原料粉与下粉机构主关件对分装机运行性能的影响探析

摘

要：以螺杆式分装机为例，结合分装机工作原理与结构简介，分析了原料粉特性与分装的关系，着重探讨了螺杆、搅拌器、漏斗这三个下粉机构零件对分装机运行性能的影响，同时提出了提高分装机运行性能的对策。关键词：分装机；运行性能；原料粉特性；螺杆；搅拌器；漏斗

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引言分装机作为小容量注射剂生产的重要设备之一，其作用是将无菌原料粉定量分装在经过灭菌干燥的抗生素瓶内，并盖紧胶塞，使瓶密封，同时应确保分装量及装量差异能够满足我国药典要求。除需满足法规要求外，分装机的运行性能关键点是装量差异与粉剂的适应性。本文以最常见的螺杆式分装机为例，从分装机工作原理与结构简介入手，研究原料粉特性与分装的关系，着重探讨螺杆、搅拌器、漏斗这三个下粉机构主关件对分装机运行性能的影响，并就如何提高分装机运行性能提出对策。

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分装机工作原理与结构简介1.1

分装机工作原理抗生素瓶由隧道烘箱送入→缓冲转盘进入分装机→大龙（或联用小龙）→供瓶转盘进瓶→螺杆定量分装→充氮保护→扣胶塞压入→轨道传送出瓶→大龙（或联用小龙）→缓冲转盘进入轧盖机。螺杆式分装机的计量原理：利用下粉机构中螺杆的螺旋槽为计量容腔，并利用螺杆的间歇转动将粉剂装入抗生素瓶内。1.2

分装机及其下粉机构分装机下粉机构如图1所示。其主要由视粉罩、伺服电机、小嘴巴（传感器轴套）、漏斗、搅拌器、螺杆（螺旋轴、下粉螺杆连接轴）等组成。2

原料粉特性与分装的关系在探讨分装机运行性能时，有必要对所分装的无菌原料药作一研究。2.1

无菌原料粉制备方式分装机所使用的无菌原料粉制备方式有溶媒法、喷雾干燥法与冷冻干燥法三种。2.1.1

溶媒法溶媒法是一种通过溶媒将溶液结晶或重结晶，经固液分离、过滤洗涤、真空干燥等过程得到原料粉的方法。2.1.2

喷雾干燥法喷雾干燥法是一种将溶液等形态的浆料，经过雾化器雾化成液滴，液滴群与高温热风接触后水分迅速蒸发，在极短时间内得到原料粉的方法。2.1.3

冷冻干燥法冷冻干燥法是指通过温度下降到药液共晶点以下，并保持一段时间达到完全冻结，此后在一定的真空度和温度下对冻成固体的药液进行缓慢加热，除去产品中90%左右的水分，最后提高真空度，以除去产品中残存的水分。2.2

原料粉特性与分装性能被分装的无菌原料粉的晶型、流动性、比容、休止角、颗粒大小和均匀度等一系列粉体特性都会对分装计量的精确性造成影响[1]。不同原料粉制备方式所呈现的特点如表1所示。在分装规格相同的情况下，若原料粉呈球形、颗粒小、颗粒均匀、休止角小、颗粒流动性好、比容值小等，则属流动性好的物料，易于分装和控制装量精度。反之，则难以分装和控制装量精度。其中，比容值是指单位质量的物质所占有的容积。表1所列的不同原料粉制备方式中，分装性能优先排序为：喷雾干燥法制备原料粉＞冷冻干燥法制备原料粉＞溶媒法制备原料粉。需说明的是，以上原料粉的比较均基于未经过粉碎或混合等处理。认为：比容值小于2.05cm3/g或大于3.1cm3/g、休止角正弦值大于1.31的无菌原料粉不适合采用现有规格的螺杆和漏斗嘴进行分装。认为：当堆密度＞450mg/mL时，原料粉易于分装和控制装量精度；当堆密度＜350mg/mL时，难以分装和控制装量精度。这说明比容值与堆密度成倒数关系，其数据接近。2.3

原料粉特性与生产环境生产环境对分装机运行性能的主要影响因素是湿度，由于原料粉具有吸湿性，湿度越大，则含水量越高，相应黏滞性越大，其流动性也越差，不利于分装机的正常运行。

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分装机“三大零件”对分装运行性能的影响在分装机的运行过程中，决定其运行性能的重要部件是下粉机构，而下粉机构中的“三大零件”，即螺杆、搅拌器、漏斗对分装性能影响极大。然而，国内相关制造商对螺杆、搅拌器、漏斗的结构研究甚少，这些零件的结构与型式单一。以往操作者只注意螺杆，而不考虑其他零件的相应调整，以致于分装机时常出现以下情况：（1）发生漏粉或下粉困难等现象，从而影响装量准确性；（2）在下粉过程中时常会发生原料粉在螺杆头部螺旋处粘结的现象，影响正常生产；（3）在额定生产速度下无法有效控制装量精度，只能降低速度运行；（4）有时螺杆与粉剂摩擦产生高温，引起粉剂物理和化学特性的变化，甚至影响产品质量。因此，有必要探讨分装机的螺杆、搅拌器、漏斗对分装性能（本文主要讨论分装精度与可下粉性）的影响，并提出相应对策。3.1

螺杆螺杆式分装机是以螺杆的螺旋槽为计量容腔，利用螺杆的间歇转动将原料粉装入抗生素瓶内。目前，螺杆的螺旋面较多使用的是直线型和圆弧型组合螺旋面，这种螺旋面只能适用于一般的原料粉分装。螺杆的螺旋槽所形成的容腔体积与伺服电机间歇性转速乘积有关，螺杆只代表形成装量大小的一部分。在螺杆参数中，螺距至关重要，其与分装精度息息相关。在相同的螺杆转速下，螺距越大，装量越大，分装精度越低；螺距越小，装量越小，但分装精度越高。同样，在相同装量下，螺距越大，所需螺杆转动间歇的时间就越短，其分装速度（产量）也就越高。可以说，螺距在分装装量与精度上，只是一个相对参数。结合粉针生产的实际经验，推荐螺距与装量的关系如表2所示。螺杆按照头部螺旋槽的外形，可以分为柱形螺杆（图2）与锥形螺杆（图3）两种。其中：（1）国内大部分螺杆属柱形螺杆，这种螺杆由于制造方便，被国内大多数制造商所选用，其螺距与螺杆外径可随装量增大而增大，但不太适用于特别小的装量或特别爽滑的（比容值较大）物料。（2）图3所示的锥形螺杆，其螺杆头部呈倒锥形，在下粉过程中，锥形会产生一定的径向分力，能有效控制下粉量，特别适用于流动性较差和有粘附性的粉剂，能在确保装量精度的同时，确保生产产量[4]。3.2

搅拌器图4为各种螺杆搅拌器。纵观国内分装机中螺杆搅拌器的设计现状，大部分螺杆搅拌器的浆叶为三种形式：（1）两支圆棒组成的浆叶；（2）一支直棒与一支C形棒组成的浆叶，如图4（A）所示；（3）一支C形棒加开口圆圈组成的浆叶，如图4（B）所示。螺杆搅拌器与螺杆同向旋转。螺杆搅拌器的作用是控制漏斗内的原料粉在螺杆螺旋槽内的运动速度与方向，也可以说，螺杆搅拌器是调节分装机分装性能的纽带。现分析漏斗内螺杆搅拌器参与的下粉过程：（1）分装一般装量规格，且比容值大、休止角小、流动性好的原料粉时：螺杆搅拌器只需松动漏斗上部分的粉体，且维持漏斗上部分较平整。此时，螺杆搅拌器只需两支圆棒组成的浆叶，或图4（A）型浆叶。（2）分装比容值偏小、休止角大、流动性差且发黏的原料粉时：一般的螺杆搅拌器会产生大量原料粉粘结在螺杆头部的问题，严重时不能正常下粉。此时，可用图4（D）型浆叶，此种浆叶结构能起到在搅拌的同时让粉体向上翻动或递升的作用，从而减缓漏斗内原料粉向螺杆的螺旋槽挤压的速度，减少粘结倾向。如我司分装溶媒法制备的头孢替安原料粉时，就采用此种螺杆搅拌器。（3）高速运行分装装量大、比容值中等、休止角小、流动性极好的原料粉时：一般的螺杆搅拌器会产生漏斗底部与螺杆头部之间间歇断粉的问题，严重时装量精度不易控制。此时可用图4（C）型浆叶，此种浆叶结构能起到在搅拌的同时把原料粉向漏斗底部下压的传递作用。3.3

漏斗国内大部分分装机的漏斗属整体式，一般漏斗由漏斗本体与小嘴巴组成。其中，漏斗本体底孔直径尤为重要，一般漏斗本体底孔直径d=螺杆头部直径+2σ（单边间隙0.2～0.25mm）。其中，σ是分装装量精度指标，σ越小，分装装量精度越高。在下粉过程中，整体式漏斗的单边间隙值σ是定值。当原料粉的颗粒较大、流动性较差或装量规格大时，单边间隙取较大值，反之亦然。整体式漏斗有其局限性，当更换规格与品种时，需更换相应漏斗，使用极不方便。为了解决上述使用不便的问题，可制成组合式漏斗（图5），由漏斗本体、垫圈与小嘴巴组成。图中D为垫圈内径值，d为漏斗本体底孔内径，其中D≤d，D=d-2δ（δ为设定值，一般0～0.8mm）。每隔0.1mm设定δ值，可制成多个不同内径值的垫圈，当更换规格与品种时，只需更换相应设定值内径的垫圈。另外，垫圈内孔也可制成台阶形式，以适用于小装量规格的分装。4

提高分装机运行性能的对策为提高分装机的运行性能，可根据原料粉特性、装量要求的不同，合理利用好下粉机构中螺杆、搅拌器、漏斗的各自优势，或将它们进行组合。表3为分装机“三大零件”提高运行性能的对策。可以说，下粉机构中的螺杆、搅拌器、漏斗“三大零件”的作用是相辅相成、相得益彰的，不能小觑其中任何一个零件，其中一个结构的改变，将对分装运行性能起到“四两拨千斤”的作用，有时也需将“三大零件”进行优化组合，这些可由实物试车或操作经验所得。

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结语本