Fitzpatrick公司干法制粒機的動態(tài)觀察與探討

姬杰瑋

（中國藥科大學(xué)醫(yī)藥發(fā)展研究中心，江蘇南京210009）

0 引言

制粒是為改善粉末流動性而使較細顆粒團聚成粗粉團粒的工藝。幾乎所有的固體制劑在制備過程中都要先經(jīng)過制粒的工序，所制成的顆粒可以是最終產(chǎn)品如顆粒劑，也可以是中間產(chǎn)品如片劑。通過制?？梢苑乐垢鞒煞值碾x析，調(diào)整堆積密度，改善溶解性能。另外，在片劑的生產(chǎn)中制?？梢愿纳破瑒┥a(chǎn)中壓力的均勻傳遞，而且制粒還可以防止粉塵飛揚及器壁黏附，避免污染和交叉污染，以及避免造成原料損失，有利于GMP的管理。

在醫(yī)藥生產(chǎn)中廣泛用于制粒的方法主要有3大類：濕法制粒、噴霧制粒和干法制粒。下面以美國Fitzpatrick公司生產(chǎn)的IR520 Chilsonator輥壓干法制粒機為例，介紹干法制粒的最新技術(shù)發(fā)展。該制粒機外形如圖1所示。

1 設(shè)備特性

Fitzpatrick公司生產(chǎn)的IR520 Chilsonator輥壓干法制粒機滿足美國cGMP的設(shè)計要求，滿足美國聯(lián)邦法規(guī)第21章第11款關(guān)于電子標簽和電子簽名的要求。同時，該設(shè)備還具有以下特性：（1）可以與眾多的功能和選項進行配置，處理各種各樣的應(yīng)用程序。（2）可選擇就地清洗。（3）便攜式：IR520可以作為一個獨立的或便攜的機器安裝，它的所有技術(shù)組件是封閉和可分離的，所有的控制是獨立的。（4）入墻設(shè)計：可以將設(shè)置在操作室與產(chǎn)品相接觸的部件和在技術(shù)室的機械部件分離開來。

2 設(shè)備結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

IR520 Chilsonator輥壓干法制粒機的生產(chǎn)流程是首先將原輔料投入進料系統(tǒng)，經(jīng)軋輥壓實成片，通過篩選器制粒，最后得到產(chǎn)品進入接收容器，整個過程是自動化控制的。一臺Chilsonator輥壓干法制粒機主要包括以下幾個部分：

2.1.1 進料系統(tǒng)

進料系統(tǒng)是該設(shè)備最突出的地方，F(xiàn)itzpatrick進料系統(tǒng)包括一個進料斗、一個水平進料螺桿和一個垂直預(yù)壓縮螺桿。如圖2所示。

垂直螺桿的作用是提供一個相對緩慢的速度來壓縮原料使夾帶的空氣能夠溢出，并且對在軋輥的輥隙區(qū)的脫氣材料施加壓力。此進料系統(tǒng)擁有的產(chǎn)品特性范圍更廣，如允許設(shè)備以適應(yīng)變化的堆積密度和曝氣特性的處理。在極端的情況下，還有一個可選的真空系統(tǒng)，以協(xié)助再脫氣。

2.1.2 產(chǎn)品封閉系統(tǒng)和N2惰化系統(tǒng)（可選）

產(chǎn)品密封系統(tǒng)（PCS）被設(shè)計成可以完全覆蓋于生產(chǎn)過程中產(chǎn)品和后續(xù)壓片機進料部分。由于它獨特的過濾器和真空系統(tǒng)使設(shè)備的出料口和后續(xù)壓片機進料部分之間的連接是密閉的。

PCS系統(tǒng)包括以下優(yōu)點：防止產(chǎn)品污染；最小的產(chǎn)品損失。同時，PCS系統(tǒng)還可以與N2惰化系統(tǒng)相結(jié)合，能夠最大限度地減少產(chǎn)品與氧氣接觸概率和發(fā)生爆炸的風(fēng)險。

2.1.3 自動化控制系統(tǒng)

自動化控制系統(tǒng)設(shè)計有優(yōu)良的操作接口和數(shù)據(jù)監(jiān)測以提供最佳的過程控制。操作接口能夠以圖片形式從操作界面查看操作參數(shù)和機器狀態(tài)信息。

該自動化控制系統(tǒng)包括以下特點：（1）故障在線診斷功能；（2）訪問限制功能；（3）維護和校準程序；（4）輥縫控制；（5）歷史趨勢；（6）生成報告；（7）報警管理；（8）滿足聯(lián)邦法規(guī)第21章第11款關(guān)于電子標簽和電子簽名的要求。

自動化控制系統(tǒng)還可根據(jù)客戶指定標準來設(shè)計控制，這包括特殊的選項，如防爆執(zhí)行和特殊的電壓要求。

2.1.4 軋輥

該設(shè)備可以有各種軋輥表面，設(shè)備的懸臂設(shè)計也使軋輥易于更換，這種方便的功能使IR520適用于實驗室和小型生產(chǎn)裝置。軋輥表面的紋理和配置在壓實粉末的效率和產(chǎn)率方面有顯著的效果。該設(shè)備主要有2種軋輥表面，如圖3所示。一種是光滑表面，圓周的或有凸邊皺狀花紋的；另一種是有軋輥軸線方向凹凸相間的花紋的。

2.1.5 制粒機

制粒機通過選擇和配置不同的制粒葉片，如圖4所示，可以滿足客戶所需的顆粒分布。在選擇工作參數(shù)上主要包括3點：葉片形狀、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和篩孔尺寸。

2.1.6 低容量的進料系統(tǒng)（可選）

這個可選的系統(tǒng)允許用于處理少至50 g，多至2 kg的容量，而且能保證最小的損失。此功能非常適合用于研究和發(fā)展的要求，所得到的結(jié)果可用于擴展到標準IR520或更大的Chilsonators的生產(chǎn)。

2.2 工作原理

2.2.1 輥壓

壓實的基本概念是對兩個旋轉(zhuǎn)輥之間的粉末施加一定的壓力，通過該區(qū)域的最大的壓力使體積減小，材料形成固體壓塊或片。壓實過程的控制因素有軋輥表面、直徑、圓周速度、分離力或壓力、進料螺桿的設(shè)計和被加工材料的基本壓實特性。

如圖5所示的是致密化過程的幾何形狀。在滑移區(qū)域中，由于兩個軋輥朝向彼此打開，所以原料向下移動的速率小于輥的表面速度。在輥隙區(qū)域中，原料以和輥表面相同的速度移動，在兩個輥子的中心之間具有最大的壓力。兩輥之間施加于原料上的壓力由液壓缸提供。液壓缸對于可以水平移動的浮動輥的作用是取決于進料的體積和被施加的壓力。

2.2.2 制粒

FitzMill制粒機的設(shè)計具有很大的靈活性，主要有3個變量，分別是：葉片形狀、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和篩孔尺寸。在腔室內(nèi)轉(zhuǎn)子的葉片鋒利面適用于粗大顆粒，較平緩面適用于更細的顆粒。該轉(zhuǎn)子是可逆的，并允許使用雙刮刀。通過選擇在該轉(zhuǎn)子與該電機上的帶驅(qū)動單元的皮帶輪的直徑能夠固定速度，還可以提供用于變速度的階梯式遞變的皮帶輪或變頻器。高速用于精磨，慢速則用于較粗大的顆粒。在開放的腔室中的篩選器是一個穿孔的金屬網(wǎng)板，以適應(yīng)腔室的輪廓選擇的形狀，如圖6所示。

3 結(jié)語

Fitzpatrick機器被設(shè)計成快速拆卸和清潔，以滿足衛(wèi)生和cGMP要求。IR520 Chilsonator輥壓干法制粒機拆卸方便，堅固的不銹鋼部件易于清理，而且不必擔心損壞，所有部件的設(shè)計都是無死角。同時，徹底的檢查也和部件重組一樣簡單，可選的就地清洗系統(tǒng)可有效消除拆卸過程中的粉塵接觸，也優(yōu)于徹底清洗。IR520 Chilsonator輥壓干法制粒機同樣具有精確的可重復(fù)的結(jié)果，使設(shè)備成為最關(guān)鍵的應(yīng)用程序的理想選擇。（*導(dǎo)師、通訊作者：梁毅）

［1］梁毅.新版GMP教程［M］.北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2011