粉碎原理与设备

第三章粉碎原理与设备中药制药设备全国中医药行业高等职业教育十二五规划教材在制药生产中，常需要将固体原药材或原药材提取物适度粉碎，以便以后生产。粉碎是药材前处理的重要操作单元。粉碎是借助机械力或其他方法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。粉碎技术直接关系到药品的质量和应用性能。第一节概述一、粉碎的含义：粉碎是机械力破坏物质分子间内聚力的过程，是机械能部分转变成表面能的过程。1、增加药物的表面积,促进药物的溶解与吸收;2、有利于制备各种剂型；3、加速药材有效成分的浸出；4、便于调配、服用和发挥作用；5、便于新鲜药材的干燥和贮存。二、粉碎的目的:粉碎过程常用的机械力有撞击、挤压、弯曲、研磨、剪切、劈裂、搓削等。三、粉碎过程作用力类型四、粉碎方法与粉碎机的类型中药以天然动、植物及矿物为主题，不同的中药有不同的组织结构和形状，生产工艺对粉碎度的要求也不相同，根据药物性质、生产要求及粉碎设备的性能，可采用不同的粉碎方法，如单独粉碎与混合粉碎、干法粉碎与湿法粉碎及低温粉碎、超微粉碎等。（一）粉碎的方法：（二）粉碎机的类型粉碎机机械式粉碎机气流粉碎机低温粉碎研磨机齿式粉碎机锤式粉碎机刀式粉碎机涡轮式粉碎机铣削式粉碎机压磨式粉碎机球磨机乳钵研磨机胶体磨（1）齿式粉碎机：由固定齿圈与转动齿盘的高速相对运行，对物料进行粉碎（含冲击、剪切、碰撞、摩擦等）的机器。

（2）锤式粉碎机：由高速旋转的活动锤击件与固定圈的相对运动，对物料进行粉碎（含锤击、碰撞、摩擦等）的机器。锤式粉碎机又分活动锤击件为片状件的锤片式粉碎机和活动锤击件为块状件的锤块式粉碎机。

（3）刀式粉碎机：由高速旋转的刀板（块、片）与固定齿圈的相对运动对物料进行粉碎（含剪切、碰撞、摩擦等）的机器。并带有分级功能的粉碎机器。

（4）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，对物料进行粉碎（含剪切、碰撞、摩擦等）的机器。

（5）压磨式粉碎机：由各种磨轮与固定磨面的相对运动，对物料进行碾磨性粉碎的机器。

（6）铣削式粉碎机：通过铣齿旋转运动,对物料进行粉碎的机器。1、机械式粉碎机机械式粉碎机是以机械方式为主进行粉碎的机械，它又分为：

（1）球磨机：由瓷质球体或不锈钢球体为研磨介质的机器。

（2）乳钵研磨机：由立式磨头对乳钵的相对运动，对物料进行研磨的机器。

（3）胶体磨：由成对磨体（面）的相对运动，对液固相物料进行研磨的机器。2、气流粉碎机是通过粉碎室内的喷嘴把压缩空气（或其他介质）形成气流束变成速度能量，促使物料之间产生强烈的冲击、摩擦达到粉碎的机器。3、低温粉碎机是经低温（最低温度-70℃）处理，对物料进行粉碎的机器。4、研磨机研磨机是通过研磨体、头、球等介质的运动对物料进行研磨，使物料研磨成超细度混合物的机器。它又分为：五、粉碎过程中的能耗假说物料的破碎是偶然的，很多颗粒受到的撞击力不足以使其破碎，而是在一个特别猛烈的作用力下才会破碎。有人认为，最有效的磨碎机只利用了不到1%的能量去破碎颗粒使其增加表面积，其余的能量则消耗于以下几个方面：（1）未破碎颗粒的弹性变形；（2）物料在粉碎室里的来回运转；（3）颗粒间的摩擦；（4）颗粒与粉碎机之间的摩擦；（5）发热；（6）振动和噪音；（7）传动机构和电机的无效耗费。六、影响粉碎的因素影响粉碎效果的因素可分为内在因素和外在因素，固体物料本身的性质是影响粉碎的主要因素，决定了粉碎作用力的选择，也决定了设备类型的选择。内在因素又可从宏观角度和微观角度来分析。（一）微观角度1、晶体药物：晶体药物具有一定的晶格，有相当的脆性，所选设备需要沿着晶体的结合面使其破碎成小晶体。2、非晶体药物：非晶体药物因其分子排列不规则当外界机械力施加时，药物因具有弹性发生变形而不易碎裂。（二）宏观角度1、硬度，即物料的坚硬程度，反映了物料对磨耗的抵抗性。2、脆性，反映了物料塑变区域的长短,脆性大,塑变区域小,易粉碎。3、韧性，韧性与脆性相反，受外力时虽然变形但不易折断。1、水分，一般认为水分越小越易于粉碎,水分>4%时粘着性增大。2、温度，温度升高不利于粉碎,物料变软变粘,甚至成分分解。3、粉碎度，粉碎度也称粉碎比，粉碎前粒径与粉碎后粒径之比。粉碎度越小，粉碎后的粒子越小。4、粉碎时间，随着粉碎时间的增加，物料粒度也越细，一定时间后细度将不再改变，及时排除细物料，有利于粉碎。5、粉碎方法，采用湿法粉碎比干法粉碎获得的物料更细一些。6、进料粒度，进料粒度过大，不宜喂料，不利粉碎，粒度过小，粉碎比减小，效率降低。7、进料速度，进料过快，不利粉碎。8、细粉的产生，细粉的产生，起到缓冲作用，不利粉碎，应及时排出。（三）外界因素万能粉碎机利用活动齿盘和固定齿盘间的高速相对运动，使被粉碎物经齿冲击，摩擦及物料彼此间冲击等综合作用获得粉碎。

第二节粉碎机械设备一、万能粉碎机1、结构万能粉碎机由机座、电机、加料斗、粉碎室、固定齿盘、活动齿盘、环形筛板、抖动装置、出料口等组成。固定齿盘与活动齿盘成不等径同心圆排列，对物料起粉碎作用。在粉碎过程中会产生大量粉尘，故设备一般都配有粉料收集和捕尘装置。万能粉碎机是以冲击力为主，伴有撕裂、研磨作用的粉碎设备。物料从加料斗经抖动装置进入粉碎室，靠活动齿盘高速旋转产生的离心力由中心部位被甩向室壁，在活动齿盘和固定齿盘之间受钢齿的冲击、剪切、研磨及物料间的撞击作用而被粉碎，最后物料到达转盘外壁环状空间，细粉经环形筛由底部出料，粗粉在机内重复粉碎。万能粉碎机.mp42、工作原理3、常见故障及排除方法4、特点与应用范围万能粉碎机结构简单，操作维护方便，粉碎强度大，适用于多种干燥物料的粉碎，如结晶性药物、非组织性脆性药物、植物药材的根、茎、叶等，但不宜粉碎含大量挥发性成分的物料、热敏性及粘性物料。二、柴田式粉碎机柴田式粉碎机属于机械冲击式粉碎机，既有高速旋转甩盘上打板的撞击力，又有打板棱角对物料的刀削力、摩擦力等多种破碎动力，是目前中药厂常用的粉碎设备。甩盘装在动力轴上，甩盘上有6块打板，主要起粉碎作用。挡板在甩盘和风扇之间，呈轮状附于主轴上，可以左右移动挡板盘调节挡板与甩盘、风扇之间距离，控制药粉的粗细（如向风扇风向移动药粉就细，向打板方向移动药粉就粗）和粉碎速度，但也有部分粉碎作用。风扇安装在出粉口一段，由3~6块风扇板制成，附于主轴上，借转动产生风力，使细粉自出料口经输粉管吹入药粉沉降器中，由下口放出药粉。柴田（锤击）式粉碎机.mp41、结构与原理柴田式粉碎机由机壳、加料斗、甩盘、打板、挡板、风扇、电动机等组成。柴田式粉碎机属于机械冲击式粉碎，具有效率高,粉碎比大，结构简单，运转稳定等特点。适合于中、软硬度物料的粉碎。这种粉碎机不仅具有冲击和摩擦两种粉碎作用，而且还具有气流粉碎作用。超细粉体产品冲击式粉碎机由于是高速运转，要产生磨损问题、发热问题，对热敏性物质的粉碎要注意采取适宜措施。2、特点和应用范围3、操作要点

（1）开动粉碎机前检查各部件安装是否牢固，拧紧螺丝；

（2）关闭粉碎室盖，开动机器空转至正常转动；

（3）由少至多逐渐添加药料进行粉碎；

（4）收集粉碎后的产品；

（5）粉碎完成后，必须在粉碎机内物料全部排出后方可停机；

（6）对粉碎产品进行包装并清场；

（7）更换产品时，应彻底清除机膛、沉降器及管路，以防造成交叉污染，保证物料质量。球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。是一种广泛使用的粉碎器械，特别适用于中药细料药的加工。三、球磨机球磨机的基本结构包括球罐、研磨介质、轴承及动力装置等。球罐一般呈圆柱形筒体，由铁、不锈钢或瓷制成，固定在轴承上，由电动机通过减速器带动旋转。研磨介质一般多为钢制或瓷制圆球，盛放于球罐内。1、结构由电机通过皮带轮带动罐体绕水平轴线回转，时罐体内的研磨介质被带到一定高度后由于重力作用抛落，物料借助圆球落下时的撞击、劈裂作用以及球与球之间、球与球罐壁之间的的研磨、摩擦从而被粉碎。2、工作原理球磨机工作原理.avi球磨罐体的回转速度是影响球磨机粉碎效果的主要因素。过缓和过快都无法让球磨介质向下抛落，达不到最佳粉碎效果。通常球磨机的转速在40~60转/分之间，正常工作转速下，研磨介质的落下角度为45°，对于难粉碎物料，可适当调节转速使落下角度至60°，以提高粉碎效率。另外研磨介质的粒径、大小配比、填充率以及被粉碎物料用量、浓度均会影响球磨机的粉碎效果。3、影响球磨机研磨效果的因素球磨机的粉碎程度高，适应性强，对多种类型物料如结晶性药物、引湿性药物、浸膏、挥发性药物以及贵重药物均可粉碎。球磨机即可干法粉碎，又可湿法粉碎，还可在无菌条件下进行粉碎和混合。设备有间歇式、连续式操作多种机型，结构简单，维修方便。密闭性好，无粉尘飞扬。能耗大，粉碎时间长，效率低。操作时噪音较大，并伴有较强的振动。4、特点及应用范围振动磨是目前常用的超微粉碎设备。筒体有单筒式、双筒式和三筒式；按其特点分为惯性式、偏旋式振动磨；按操作方法分为间歇式和连续式振动磨。四、振动磨振动磨由筒体、激振器（偏心轮）、支撑弹簧、挠性轴套、研磨介质及驱动电机等部件组成。机体上紧固有磨筒，并装配有激振器。磨机筒体通常采用优质无缝钢管，用以盛装研磨介质。激振器用以把电机的转动力矩转化为磨机的周期振动。产生振动磨所需的工作振幅，是由安装在主轴两端的偏心轮组成，偏心轮可在0~180°范围内进行调整。弹性支撑用以使磨机机体处于弹性状态，并基本隔绝机体振动时对底座的振动冲击。1、结构2、工作原理物料与研磨介质同装入弹簧支撑的磨筒内，电动机通过挠性轴套带动激振器中的偏心轮转轴，产生周期性的激振力，使磨机筒体在支撑弹簧上产生高频振动，磨机筒体获得近似圆的椭圆运动，通过研磨介质本身的高频振动、自转运动及旋转运动，使研磨介质之间、研磨介质与筒体内壁之间产生强烈的冲击、研磨、剪切等作用而对物料进行有效粉碎。振动膜主要技术参数及影响因素有：振动强度、振幅、振动频率、研磨介质形状、大小、填充率及研磨筒体尺寸等。振动磨超微粉碎.flv3、特点及应用范围（1）振动磨对于纤维状、高韧性、高硬度物料均可适用，粉碎能力较强；（2）振动磨既可干法粉碎，也可湿法粉碎；（3）封闭式结构、可通入惰性气体用于易燃、易爆、易氧化物料的粉碎；（4）可通过调节磨机筒体外壁夹套冷却水的温度和流量来控制粉碎温度。优点：振动磨是利用圆筒的高频振动，筒中的钢球或钢棒介质依靠惯性力冲击物料，因此具有结构紧凑、体积小、重量轻、能耗低、产量高、粉磨粒度集中、流程简化、操作简单、维修方便、衬板介质更换容易等优点。缺点：机械部件强度及加工要求高，振动噪音大。五、气流粉碎机气流粉碎机亦称流能磨，利用高速弹性流体（300-500m/s的压缩空气或惰性气体）作为粉碎动力，在高速气流作用下，使物料颗粒间相互激烈冲击、碰撞、摩擦，以及气流对物料剪切作用，进而达到超细粉碎，同时进行均匀混合。气流粉碎机与旋风分离器、除尘器、引风机组成一整套粉碎系统。压缩空气经过滤干燥后，通过拉瓦尔喷嘴高速喷射入粉碎腔，在多股高压气流的交汇点处物料被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎，粉碎后的物料在风机抽力作用下随上升气流运动至分级区，在高速旋转的分级涡轮产生的强大离心力作用下，使粗细物料分离，符合粒度要求的细颗粒通过分级轮进入旋风分离器和除尘器收集，粗颗粒下降至粉碎区继续粉碎。气流粉碎机组1、气流粉碎机的类型（1）对喷式气流粉碎机

物料通过螺旋进料器进入粉碎腔后，由数个相对设置的喷嘴喷汇出高速气流冲击能，及气流急速膨胀呈流化床悬浮沸腾而产生的碰撞、摩擦力对物料进行粉碎。气流粉碎机主要有一下几种类型：扁平式气流粉碎机、流化床对喷式气流粉碎机、循环管式气流粉碎机、对喷式气流粉碎机、靶式气流粉碎机。（2）扁平式气流粉碎机

作为粉碎动能的高压气流进入粉碎腔外围的稳压储气包作为气流分配站，该气流经过拉瓦尔喷嘴加速成超音速气流后进入粉碎磨腔，同时物料经文丘里喷嘴加速导入粉碎磨腔内进行同步粉碎。（3）循环管式气流粉碎机

环式气流粉碎机主要结构有加料斗、送料器、粉碎室、分级器、出料口、喷嘴等。原料由文丘里喷嘴加入粉碎腔，高压气流经一组喷嘴喷入不等径变曲率的跑道形循环管式粉碎腔，加速颗粒使之相互冲击、碰撞、摩擦而粉碎。循环管式气流粉碎机工作原理高压气体经一组研磨喷嘴加速后高速射入不等径跑道形循环式粉碎室，待粉碎物料经送料器进入高速气流中，由于管道内外径不同，因此气流及物料在管道内的运行轨迹、速度不同，致使颗粒之间、气体与颗粒之间、颗粒与器壁及其它部件之间相互产生强烈的冲击、剪切、摩擦作用，从而达到粉碎目的。在离心力的作用下，大颗粒靠外层运动，小颗粒靠内层运动，细颗粒达到一定细度后，在射流绕环形管道运动产生的向心力的作用下向内层聚集，最后由排料口排出机外，而粗颗粒则继续沿外层运动，在管道内继续循环被粉碎。（4）流化床式气流粉碎机流化床式气流粉碎机是压缩空气经拉瓦尔喷咀加速成超音速气流后射入粉碎区使物料呈流态化（气流膨胀呈流态化床悬浮沸腾而互相碰撞），因此每一个颗粒具有相同的运动状态。

（5）靶式气流粉碎机靶式气流粉碎机是利用高速气流携带物料冲击在各种形状的靶板上进行粉碎的设备。除了物料与靶板发生了强烈碰撞外，还发生物料与粉碎室壁多次的反弹粉碎，因此，粉碎力特别大，尤其适用于粉碎高分子聚合物、低熔点热敏性物料，以及纤维状物料。可根据原料性质和产品粒度的要求选择不同形状的靶板。气流粉碎机.mp4（1）产品细度均与，粒度分布较窄、颗粒表面光滑、颗粒形状规则、纯度高、活性大、分散性好。（2）产品受污染少。因为气流破碎机是根据物料的自磨原理而对物料进行粉碎，粉碎腔体对产品的污染少，因此特别适于药品等不允许被金属和其他杂质沾污的物料粉碎。（3）适合粉碎低熔点和热敏性材料及生物活动制品，因为气流粉碎机以压缩空气为动力，压缩气体在喷嘴处的绝热膨胀会使系统温度降低，所以工作过程中不会产生大量的热。（4）可在无菌状态下操作。（5）生产过程连续，生产能力大，自控、自动化程度高。

（6）实现联合操作。因为当用过热高压饱和蒸汽进行粉碎时，可同时进行物料的粉碎和干燥，并可作为混合机使用；物料在粉碎的同时，可喷入所需浓度的溶液，以此覆盖固体细颗粒，以形成包覆层和进行表面改性，因此，气流粉碎可与粉碎外表包覆及表面改性相结合。2、气流粉碎的的特点六、锤击式粉碎机由有带有衬板的机壳、高速旋转的旋转主轴（轴上安装有许多可自由摆动的T型锤）、加料斗、螺旋加料器、筛板以及产品排出口等组成。依靠高速运动的击锤和物料之间的相互摩擦、碰撞使物料粉碎。1—T形锤；2—加料斗；3—螺旋加料器；4—产品排出口；5—筛板适用于脆性、韧性物料以及中碎、细碎、超细碎等的粉碎要求，不适合于粘性物料的粉碎。七、电动乳钵、冲钵（捣桶）、铁碾船八、胶体磨胶体磨由不锈钢、半不锈钢胶体磨组成，胶体磨的基本原理是——流体或半流体物料通过高速相对连动的定齿与动齿之间，使物料受到强大的剪切力，磨擦力及高频振动等作用，有效地被粉碎、乳化、均质、温合，从而获得满意的精细加工的设备。相对于压力式均质机，胶体磨首先是一种离心式设备，它的优点是结构简单，设备保养维护方便，适用于较高粘度物料以及较大颗粒的物料。它的主要缺点也是由其结构决定的。首先，由于作离心运动，其流量是不恒定的，对应了于同粘性的物料其流量变化很大。胶体磨的特点九、羚羊角粉碎机专利产品——齿轮锉它是上部为进料斗，下部为机箱，机箱下有摆动筛，箱内有齿轮，多片齿轮贯穿在一根传动轴上，与贯穿在另一传动轴上对应位置的齿轮啮合，上述齿轮的齿上带牙尖，齿轮内有径向压力弹簧，弹簧内为传动轴，上述弹簧的外缘连齿轮，内缘连传动轴；箱外主传动轴的齿轮与另一传动轴的同齿数齿轮啮合，主传动轴经减速器连电机。本装置效率高，同原料、同细度、