一步制粒又称喷雾制粒或流化床制粒,由于该设备能在一个容器内以沸腾形式进行混合、造粒、干燥的一步制粒工序,故又称为一步制粒机,在制药车间内也可与湿法制粒机连线使用,既可用于制粒后干燥,也可用于药品造粒及包衣。
一步制粒机的工作原理及分类:一步制粒机根据喷雾装置安装位置的不同分为:顶喷、底喷和切线喷三种方式(见图1),一步制粒机主要组成为一个密闭的料斗容器,粉状物料依次投入后在热气流的作用下呈循环流动,以此达到混合均匀的目的,同时喷入润湿剂或粘合剂,使粉末凝成疏松的小颗粒,同步开启加热后,热气流同时对颗粒做高效干燥,直到润湿剂或粘合剂加完,继续干燥至水分达到要求,以此实现在容器中一次完成混合、制粒、干燥三个工序。
图1 常见的三种不同的一步制粒机[1]:(1)一步制粒机顶喷装置;(2)一步制粒机底喷装置;(3)一步制粒切线喷装置
顶喷式一步制粒机的喷枪位置在物料运动的最高点,喷液方向与物料流动的方向一致,可避免物料将喷枪堵塞,适用于制粒;底喷式一步制粒机的喷枪位置在物料运动的最低点,喷液方向也与物料运动方向一致,适用于包衣;切线喷一步制粒的喷枪装在容器壁上,为保证喷雾均匀,底部通常配有旋转转盘使物料除上、下运动外,还有旋转运动形成螺旋状运动,适用于制粒、制微丸。
一步制粒的关键参数:
(1)载料量:载料量需根据物料的松密度与设备的有效容积相匹配,物料过多,若物料不能被吹起,无法形成有效的环状流化,则容易塌床;物料过少同样不可取,进入机内的热空气会从物料间隙排出,同样无法形成有效的环状流化。载料量控制在合适的范围内是工序正常开展的第一条件。
(2)物料粒度:确定料斗适合的载料量后,物料粒度同样是是否适用一步制粒的关键因素,由于物料进入流化床后仅靠自身悬浮流化进行预混合,外力干扰较小,若主药、辅料流动性差、结团等,则需在投料前进行预处理。此外,若主药与辅料的比重或粒度相差太大,也会造成混合不均匀及流化分层现象,影响产品中间体颗粒含量均匀度甚至成品质量。
(3)喷雾速度:喷雾速度通常通过外置的蠕动泵调节,喷雾速度取决于蠕动泵转速、连接管的直径、喷枪口的直径等多种因素。通常只需确定连接管的直径与喷枪口直径调节蠕动泵转速即可。通过制得颗粒的状态来判断合适的喷雾速度,粘合剂的喷雾速度增大时,加入的液体流量增大对物料的润湿能力和渗透能力增强,制得的颗粒直径更大,若粘合剂粘性较高,在物料流化过程中颗粒还会继续长大结成疏松的块。喷雾速度降低,颗粒会更细小均匀,但可能细粉增多,制粒也需要更长时间生产效率降低。
(4)喷雾压力:喷雾压力决定了液滴雾化的大小,雾化压力越大,雾滴越小雾化面积越大,可能会导致雾滴未与粉末接触润湿形成颗粒便提前被蒸发干燥,制得的粒细小均匀但细粉多;降低雾化压力,液滴增大颗粒粒度也随之增加,易产生少量大颗粒,进一步还会降低干燥的效率。
(5)风量:风量的控制需根据载料量调节在合理范围内,保证物料形成有效的流化状态。若风量过大物料粉末被吹起,对于较轻有吸附性的或粒度较小的物料会一直在流化床的上方,无法均匀的与粘合剂接触,使制得的颗粒不均匀;风量太大还会降低物料温度,从而延长制粒时间,并会带走部分细粉组分也未可知。风量小能观察到一部分物料堆积在料斗底部,流化状态不好颗粒粒度也会不均匀,风量过小还会有塌床风险。
(6)进风温度:进风温度根据润湿剂沸点和物料熔点选择合适的进风温度,若进风温度过高,一方面,粘合剂在雾化时即被干燥则无法成粒。另一方面,造成料斗内局部温度过高大于物料的熔点,则会引起结块现象;进风温度设置较低时,粘合剂与颗粒接触时间长,制得的颗粒直径会变大,颗粒也会更硬实。若设置温度过低,物料过湿不能保持流化状态则有塌床风险。
以上参数往往不是单独对颗粒造成影响,而是相互影响,根据品种特点选择最佳工艺参数范围。
常见问题与采取措施:一步制粒工艺中常见的问题:①中间体含量偏高或偏低,分析有两种情况,一种物料较轻随气流损耗或吸附在容器壁或滤袋,另外是一种是水分导致含量发生变化。采取措施:适当增加布袋抖袋频率,监测投料与出料前后水分变化。②塌床现象,分析可能是工艺参数不合理,如喷雾速率过快物料过湿或风量不足。采取措施:加强对生产过程的监测,物料流化状态不好应停止喷雾,调整参数并检查原因。③床层负压高,分析原因是细粉随出风口排出,增加过滤除尘器工作负担。采取措施:检查抖袋是否完好,如有破损则不能使用,此外,清理高效除尘器细粉。④颗粒色泽不均一,分析可能是物料未混合均匀或喷头喷液不均匀。采取措施:投料后预留足够时间使物料混合均匀后再喷液,检查喷头完好性和调整喷头位置。
一步制粒的优势是能够简化操作,减少硬件设备,提高生产效率优化资源的配置,且获得的中间体颗粒更均匀;缺点是对物料有要求适用性有限。
参考资料
[1]高鸿慈,张先洲.实用片剂制备技术[M].北京:化学工业出版社,2014:62-63