系统也能进行生产。埋 管喷雾包衣法也可用于包糖衣，但喷雾雾粒相 对粗一些，同时必须达到平面润湿，否则未被 吸收的雾粒干燥后会析出结晶，使片面粗糙。 4 4.1.3 .1.3 高效包衣机高效包衣机 l高效包衣机的结构,原理与传统的敞口包衣锅完全不同 敞口包衣机工作时,热风仅吹在片芯层表面,并被反面 吸出.热交换仅限于表面层,且部分热量由吸风口直接 吸出而没有利用，浪费了部分热源。而高效包衣机干 燥时热风是穿过片芯间隙，并与表面的水分或有机溶 剂进行热交换。这样热源得到

39、充分的利用，片芯表面 的湿液充分挥发，因而干燥效率很高。 高效包衣机的锅型结构大致可分为网孔式、间隙网孔 式和 无孔式三类。 (1) (1) 网孔式高效包衣机网孔式高效包衣机 l网孔式高效包衣机 如图18-26所示。图中的整个圆周都带 有直径1.8-2.5mm圆孔。经过滤并被加热的净化空气从 锅的右上部通过网孔进入锅内，热空气穿过运动状态的片 芯间隙，由锅底下部的网孔穿过再经过排风管排出。由于 整个锅体被包在一个封闭的金属外壳内，因而气流不能从 其他孔中排出。 l热空气流动的途径可以是逆向的，即可以从锅底左下部网 孔中穿入，再经右上方风管排出。前一种称为直流式，后 一种称为反流式。这两种方式是

40、片芯分别处于“紧密”和 “疏松”的状态，可根据品种不同进行选择。 网孔式高效包衣机图如下网孔式高效包衣机图如下 图图18-26 18-26 网孔式高效包衣锅网孔式高效包衣锅 11进气管；进气管；22锅体；锅体；33片芯；片芯； 4 4排风管；排风管；55外壳外壳 （2 2）间隔网孔式高效包衣机）间隔网孔式高效包衣机 如图18-27所示，间隔网孔式的开孔部分不是整个圆周， 而是按圆周的几个等份部分。图中是四个等分，即每隔90开 一个网孔区域，并与四个风管联结。工作时4个风管与锅体一 起转动。由于4个风管分别与4个风门连通，风门旋转时分别间 隔地被出风口接通每一管道而达到排湿的效果。 图1828中

41、旋转风门2的4个圆孔与锅体4个管道相连，管 道圆口正好与固定风门的圆口对准，处于通风状态。这种间隙 的排湿结构使锅体减少了打孔范围，减轻了加工量。同时热量 也得到充分的利用，节约了能源，不足之处是风机负载不均匀， 对风机有一定的影响。 图图18-27 18-27 间隔网孔式高效包衣机简图间隔网孔式高效包衣机简图 1进风管；2锅体；3片芯；4出风管；5风 门； 6旋转主轴；7风管；8网孔区 图图18-28 18-28 间隔网孔式高效包衣机风门结构简图间隔网孔式高效包衣机风门结构简图 11锅体管道；锅体管道；22旋转风门；旋转风门；33固定风门；固定风门；44排风口排风口 （3 3）无孔式高效包衣

42、机）无孔式高效包衣机 是指锅的圆周没有圆孔，其热交换通过另外的形式进行。 目前有两种; 一是将布满小孔的2到3个吸气桨叶浸没在片芯内，使加 热空气穿过片芯层，再穿过桨叶小孔进入吸气管道内被排出 （见图18-29），即进风管6引入干净热空气，通过片芯层4 再穿过桨叶2的网孔进入排风管5并被排出机外； 二是一种较新颖的锅型结构，目前已在国际上得到应用， 其流通的热风是由旋转轴的部位进入锅内，然后穿过运动着 的片芯层，通过锅的下部两侧而被排出锅外（图18-30） 图图18-29 18-29 无孔式高效包衣机无孔式高效包衣机 示意图示意图 1 1喷枪；喷枪；2 2桨叶；桨叶；3 3锅锅 体；体；4 4

43、片床；片床；5 5排风管；排风管； 6 6进风管进风管 图图18-30 18-30 新颖无孔式高效新颖无孔式高效 包衣机示意包衣机示意 1 1后盖；后盖；2 2液管；液管；3 3进进 风管；风管；4 4前盖；前盖； 5 5锅体；锅体； 6 6片芯层；片芯层； 这种新颖的无孔式高效包衣机所以能实现一种 独 通风路线，是靠锅体前后两面的圆盖特殊的形 状。在锅的内侧绕圆周方向设计了多层斜面结构。 锅体旋转时带动圆盖一起转动，按照旋转的正反方 向而产生两种不同的效果（图18-31）当正旋转时 （顺时针方向），锅体处于工作状态，其斜面不断 阻挡片芯流入外部，而热风却能从斜面处的空当中 流出。当反转时(逆

44、时针方向），此时处于倾斜状 态，这时由于斜面反向运动，使包好的药片沿切线 方向排出。 图图18-31 18-31 新颖无孔式高效包衣机新颖无孔式高效包衣机 无孔高效包衣机设计上具有新的构思，除了能达无孔高效包衣机设计上具有新的构思，除了能达 到与有孔同样的效果外，由于锅体表面平整，光洁，到与有孔同样的效果外，由于锅体表面平整，光洁， 对运动着的物料没有任何损伤，在加工时也省却了钻对运动着的物料没有任何损伤，在加工时也省却了钻 孔这一工序，该机器除适于片剂，也适于微丸等的包孔这一工序，该机器除适于片剂，也适于微丸等的包 衣。衣。 高效包衣机是由多组装置配套而成的整体，除主高效包衣机是由多组装置配

45、套而成的整体，除主 体包衣锅外，大致可分为四大部分：定量喷雾系统，体包衣锅外，大致可分为四大部分：定量喷雾系统， 供气和排风系统，以及程序控制设备。其组合简图见供气和排风系统，以及程序控制设备。其组合简图见 图图18-318-32 2. . 图图18-32 18-32 高效包衣机的配套装置简图高效包衣机的配套装置简图 定量喷雾系统是将包衣液按程序要求定量送入包衣锅， 并通过喷枪口雾化喷到片芯表面。该系统由液缸、泵、计 量器和喷枪组成。定量控制一般是采用活塞结构。它是利 用活塞行程确定容积的方法来达到量的控制，也有利于用 计时器进行时间控制流量的方法。喷枪是由气动控制，按 有气和无气喷雾两种不同

46、方式选用不同喷枪，并按锅体大 小和物料多少放入2-6只喷枪，以达到均匀喷洒的效果。 另外根据包衣液的特性选用有气或无气喷雾，并相应选用 高压无气泵或电动蠕动泵。而空气压缩机产生的压缩空气 经空气清洁器后供给自动喷枪或无气泵送风。 供热系统是由中效和高效滤过器和热交换器组成。由 于排风系统产生的锅体负压效应，使外界的空气通过过滤 器，并将部分过滤后的热空气返回到送风系统中重新利用， 以达到节约能源的目的。 送风和排风系统的管道中都装有风量调节器，可调节进、 排风量的大小。 程序控制设备的核心是可编程序控制器或微机处理。它 一方面接受来自外部的各种检测信号，另一方面各执行元 件发出各种指令，以实现

47、对锅体、喷枪、泵以及温度、湿 度、风量的控制。 4 4.2.2 .2.2 流化床包衣设备流化床包衣设备 流化床包衣设备流化包衣法与流化喷雾造粒工作原理相 近，即将包衣液 喷在悬浮于一定流速空气中的片剂表面。同 时，加热的 空气使片剂表面溶剂挥发而成膜。流化床包衣法 目前只 限于包薄膜衣，除片剂外，微丸剂、粉末、颗粒剂等 也 可包衣。由于包衣时片剂由空气悬浮并翻动，衣料在片 面包覆均匀，对包衣片剂的硬度要求也低于普通包衣锅包衣。 主要从以下两种方式对其进行分类 4 4.2.2.1.2.2.1 包衣液的雾化喷入方法包衣液的雾化喷入方法 流化床包衣机的核心是包衣液的雾化喷入方法，一般有 顶部、侧面切

48、向和底部3种安装位置，如图18-33所示。喷头 通常是压力式喷嘴。随着喷头安装位置的不同，流化床结 构也有较大差异。 （1）顶部喷头 多用于锥形流化床 （2）侧面切向喷头 （3）底部喷头 多用于导流筒式流化床 11喷嘴（气流式或压力式）；喷嘴（气流式或压力式）；22流化床浓相；流化床浓相；33流化床稀相；流化床稀相； 44空气流；空气流；55环隙；环隙；66旋转盘（可调节高度）；旋转盘（可调节高度）； 7 7空气分空气分 布板；布板；88雾化包衣液；雾化包衣液；99包衣区；包衣区；1010颗粒流向颗粒流向 4.2.2.2 流化的动力来源及形式 使用气流或机械力同时作用使流化床内的物料呈现沸腾

49、或强制规则运动状，将辅料或母液均匀喷入使之团聚成粒或 层积放大，可达到制粒或包衣的效果，可在一台设备内完成， 性价比高。根据流化的动力来源及形式的不同可将其分为以 下六种。 （1）均匀垂直向上气流的流化床制粒包衣技术 物料的运 动状态为”沸腾状”,为不规则运动,操作弹性大 （2）旋转向上气流的旋流床制粒包衣技术物料的运动状态 为”旋转沸腾状”,特性为粒子旋转向上运动+不规则运动. （3）向上气流和旋转盘共同作用的旋转床制粒包衣技术 物料的运动状态为“麻花状”特性也为旋转向上运动。 （4）不均匀垂直向上气流（即喷动）的喷动床制 粒包衣 技术 物料的运动状态为“喷泉状”特性为局部物料向上喷 动运动

50、，整个物料层内物料呈现穿过导向管的环状循环运 动。 （5）向上气流和向下气流共同作用的复合床制粒包衣技术 物料运动状态有两种：沸腾状和旋转向上运动。 （6）滚筒和透过物料层气流的滚筒制粒包衣技术 物料 运动状态为“翻滚状”特性为滚动运动，边喷雾边干燥， 风量操作弹性一般。 总的来说，流化床包衣机应用范围很广，只要被涂颗粒 粒径不是很大，包衣物质可以在不太高温融熔或能配制成 溶液，均可应用流化床薄膜包衣机。 4.2.3 压制包衣设备 压制法包衣亦称干法包衣，是用包衣材料将片芯包裹 后在压片机上直接压制成型。该法可包糖衣、肠溶衣 或药 物衣，适用于对湿热敏感药物的包衣，也适用于长效多层片 的制备或

51、有配伍禁忌药物的包衣。压制过程如图18-34所示。 常用的压制包衣机是将两台旋转式压片机用单传动轴配成套， 以特制传动器将压成的片芯送至另一台压片机上进行包衣， 见图18-35。一步干法包衣压片过程包括3个主要步骤：(1) 压制第一外包衣层(1st-outer layer)；(2)压制核心片；(3) 压制整个包衣片，包括第二外包衣层(2nd-outer layer)。 （4.2.3 压制包衣设备 图18-35 压制包衣机结构示意图 4.2.3 压制包衣设备具体压片过程如图18-37所示） 由此看 出，采用一步干法包衣机简化了制备的步骤，提高了 包衣 片的质量，节省制备时间，降低了成本，国内对此

52、研 究报 道较少，有很好的应用前景。 图图18-34 18-34 压制包衣示意图压制包衣示意图 图图18-35 18-35 压制包衣结构压制包衣结构 1-1-片模片模 2-2-传递杯传递杯 3-3-负荷塞柱负荷塞柱 4-4-传感器传感器 5-5-检出装置检出装置 6-6-弹性传导弹性传导 臂臂 7-7-除粉尘小孔眼除粉尘小孔眼 8-8-吸气管吸气管 9-9-计数器轴环计数器轴环 10-10-桥道桥道 11-11-沉入沉入 片芯片芯 12-12-充填片面及周围用包衣颗粒充填片面及周围用包衣颗粒 13-13-包衣颗粒包衣颗粒 14-14-包衣颗粒包衣颗粒 漏斗漏斗 15-15-饲料框饲料框 一步干

53、法包衣压片机压片过程一步干法包衣压片机压片过程 4 4.3 .3 胶囊剂生产设备胶囊剂生产设备 硬胶囊剂生产设备按照主工作盘的运动方式，全自动胶 囊填充机可分为间歇回转和连续回转两种类型间歇回转式全 自动胶囊填充机的工作台面上设有可绕轴旋转的主工作盘， 其可带动胶囊板作周向旋转。围绕主工作盘设有空胶囊排序 与定向装置、拨囊装置、剔除废 囊装置、闭合胶囊装置、 出囊装置和清洁装置等，如图 18-38所示。工作台下的机壳 内设有传动系统，其作用是 将运动传递给各装置或机构， 以完成相应的工序操作。 4.3.1 硬胶囊剂生产设备 图18-38 主工作盘及各区域功能 示意图 图图1838工作盘及各区域

54、功能示意图工作盘及各区域功能示意图 1排序与定向排序与定向 2拔囊区拔囊区 3体帽错位区体帽错位区 4药物填充区药物填充区 5废囊剔除区废囊剔除区 6胶囊闭合区胶囊闭合区 7出出 囊区囊区 8清洁区清洁区 9主工作盘主工作盘 l 产量较大的硬胶囊剂多采用全自动胶囊填充机。其可分产量较大的硬胶囊剂多采用全自动胶囊填充机。其可分 为间歇回转和连续回转两种类型。生产过程几乎相同。为间歇回转和连续回转两种类型。生产过程几乎相同。 4 4.3.1.1.3.1.1、空胶囊的排序与定向（播囊器）空胶囊的排序与定向（播囊器） 空胶囊排序装置如图空胶囊排序装置如图18-3918-39所示。所示。 空胶囊的定向排

55、列空胶囊的定向排列 可由定向装置完成，该装置设有定向滑槽和顺向推爪，推可由定向装置完成，该装置设有定向滑槽和顺向推爪，推 爪可在槽内作水平往复运动，如图爪可在槽内作水平往复运动，如图18-4018-40所示。所示。 18-3918-39空胶囊排序装置结构与工作原理空胶囊排序装置结构与工作原理 1-1-贮囊斗贮囊斗 2-2-落料器落料器 3-3-压囊爪压囊爪 4-4-弹簧弹簧 5-5-卡囊簧片卡囊簧片 6-6-簧片架簧片架 图图18-40 18-40 定向装置结构与工作原理定向装置结构与工作原理 1 1顺向推爪；顺向推爪；2 2定向定向 滑槽；滑槽；3 3落料器；落料器；4 4压囊爪；压囊爪；5

56、 5定向器座定向器座 a a、b b、c c、d d分分 别表示定向过程中胶囊所处的空间状态别表示定向过程中胶囊所处的空间状态 4 4.3.2.3.2空胶囊的体帽分离空胶囊的体帽分离 经定向排序后的空胶囊还需将囊体与囊帽分离开来，以经定向排序后的空胶囊还需将囊体与囊帽分离开来，以 便药物填充。空胶囊的体帽分离操作可由拨囊装置完成。该便药物填充。空胶囊的体帽分离操作可由拨囊装置完成。该 装置由上、下囊板及真空系统组成，如图装置由上、下囊板及真空系统组成，如图18-4118-41所示所示。 当空胶囊被压囊爪推入囊板孔后，气的体分配板上升，其当空胶囊被压囊爪推入囊板孔后，气的体分配板上升，其 下表面

57、与下囊板的下表面贴严。此时，真空接通，顶杆随气体下表面与下囊板的下表面贴严。此时，真空接通，顶杆随气体 分配板同步上升并深入到下囊板的孔中，使顶杆与气孔之间形分配板同步上升并深入到下囊板的孔中，使顶杆与气孔之间形 成一个环隙，以减少真空空间。上下囊板的直径相同，且都为成一个环隙，以减少真空空间。上下囊板的直径相同，且都为 台阶孔，上下囊板台阶小孔的直径分别小于囊冒和囊体的直径。台阶孔，上下囊板台阶小孔的直径分别小于囊冒和囊体的直径。 当囊体被真空吸至下囊板孔中时上囊板孔中的台阶可挡住囊冒当囊体被真空吸至下囊板孔中时上囊板孔中的台阶可挡住囊冒 下行，下囊板孔中的台阶可使囊体下行至一定位置时停止，

58、以下行，下囊板孔中的台阶可使囊体下行至一定位置时停止，以 免囊体被顶杆顶破，从而达到体帽分离的目的。免囊体被顶杆顶破，从而达到体帽分离的目的。 。 图图18-41 18-41 拨囊装置结拨囊装置结构与工作原理构与工作原理 1 1上囊板；上囊板；22下囊板；下囊板；33真空气体分配板；真空气体分配板；44顶杆顶杆 4.3.1.3填充药物 当空胶囊体、帽分离后，上、下囊板孔的轴线随即错开， 接着药物定量填充装置将定量药物填入下方的胶囊体中，完 成药物填充过程。药物定量填充装置的类型很多种，每种类 型都必须确保符合中华人民共和国药典 (1)插管定量装置 插管定量装置分为间歇式和连续式两 种 ，如图1

59、8-42所示。 间歇式插管定量装置是将空心定量管插入药粉斗中，利 用管内活塞将药粉压紧，然后定量管升离粉面，并旋转 180至胶囊体上方。随后，活塞落下，将药粉柱压入胶囊 体中，完成药粉填充过程。由于机械动作是间歇式的，故为 间歇式插管定量装置。 连续式插管定量装置也是采用定量管来定量的，但连续式插管定量装置也是采用定量管来定量的，但 其插管，压紧，填充操作是随机器本身在回转过程中连其插管，压紧，填充操作是随机器本身在回转过程中连 续完成的。由于填充速度快，因此插管在药粉中停留的续完成的。由于填充速度快，因此插管在药粉中停留的 时间短，故对药粉的要时间短，故对药粉的要求更高。求更高。 图图18-

60、42 18-42 插管定量装置结构与工作原理插管定量装置结构与工作原理 11定量管；定量管；22活塞；活塞；33药粉斗；药粉斗；44胶囊体胶囊体 (2)(2)模板定量装置模板定量装置 模板定量装置的结构与工作原理如图模板定量装置的结构与工作原理如图18431843所示，其中所示，其中 左图将圆柱形定量装置及其工作过程展成了平面形式。药左图将圆柱形定量装置及其工作过程展成了平面形式。药 粉盒由定量盘和粉盒圈组成，工作时可带着药粉做间歇回粉盒由定量盘和粉盒圈组成，工作时可带着药粉做间歇回 转运药粉运动。转运药粉运动。 工作时，凸轮机构带动各组冲杆做上下往复运动。当冲工作时，凸轮机构带动各组冲杆做上