制剂生产中的单元操作.ppt

制剂生产中基本的单元操作 第一节粉碎 筛分与混合 学习目标 知识目标 熟悉药物粉碎 筛分 混合的概念及目的 熟悉与粉碎 筛分 混合产品不合格的基本理论知识 能力目标 能操作粉碎 筛分与混合的常见设备 生产出合格的产品 找出产品不合格时 与设备的关系 一 粉碎的基本理论知识 1 粉碎 系指借机械力将大块固体物料破碎成适宜程度的碎块或细粉的操作过程 减少粒径 增加药物比表面积 便于各成分混合均匀 制备多种剂型 加速药材中有效成分的浸出 便于适应多种给药途径的应用 粉碎的目的 促进药物溶解 提高生物利用度 粉碎度n 是粉碎前半径D与粉碎后半径d的比值 2 粉碎机理 在外加机械力作用下 被粉碎物料表面的局部产生很大的应力 使物料表面产生裂缝 直至粉碎 粉碎过程常用外力有 冲击 压缩 剪切 弯曲和研磨 冲击 研磨 以撞击作用为主的粉碎器械 如万能粉碎机 锤击式粉碎机 锤击式粉碎机 万能粉碎机 粉碎的方式 3 1 闭塞粉碎 在粉碎过程中 已达到粉碎要求的粉末不能及时排出而继续和粗粒一起重复粉碎操作 特点 操作简单 效率低 适于小规模的间歇操作 2 自由粉碎 在粉碎过程中 已达到粉碎要求的粉末能及时排出而不影响粗粒继续粉碎操作 特点 效率高 适于较大规模的连续操作 1 开路粉碎 只通过一次粉碎机完成粉碎操作特点 操作简单 粒度分布宽 适于粗粒或粒度要求不高的粉碎 2 循环粉碎 经粉碎机粉碎的物料通过分级设备使粗粒重新返回到粉碎机反复粉碎的操作 特点 动力消耗低 粒度分布窄 适于或粒度要求比较高的粉碎 粉碎的方法 a 开路粉碎 b 循环粉碎 返料 1 干法粉碎 物料处于干燥状态下进行粉碎的操作 2 湿法粉碎 加入适当的水或其他液体进行研磨粉碎 药物 水 细粉漂浮于水面或混悬于水中 混悬液 粗粉 研磨 水 研磨 倾出 较细粗粉 混悬液 合并 沉降 上清液 细湿粉 干燥 粉碎 极细粉 倾出 将物料或粉碎机进行冷却的粉碎方法 方法 物料先冷却 迅速通过高速撞击式粉碎机粉碎 停留时间短 粉碎机壳通入低温冷却水 将干冰或液氮与物料混合后粉碎 组合上述冷却方法进行粉碎 两种以上物料同时粉碎的操作 避免黏性或热塑性物料单独粉碎时粘壁 混合物料的硬度 密度等需相对接近 4 粉碎的设备 按设备结构分类 研磨式粉碎机械 机械式粉碎机械 气流式粉碎机械 低温式粉碎机械 1 球磨机 属于研磨式粉碎机械 是以磨球为研磨介质的机器 磨球多为瓷质 密度约为2 4g cm3 若球罐缓慢转动时 各层磨球有相对运动 称为滑落 球罐转速的增加 表层球沿着外层球向下泻落 泻落时对物料的粉碎主要是研磨作用 转速提高后 一部分磨球随罐体上升至更高的高度 然后沿抛物线抛落 此时物料的粉碎是冲击和研磨联合作用 若球罐转速过慢或过快均会减弱甚至失去粉碎作用罐内磨球的运动以泻落与抛落为主 磨球直径一般使用D20 100mm 罐内磨球充填率一般为28 35 干法粉碎 或40 50 湿法粉碎 罐内加料体积以充满球间空隙为宜 球磨机及内球运动情况 2 锤击式粉碎机 属于机械式粉碎设备由高速旋转的活动锤击件与固定圈间的相对运动 对药物进行粉碎的机器 锤击件对物料主要作用以冲击力 物料受到锤击 碰撞 磨擦等而粉碎 锤式粉碎机1 圆盘 2 锤头 3 衬板 4 筛板 5 加料器 适用于大多数药物 但不适宜于高硬度物料及粘性物料 筛孔的形状多为人字形 适用于结晶状物料的粉碎 但不适于纤维状物料 圆形筛孔适用于纤维状物料 2 振动球磨机 一种超细粉碎机械 电机旋转时 振动块的离心力使罐内磨球产生比一般球磨机大6 10倍的冲击加速度 磨球及物料在罐内呈悬浮状态 磨球在罐内产生抛射 冲击及旋转运动 物料受到冲击 研磨而粉碎 振动球磨机具有生产能力高 粉碎时不发热 结构紧凑等优点 可将物料粉碎至微米级 ZM型振动超微粉碎机1 球罐 2 电机及振动块 3 气流式粉碎机 气流式粉碎机是通过粉碎室内的喷嘴 把压缩空气形成的气流束变成速度能量 促使药物之间产生强烈冲击 磨擦达到粉碎的机器 特点是粉碎过程温度不升高 故适合于热敏性物料的超细碎 其缺点是动力消耗较大 高压空气由喷嘴以超音速喷入粉碎室物料由加料口经空气引射进入粉碎室 被高速气流加速到50 300m s 粒子间的碰撞及高速气流的剪切作用而粉碎 细粒被空气夹带通过分级涡由下部的内管出料 加料斗 产品出口 粉碎室 喷嘴 空气 流能磨 5 内分级涡轮式粉碎机 由高速旋转的涡轮叶片与固定齿圈的相对运动 对药物进行粉碎 涡轮高速旋转 3000 4000r min 由强大气流产生涡流以及由此产生的超声高频压力振动 并有冲击 剪切 研磨作用 由于机械和气流的双重作用使物料得到均匀良好的粉碎 细粉经筛网分出 自冷式涡轮粉碎机 涡轮式粉碎机特点 粉碎效率高 粉碎粒度60 320目 除用于粉碎一般物料外 还用于粉碎纤维类物料 中草药如甘草 大黄等 和有机化合物 二 筛分 筛分 借助筛网将粗细物料进行分离的方法 1 概述 筛分的目的 可将粉碎的物料分等级 可提高粉碎效率 能起到混合作用 获得较均匀的粒子群 2 药筛 指按药典规定 全国统一用于药剂生产的筛 又称为标准药筛 按制筛方法分 1 编织筛2 冲制筛 药筛的种类 按规格分 1 药典标准筛2 工业标准筛 工业用筛常用 目 表示 目是以一英寸 25 4mm 长度上所含筛孔数目的多少 中国药典 2005版标准筛规格 粉末的分等级 最粗粉 粗粉 全部通过1号筛 能通过3号筛不超过20 全部通过2号筛 能通过4号筛不超过40 全部通过4号筛 能通过5号筛不超过20 全部通过5号筛 能通过6号筛不少于95 全部通过6号筛 能通过7号筛不少于95 全部通过8号筛 能通过9号筛不少于95 3 筛分设备 筛分系借助于筛网将粒度不均匀的松散物料分离为二种或二种以上粒级的操作 根据筛网面的运动方式分为 旋转筛 摇动筛 旋动筛以及振动筛 1 摇动筛 由摇动装置和药筛两部分组成 见14页 2 振动筛 筛箱的振动是采用两端不同质量的偏心块 产生离心 纵向 横向的复合作用 物料在筛面上既有纵向弹跳 又有由筛面中心向外发散的抛射运动 3 旋转筛 常用于粉碎后中药材的筛分 圆形筛筒固定于筛箱内 筛筒表面统有筛网 主轴上固定有刷板和打板打板起分散和推进物料的作用刷板起清理筛网和促进筛分作用 物料由推进器从筛筒一端进人 粗粉和细粉分别收集 筛网目数20 200目 图11 17FTS型旋转筛1 筛筒 2 刷板 3 主轴 4 打板 振动筛具有密闭操作 粉尘飞扬少 物料分道筛出 操作方便 振动噪声低的优点 旋转筛操作方便 适应性广 筛网更换容易 对中药细粉筛分效果较好 筛分产品不合格的理论原因 粉末吸潮 筛分时药筛处于静止 筛内的药粉太厚 三 混合的基本理论知识 混合 是将两种以上组分的物质均匀混在一起的操作 1 概述 2 混合机理 1 对流混合固体粒子在机械转动的作用下 在设备内形成固体循环流的过程 粒子群产生较大的位置移动所达到的总体混合 2 剪切混合 在不同组成的界面间发生剪切作用而产生滑动平面 3 扩散混合 颗粒无规则运动时 相邻粒子间相互交换位置产生的局部混合 混和方法 搅拌混合 研磨混合 过筛混合 3 混合的方法与设备 混合设备 1 容器旋转型混合机 1 回转型混合机 圆形 方形 V字形等原理 转动 产生剪切力装料系数 30 50 适用 比重相近 粒径分布窄的固体物料 回转型混合机 V型 回转型混合机 双锥型 2 三维运动混合机 结构 混合容器和机身两部分混合筒多方向运动 既有公转 又有自转和翻转 各组分可有悬殊的重量比 物料无离心力作用 混合均匀度高 处理量大 是目前各种混合机中较理想产品 特点 主轴转动一周时混合容器在两空间交叉轴上 下颠例4次 容器在空间既有公转又有自转和翻转 物料在容器内除被抛落 平移外还作翻倒运动 进行有效的对流混合 剪切混合和扩散混合 使混合在没有离心力作用下进行 三维运动混合机优点 混合均匀度高 物料装载系数大 特别是对物粒间密度 形状 粒径差异较大时 得到很好的混合效果 占地面积和空间高度小 上料和出料方便 容器和机身可用隔墙隔开 符合GMP要求 2 容器固定型混合机 1 搅拌槽型混合机结构 混合筒 搅拌桨原理 以机械方法产生剪切力适用 固 固 固 液混合 槽型混合机 2 锥形垂直螺旋混合机 单 双 结构 锥形容器部分 转动部分 物料流动方式 自转 公转 自由落体特点 搅拌作用力中等 密封式操作 适用 固 固 固 液混合 减速器 双螺旋锥型混合机 一 概述 制粒定义 把粉末 块状物 溶液 熔融液等状态的物料进行加工 制得的软材以适宜的方式通过适宜的筛 10 14目 制成均匀的颗粒 小量生产 用手压或搓过筛网大量生产 用制粒机 第二节制粒 一 制粒的目的 改善药物的流动性防止由于粒度 密度差异而引起离析现象 使各组分混合均匀 防止粉末飞扬和器壁上黏附 调整堆密度 改善溶解性能 使压片过程中压力的传递均匀 便于服用 携带方便 制粒方法 湿法制粒制粒方法干法制粒喷雾制粒 二 湿法制粒及其设备在原材料粉末中加入粘合剂 靠粘合剂的粘结作用使粉末聚结在一起而制备颗粒的方法 挤压制粒旋转制粒流化床制粒搅拌制粒 湿法制粒 流程 制粒设备 摇摆式颗粒机 螺旋挤压制粒机 轻握成团 轻压即散 粘合剂或湿润剂 制软材 湿颗粒 干颗粒 原辅料 挤压过筛 1 挤压制粒及其设备 制粒 1 摇摆式颗粒机结构简单 操作容易 生产能力低 2 挤压制粒机 混合室 造粒室 3 高效混合制粒及设备流程 制粒设备 高速搅拌制粒机 搅拌浆 切割刀 原辅料 粘合剂或湿润剂 大颗粒 切成小颗粒 干颗粒 三 干法制粒及其设备 1 概述 干法制粒是将辅料及药物的混合粉末用较大压力压制成较大的粒状或片状物后 重新破碎成所需的大小适宜的颗粒的操作 过程如下 原 辅料 压缩 粉碎 整粒 颗粒 颗粒剂 直接打片压片 片剂干法制粒有压片法和滚压法 1 压片法 将固体粉末首先在重型压片机上压实 制成直径为20 25mm的片胚 然后再破碎成所需大小的颗粒 2 滚压法 利用转速相同的两个滚动圆筒之间的缝隙 将药物粉末滚压成片状 然后通过颗粒机破碎制成一定大小的颗粒的方法 2 干法制粒设备 见Page19图2 18 使粉粒物料在溶液的雾状气态中流化 使之凝集成颗粒的一种操作过程 四 流化床制粒及其设备 可同时完成混合 制粒 干燥等过程 又称 一步制粒机 流化床制粒 流化沸腾制粒法流程 设备 流化沸腾制粒机 沸腾状态 原辅料 粘合剂或湿润剂 湿颗粒 干颗粒 流化床制粒 五 喷雾制粒及其设备喷雾制粒是将药物溶液或混悬液用雾化器喷成液滴 并散布于热气流中 使水分迅速蒸发以直接获得球状干颗粒的制粒方法 流程 原辅料 粘合剂或湿润剂 混合浆 液滴 干颗粒 雾化器 热气流 喷雾制粒机 干燥定义 一 概述 利用热能将湿物料中的水分汽化除去 从而获得干燥物品的工艺过程 第三节干燥 生产中除去湿份的方法 1 利用离心力 重力 压差 压力等作用力的机械除湿 费用低 效率低 2 利用吸附剂的化学除湿 仅能除去少量水分 成本较高 3 利用热能或冷冻的干燥除湿法 使物料中的湿份蒸发或升华 物料干燥的加热方式 热传导 对流 热辐射 介电 对流加热干燥是制药过程最常用的方式 二 干燥的基本原理及其影响因素1 干燥的基本原理干燥过程 包括传热过程和传质过程 热能从扩散表面传至物料内部 湿分从物料内部传至扩散表面 热能传递 水分汽化 水分扩散 2 物料中水分的性质 1 平衡水和自由水平衡水 一定空气状态下 物料表面产生的水蒸气压与空气中水蒸气分压相等时 物料所含的水分 自由水 物料中所含大于平衡水分的那部分水 2 结合水和非结合水结合水 以物理化学方式与无聊结合的水分 包括物料细胞壁内的水分 物料内毛细管中的水分 非结合水 主要以机械方式结合的水分 3 干燥速率及其影响干燥的因素 干燥速率 在单位时间内 单位干燥面积上被干燥物料所能气化的水量 干燥速率曲线见P22图2 21 3 影响干燥的因素外部条件控制 温度 湿度 表面积 压力等内部条件控制 物料性质 湿含量等 常压厢式干燥器流化床干燥器喷雾干燥器红外线干燥器微波干燥器冷冻干燥器 二 干燥方法和设备 1 常压厢式干燥以蒸汽或电能为热源 产生热风通过物料带走湿份而达到干燥的目的 厢式干燥器 一般为间歇操作 其结构简单 设备投资少 干燥时间长 干燥不均匀 热利用率低 劳动强度大 2 流化床干燥 优点 传热系数大 传热效果好 干燥速率较大 床层内温度较均匀 停留时间可根据湿物料的情况而定 产品的含水量低 干燥设备处理量大 结构简单 占地面积小 投资费用低 操作维修方便 缺点 对易黏结成团及易黏壁的物料处理困难 干燥过程发生摩擦 易使物料产生过多细粉 喷雾干燥器 3 喷雾干燥 红外线干燥器 4 红外线干燥器 红外线干燥器 利用红外辐射元件所发出来的红外线对物料进行直接加热 红外线辐射器产生的电磁波以光速辐射至被干燥物料 适用于大面积 物料表层的干燥 5 微波干燥微波是一种电磁波 属于介电加热干燥 微波干燥器 微波干燥器加热迅速 干燥速度快 控制灵敏 操作方便 加热均匀 热效率高 对含水分的物料有利 冷冻干燥 把含有大量水分的物料预先进行降温 冻结成冰点以下的固体 然后在高度真空条件下使水蒸气直接从固体中升华出来进行干燥 冷冻低温低压液体固体气体 升华 四 冷冻干燥 1 冷冻干燥原理 OA是冰 水平衡曲线 OB为冰 水蒸气平衡曲线 OC为水 水蒸气平衡曲线 O点为冰 水 汽的平衡点 水的三相图 冷冻干燥制品的优点 所得产品质地疏松 加水后迅速溶解 可避免药品因高热而分解变质 高真空工艺条件 使物料不易氧化 低温工艺条件使得挥发性组分损失