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一文了解制药行业中的粉体混合均化及混合机应

  制药工业中,常常需要用到粉体混合设备将两种或多种粉体进行混合,尤其是片剂、胶囊等固体制剂的制备。因为制药工业具有特殊性,所以在选择粉体混合设备时必须遵循一定的原则和要求,否则就无法发挥粉体混合设备的实效性。因此若要挑选合适的混合设备,就必须要对粉体混合设备的选用要点有相当的掌握。

  混合就是减少组分非均匀性的过程。所谓的粉体混合,就是将两种或两种以上的粉体物料混合成成分均匀的混合物。另外,物体混合操作还包括添加少量液体与粉体的均匀混合的过程。

  依粉体在混合运动过程的状态、混合操作的机理,归纳起来有3种基本运动形式:

  在粉体混合的过程中,对流、剪切、扩散3种混合机理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(混合特性如下图),但是各自的运动区域不同,而且会以一种混合类型为主。就医药工业常用的粉体混合设备来说,粉体混合的运动形式以对流为主,粉体的粒子会进行上下左右的移动。

  固体药物制剂产品往往由多种成分混合而成,如复方制剂或加入的药用辅料等。为了保证制剂中药物含量的均匀性,需对各个成分进行粉碎、过筛使成一定粒度的粉末之后进行混合。而药物混粉是否混合均匀,会直接影响有效成分在混粉中的分布状况,继而影响药效。

  粗大的粉体颗粒具有较好的压缩性,但成形性差;细小粉体颗粒成形性好,但压缩性差,因此大小颗粒适当的搭配,能改善粉体的填充型,提高粉体的压缩性和改善粉体的烧结性能。但是,粉体颗粒大小差异越大,越不易混合。细粉体易“搭桥”和相互黏附,妨碍颗粒的相互移动,不易均匀分散。

  松装密度差异越大,越不容易混合。松装密度小的轻粉易漂浮,混合时,始终漂浮于上方,很难混入较重粉的组元里,不易混合均匀。

  粉体流动性差,颗粒间相互粘附,不利于粉体相互穿插移动、对流,不易于其他粉体混合均匀。

  形态不规则、表面不光滑的粒子不易混合均匀,但易于保持均匀的混合状态;而表面光滑的球状颗粒由于其流动性过强容易分离出来。

  在空气状态比较干燥(如相对湿度小于40%)的状态下,粉体容易产生静电而聚集。

  除上述因素外,水分含量、脆碎性、休止角、结团性以及弹性等同样会影响粉体混合均化。

  粉体混合的设备很多,但是具体来说,粉体混合设备分为三种类型:复合型、回转型和多向型。这三种粉体混合设备的类型不同,特点也呈现出较大的差异性。

  原理:筒体在电机的带动下作均速旋转运动,由于筒体内壁焊有若干特制的抄板,物料在抄板的推动下,沿着筒壁作环向运动,形成物料上下、左右方向的运动。同时,由于抄板与筒体中轴线有一定的角度,使物料在筒体内能作前后方向的运动,使物质充分混合。

  摇滚混合机属复合型混合机,由料筒、两套料筒运动机构和安装该两套料筒运动机构用的上、下机架等部件组成。

  原理:混合桶一方面在圆周运动传动机构的带动下绕其对称轴作圆周运动,另一方面又在摇摆传动机构传动下绕一根与其对称轴正交的水平轴作摇摆运动,从而使料筒同时获得自转和摆动。同时,桶体内壁焊有抄板,可以使物料向空间抛撒,从而增加了径向的移动,使物料混合得更加充分。

  三维运动混合机属回转型,其由机座、驱动装置、万向摇臂机构、混料桶及电气柜等组成,其中驱动系统有一个主动轴和一个从动轴,每个轴都带有一个Y型万向节,二个万向节之间装有混料桶。

  原理:混合桶运动形态是在自转同时还进行公转,其将有四种运动的叠加,一是绕筒体中心轴作转动;二是筒体两端的上下运动;三是筒体两端左右运动;四是筒体平移运动。因此能使物料产生旋转滚动、平移和颠倒落体等复杂运动,从而产生交替脉冲和湍动,物料的能量变化梯度推动物料各质点处于不同运动状态,各质点的频繁扩散运动改变各自的位置,达到满意的混合。

  料斗(又称方锥)混合机由机架、回转体、驱动系统、提升系统、制动系统以及控制系统组成,具备了多向混合机的特点。

  原理:料斗混合机利用(方锥)料斗的翻转与左右(或单一)臂轴的角度,使物料回转时产生上下翻转、放大缩小、左右掺杂作用以达到均匀混合效果,同时回转体(料斗)与回转轴线成一夹角,使得混合过程中产生强烈的翻转和切向运动,达到理想的混合效果。

  V型混合机混合原理是利用物料反复分离与合一。其有2种:①对称型V型混合机,缺点是回转高度高、二桶体相关线拼焊焊缝上易造成死角和交叉污染、无法彻底清洗,同时其混合运动只有横向纵向流动,造成混合均匀时间过长等;

  ②不对称(长短桶体)V型混合机,容器二边高度不对称,其优点是运动时两边容器物料的周而复始地互相掺杂,达到良好混合效果,缺点是体积大、回转空间大、内部不易全抛光而形成死角、易造成交叉污染,但此种不对称V型混合机在制药工业中还有厂家在使用。

  双重圆锥型的运动方式只有单向运动,物料流动性差混合不彻底、混合效果不良,故现在制药工业一般不用。

  行星锥形混合机有单螺旋和双螺旋2种,其由锥体、螺旋杆、转臂及传动部分组成。混合时,螺旋杆在自转的同时也能公转。

  原理:螺旋杆自转将物料自下而上提升,形成沿壁上升的螺旋柱物料流,同时转臂带动螺旋杆公转使螺杆体外物料相应地混入螺旋柱物料流内,造成锥体内物料不断地混掺错位,并由锥形体中心汇入向下流动,使物料能在短时间内达到混合均匀。

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