原料粉與下粉機構主關件對分裝機運行性能的影響探析

摘

要：以螺桿式分裝機為例，結合分裝機工作原理與結構簡介，分析了原料粉特性與分裝的關系，著重探討了螺桿、攪拌器、漏斗這三個下粉機構零件對分裝機運行性能的影響，同時提出了提高分裝機運行性能的對策。關鍵詞：分裝機；運行性能；原料粉特性；螺桿；攪拌器；漏斗

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引言分裝機作為小容量注射劑生產(chǎn)的重要設備之一，其作用是將無菌原料粉定量分裝在經(jīng)過滅菌干燥的抗生素瓶內(nèi)，并蓋緊膠塞，使瓶密封，同時應確保分裝量及裝量差異能夠滿足我國藥典要求。除需滿足法規(guī)要求外，分裝機的運行性能關鍵點是裝量差異與粉劑的適應性。本文以最常見的螺桿式分裝機為例，從分裝機工作原理與結構簡介入手，研究原料粉特性與分裝的關系，著重探討螺桿、攪拌器、漏斗這三個下粉機構主關件對分裝機運行性能的影響，并就如何提高分裝機運行性能提出對策。

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分裝機工作原理與結構簡介1.1

分裝機工作原理抗生素瓶由隧道烘箱送入→緩沖轉盤進入分裝機→大龍（或聯(lián)用小龍）→供瓶轉盤進瓶→螺桿定量分裝→充氮保護→扣膠塞壓入→軌道傳送出瓶→大龍（或聯(lián)用小龍）→緩沖轉盤進入軋蓋機。螺桿式分裝機的計量原理：利用下粉機構中螺桿的螺旋槽為計量容腔，并利用螺桿的間歇轉動將粉劑裝入抗生素瓶內(nèi)。1.2

分裝機及其下粉機構分裝機下粉機構如圖1所示。其主要由視粉罩、伺服電機、小嘴巴（傳感器軸套）、漏斗、攪拌器、螺桿（螺旋軸、下粉螺桿連接軸）等組成。2

原料粉特性與分裝的關系在探討分裝機運行性能時，有必要對所分裝的無菌原料藥作一研究。2.1

無菌原料粉制備方式分裝機所使用的無菌原料粉制備方式有溶媒法、噴霧干燥法與冷凍干燥法三種。2.1.1

溶媒法溶媒法是一種通過溶媒將溶液結晶或重結晶，經(jīng)固液分離、過濾洗滌、真空干燥等過程得到原料粉的方法。2.1.2

噴霧干燥法噴霧干燥法是一種將溶液等形態(tài)的漿料，經(jīng)過霧化器霧化成液滴，液滴群與高溫熱風接觸后水分迅速蒸發(fā)，在極短時間內(nèi)得到原料粉的方法。2.1.3

冷凍干燥法冷凍干燥法是指通過溫度下降到藥液共晶點以下，并保持一段時間達到完全凍結，此后在一定的真空度和溫度下對凍成固體的藥液進行緩慢加熱，除去產(chǎn)品中90%左右的水分，最后提高真空度，以除去產(chǎn)品中殘存的水分。2.2

原料粉特性與分裝性能被分裝的無菌原料粉的晶型、流動性、比容、休止角、顆粒大小和均勻度等一系列粉體特性都會對分裝計量的精確性造成影響[1]。不同原料粉制備方式所呈現(xiàn)的特點如表1所示。在分裝規(guī)格相同的情況下，若原料粉呈球形、顆粒小、顆粒均勻、休止角小、顆粒流動性好、比容值小等，則屬流動性好的物料，易于分裝和控制裝量精度。反之，則難以分裝和控制裝量精度。其中，比容值是指單位質量的物質所占有的容積。表1所列的不同原料粉制備方式中，分裝性能優(yōu)先排序為：噴霧干燥法制備原料粉＞冷凍干燥法制備原料粉＞溶媒法制備原料粉。需說明的是，以上原料粉的比較均基于未經(jīng)過粉碎或混合等處理。認為：比容值小于2.05cm3/g或大于3.1cm3/g、休止角正弦值大于1.31的無菌原料粉不適合采用現(xiàn)有規(guī)格的螺桿和漏斗嘴進行分裝。認為：當堆密度＞450mg/mL時，原料粉易于分裝和控制裝量精度；當堆密度＜350mg/mL時，難以分裝和控制裝量精度。這說明比容值與堆密度成倒數(shù)關系，其數(shù)據(jù)接近。2.3

原料粉特性與生產(chǎn)環(huán)境生產(chǎn)環(huán)境對分裝機運行性能的主要影響因素是濕度，由于原料粉具有吸濕性，濕度越大，則含水量越高，相應黏滯性越大，其流動性也越差，不利于分裝機的正常運行。

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分裝機“三大零件”對分裝運行性能的影響在分裝機的運行過程中，決定其運行性能的重要部件是下粉機構，而下粉機構中的“三大零件”，即螺桿、攪拌器、漏斗對分裝性能影響極大。然而，國內(nèi)相關制造商對螺桿、攪拌器、漏斗的結構研究甚少，這些零件的結構與型式單一。以往操作者只注意螺桿，而不考慮其他零件的相應調整，以致于分裝機時常出現(xiàn)以下情況：（1）發(fā)生漏粉或下粉困難等現(xiàn)象，從而影響裝量準確性；（2）在下粉過程中時常會發(fā)生原料粉在螺桿頭部螺旋處粘結的現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)；（3）在額定生產(chǎn)速度下無法有效控制裝量精度，只能降低速度運行；（4）有時螺桿與粉劑摩擦產(chǎn)生高溫，引起粉劑物理和化學特性的變化，甚至影響產(chǎn)品質量。因此，有必要探討分裝機的螺桿、攪拌器、漏斗對分裝性能（本文主要討論分裝精度與可下粉性）的影響，并提出相應對策。3.1

螺桿螺桿式分裝機是以螺桿的螺旋槽為計量容腔，利用螺桿的間歇轉動將原料粉裝入抗生素瓶內(nèi)。目前，螺桿的螺旋面較多使用的是直線型和圓弧型組合螺旋面，這種螺旋面只能適用于一般的原料粉分裝。螺桿的螺旋槽所形成的容腔體積與伺服電機間歇性轉速乘積有關，螺桿只代表形成裝量大小的一部分。在螺桿參數(shù)中，螺距至關重要，其與分裝精度息息相關。在相同的螺桿轉速下，螺距越大，裝量越大，分裝精度越低；螺距越小，裝量越小，但分裝精度越高。同樣，在相同裝量下，螺距越大，所需螺桿轉動間歇的時間就越短，其分裝速度（產(chǎn)量）也就越高?？梢哉f，螺距在分裝裝量與精度上，只是一個相對參數(shù)。結合粉針生產(chǎn)的實際經(jīng)驗，推薦螺距與裝量的關系如表2所示。螺桿按照頭部螺旋槽的外形，可以分為柱形螺桿（圖2）與錐形螺桿（圖3）兩種。其中：（1）國內(nèi)大部分螺桿屬柱形螺桿，這種螺桿由于制造方便，被國內(nèi)大多數(shù)制造商所選用，其螺距與螺桿外徑可隨裝量增大而增大，但不太適用于特別小的裝量或特別爽滑的（比容值較大）物料。（2）圖3所示的錐形螺桿，其螺桿頭部呈倒錐形，在下粉過程中，錐形會產(chǎn)生一定的徑向分力，能有效控制下粉量，特別適用于流動性較差和有粘附性的粉劑，能在確保裝量精度的同時，確保生產(chǎn)產(chǎn)量[4]。3.2

攪拌器圖4為各種螺桿攪拌器。縱觀國內(nèi)分裝機中螺桿攪拌器的設計現(xiàn)狀，大部分螺桿攪拌器的漿葉為三種形式：（1）兩支圓棒組成的漿葉；（2）一支直棒與一支C形棒組成的漿葉，如圖4（A）所示；（3）一支C形棒加開口圓圈組成的漿葉，如圖4（B）所示。螺桿攪拌器與螺桿同向旋轉。螺桿攪拌器的作用是控制漏斗內(nèi)的原料粉在螺桿螺旋槽內(nèi)的運動速度與方向，也可以說，螺桿攪拌器是調節(jié)分裝機分裝性能的紐帶?，F(xiàn)分析漏斗內(nèi)螺桿攪拌器參與的下粉過程：（1）分裝一般裝量規(guī)格，且比容值大、休止角小、流動性好的原料粉時：螺桿攪拌器只需松動漏斗上部分的粉體，且維持漏斗上部分較平整。此時，螺桿攪拌器只需兩支圓棒組成的漿葉，或圖4（A）型漿葉。（2）分裝比容值偏小、休止角大、流動性差且發(fā)黏的原料粉時：一般的螺桿攪拌器會產(chǎn)生大量原料粉粘結在螺桿頭部的問題，嚴重時不能正常下粉。此時，可用圖4（D）型漿葉，此種漿葉結構能起到在攪拌的同時讓粉體向上翻動或遞升的作用，從而減緩漏斗內(nèi)原料粉向螺桿的螺旋槽擠壓的速度，減少粘結傾向。如我司分裝溶媒法制備的頭孢替安原料粉時，就采用此種螺桿攪拌器。（3）高速運行分裝裝量大、比容值中等、休止角小、流動性極好的原料粉時：一般的螺桿攪拌器會產(chǎn)生漏斗底部與螺桿頭部之間間歇斷粉的問題，嚴重時裝量精度不易控制。此時可用圖4（C）型漿葉，此種漿葉結構能起到在攪拌的同時把原料粉向漏斗底部下壓的傳遞作用。3.3

漏斗國內(nèi)大部分分裝機的漏斗屬整體式，一般漏斗由漏斗本體與小嘴巴組成。其中，漏斗本體底孔直徑尤為重要，一般漏斗本體底孔直徑d=螺桿頭部直徑+2σ（單邊間隙0.2～0.25mm）。其中，σ是分裝裝量精度指標，σ越小，分裝裝量精度越高。在下粉過程中，整體式漏斗的單邊間隙值σ是定值。當原料粉的顆粒較大、流動性較差或裝量規(guī)格大時，單邊間隙取較大值，反之亦然。整體式漏斗有其局限性，當更換規(guī)格與品種時，需更換相應漏斗，使用極不方便。為了解決上述使用不便的問題，可制成組合式漏斗（圖5），由漏斗本體、墊圈與小嘴巴組成。圖中D為墊圈內(nèi)徑值，d為漏斗本體底孔內(nèi)徑，其中D≤d，D=d-2δ（δ為設定值，一般0～0.8mm）。每隔0.1mm設定δ值，可制成多個不同內(nèi)徑值的墊圈，當更換規(guī)格與品種時，只需更換相應設定值內(nèi)徑的墊圈。另外，墊圈內(nèi)孔也可制成臺階形式，以適用于小裝量規(guī)格的分裝。4

提高分裝機運行性能的對策為提高分裝機的運行性能，可根據(jù)原料粉特性、裝量要求的不同，合理利用好下粉機構中螺桿、攪拌器、漏斗的各自優(yōu)勢，或將它們進行組合。表3為分裝機“三大零件”提高運行性能的對策?？梢哉f，下粉機構中的螺桿、攪拌器、漏斗“三大零件”的作用是相輔相成、相得益彰的，不能小覷其中任何一個零件，其中一個結構的改變，將對分裝運行性能起到“四兩撥千斤”的作用，有時也需將“三大零件”進行優(yōu)化組合，這些可由實物試車或操作經(jīng)驗所得。

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結語本