搜索
挤出滚圆系统设备选型分析文中华重庆力谱制药机械有限公司摘要：介绍挤出滚圆微丸系统的设备种类，主要阐述其设备构成、工作流程、工艺特点。关键词：混合、挤出、滚圆、高粘度、热敏性挤出滚圆工艺以其高效、工艺可操作性强、重现性好、收率高等优势而在医药、化工、食品等含行业均得到广泛应用。挤出滚圆属于湿法挤压制粒范畴，使用的基本设备包括湿法混合机、挤出机和离心滚圆机，另外还有输送设备、计量设备、干燥设备等。在此对工艺中使用的基本设备做一简要描述，对各种设备进行分析，以方便用户进行相关设备选择。一、湿法混合机湿法混合机的种类繁多，适合做挤出滚圆混合用的设备要求混合均匀度高、混合得到的软材均匀性好，常用的主要由以下几种。1、槽型混合机槽型混合机用以混合粉状或糊状的物料，使不同质物料混合均匀。是卧式槽形单桨（或双桨）混合，搅抖桨为通轴式，便于清洗。与物体接触处全采用不锈钢制成，有良好的耐腐蚀性，混合槽可自动翻转倒料。槽型混合机是间歇式混合机，需手动翻转出料，混合有死角，操作也不很方便，已渐渐被其他设备取代。2、湿法混合制粒机湿法混合制粒机能一次完成混合加湿、制粒等工序，适用于制药、食品、化工等行业。它是符合药品生产GMP要示的先进设备。具有高效、优质、低耗、无污染、安全等特点。湿法混合制粒机生产效率高，全自动操作，是混合一般物料的理想设备。典型产品：德国GLATT、德国DIOSNA、中国625所、浙江明天机械等。3、捏合机捏合机是一种对高粘度及超高粘度的弹塑性物料进行混炼、捏合、破碎、分散及聚合成化工产品的设备；其功能全、品种多，应用十分广泛，特别适用于塑料、橡胶、硅橡胶、染料、颜料、油墨、食品胶基、医药药剂、建筑涂料、碳素、纤素等各行业。在挤出滚圆工艺中，用于对简单混合效果不理想的物料进行均匀混合。典型产品：德国LCI、英国CALEVA、德国IKA、莱州龙兴集团等。4、连续混（捏）合机连续混（捏）合机需配合连续定量供粉机、连续定量供液系统使用。其具有体积小、投资省、效率高、劳动强度低的优点，特别适合于大生产作业。连续混合机可与下游设备有效连接，中间不需要任何人位操作，产品无污染，运行费用低，是混合设备的发展方向。典型产品：德国LCI、美国ReadcoKurimotoLLC等。二、挤出机挤条机是将混（捏）合好的软材经挤压后通过模板成为条状物料的设备，挤条机的种类也很多，和挤出滚圆工艺相关的主要有单螺杆挤条机、异向相切型挤条机、异向啮合型挤条机、同向啮合型挤条机、旋压制粒机、摇摆制粒机、柱塞式挤出机等，本公司最近新开发一种低温升、小挤出孔、大生产量的行星辊轮旋压制粒机，是一种比较理想的几条设备。下面对这些设备做一简要介绍，让读者有一个初步了解。1、摇摆制粒机摇摆制粒机可以将混合的粉末状物制成颗粒，也可将块状的干料粉碎成所需的颗粒。适用于制药、化工、食品等行业批量生产。摇摆制粒机得到的条状颗粒输送，细粉较多，用于挤出滚圆工艺收率不高，但其价格便宜，也具有一定优势。2、旋压制粒机旋压制粒机是挤出滚圆工艺中比较理想的挤出设备，得到的产品密度高于摇摆制粒机，低于螺杆挤条机。旋压制粒机具有温升低、产量大的优点。典型产品：德国GEA集团的NICA系统，重庆帕泰克等。3、单螺杆挤出机单螺杆挤条机结构简单，使用方便，但其温升较大，主要用于小实验使用。其挤出方式有平板前挤出、周向侧挤出及半球头前挤出等。典型产品：英国CALEVA、德国LCI、德国GABLER、重庆英格造粒等。4、异向相切型双螺杆挤出机双螺杆挤出，螺杆螺棱相切，转向相反，挤出方式有平板前挤出、双球头前挤出及侧向挤出型等。该机产量大，物料适应性较好，是挤出滚圆工艺中使用较为普遍的设备。典型产品：德国LCI、重庆英格造粒等。5、异向啮合型双螺杆挤出机两根螺杆旋向相反，转向相向，其中一根螺杆的螺棱嵌入另一根螺杆的螺槽内。该机挤出压力大，进料顺利，主要用于需得到高致密度的物料挤出。挤出方式：平板前挤出。典型产品：华南理工大学、重庆力谱制药机械有限公司等。6、同向啮合双螺杆挤出机两根螺杆旋向一致，转向相同，其中一根螺杆的螺棱嵌入另一根螺杆的螺槽内。该机螺杆具有自清理能力，物料不会粘在螺杆上，物料适应性极好，对大多数物料均能顺利挤出。典型产品：德国GABLER，重庆力谱制药机械有限公司等。7、柱塞式挤出机依靠液压缸的动力或机械传递的动力利用柱塞将机筒内的物料强制由模板挤出，是一种很简单的挤出设备。柱塞式挤出机主要用于高密度物料实验，也可用于一些特殊物料的挤出，如高粘性物料。该机得到的产品致密度高，挤出质量好，有利于均匀排列成型。典型产品：重庆力谱制药机械有限公司、淄博悦诚等。8、行星辊轮旋压制粒机利用辊轮代替旋转制粒机的刮板，效率更高。工作中，辊轮既做自转运动，又做公转运动，对物料进行碾压并由筛孔挤出成型。辊轮有被动型辊轮和主动型辊轮两种，被动型辊轮随行星架公转，并在摩擦力的作用下自转；主动型辊轮采用行星运动原理，自转、公转均由齿轮传动，不存在滚轮不转的情况，效率更高。典型产品：英国CALEVA（被动型辊轮）重庆力谱制药机械有限公司（主动型辊轮，专利产品）三、离心滚圆机挤出机得到的条状物料在离心滚圆机内随转盘高速旋转，在滚圆机内存在以下几种力的作用：物料与转盘间的摩擦力、物料之间的摩擦力、物料与筒壁的摩擦力、滚圆齿对物料的切断力。物料被切断后，在几种摩擦力的作用下物料既作公转运动，自身也做自转翻滚运动，这种运动的结果即使软的条状颗粒最终球化成微丸。离心滚圆机的关键在于滚圆盘，滚圆盘的关键在于切断齿的形状。常用的有四棱台型方格齿、斜四面体尖齿型两种。1）、方格齿：比较通用的切断齿，适用于物料不是很紧密，粘性不是很大的物料。典型产品：德国LCI、GABLER、NICA、重庆英格造粒等。2）、尖齿：切断能力强，适用范围广，对高粘度物料液能有效切断并球化。典型产品：德国GLATT、重庆力谱制药机械有限公司等。四、针对不同要求选用混合机对一般物料，软材的制取采用湿法混合制粒机，该机混合均匀性好，速度快，自动出料，操作方便。对产量不大的场合，可采用槽型混合机。对简单混合不能有效分散的物料，与液体亲和性能不是很好的物料，需采用捏合机进行混合，以得到良好的混合软材。对产量较大，需连续生产的场合，可采用连续混合机。该机自动化程度高，但需配置定量送粉机、定量输液泵等辅助设施。五、针对不同物料选用挤出机常用物料根据挤出滚圆的工艺性考虑，可分为以下几种情况进行讨论：1、粘性：高粘性物料挤出性能好，但需要较大的挤出压力，最好采用单螺杆挤出机，小产量也可用柱塞式挤出机；低粘性物料，如含油脂的物料、含蜡质的物料，或高含水率的物料，一般挤出机不能有效建立挤出压力，必须使用同向啮合双螺杆挤出机。粘性适中的物料，一般挤出机均可胜任。2、含水（液）率：以含水率25～30%为一般物料，高于的成为高含水（液）率物料，低于的可称为低含水（液）率物料。含水率低，往往引起软材流动性不好，挤出需要很大的力量，可选用单螺杆挤出机及异向啮合双螺杆挤出机；含水率很高，物料易打滑，只能用同向啮合双螺杆挤出机。含水率一般的物料，可根据情况选用采用其他挤出机亦可。3、热敏性：以耐热50℃为界限，低于此线的为热敏性物料，其余为正常物料。单双螺杆挤出机挤出过程中均会产生较大热量，不适用于热敏性物料，这时最好用旋压制粒机，特别是行星辊轮旋压制粒机最为适合。4、软化点：以耐热60℃为界限，低于此温度计发生软化变稀的物料为低软化点物料，其余为正常物料。低软化点物料，在挤出时由于升温软化，螺杆挤出机中除同向啮合双螺杆挤出机外均不能正常工作，可采用同向啮合双螺杆挤出机、柱塞式挤出机、普通旋压制粒机、行星辊轮旋压制粒机等设备。5、塑性：干粉摩擦系数大的、与液体结合不好的物料得到的软材一般塑性不好，挤出过程中很容易因为摩擦升温影响挤出。对这种物料，螺杆挤出机均不适合（会引起极大温升），最好采用摇摆制粒机、普通旋压制粒机、行星辊轮旋压制粒机等。六、根据不同物料选用离心滚圆机1、高粘度物料：选用尖齿滚圆盘，转盘速度要快，以达到切断物料并成丸的目的。2、一般物料：采用方格齿滚圆盘，有效成丸而且不会产生太多细粉。3、与水分结合力弱物料：在离心力的作用下，水分会渗透到表面形成粘连，要求滚圆机上有添加干粉防粘的设施4、润湿剂易挥发的物料：乙醇等易挥发物料作为润湿剂，滚圆中易失去液体造成物料干燥无法滚圆，要求滚圆机上有喷液的设施并密闭运行。七、挤出滚圆实验设备的选择进行新产品开发时，都需要从小量产品开始；物料种类也比较多的情况下，最好选用适应能力比较强的设备。在此推荐一个挤出滚圆实验设备配置方案以供参考。1、挤出机：DE-40同向啮合双螺杆挤出机+RE-150行星辊轮旋压制粒机该机为重庆力谱制药机械有限公司推出的多功能挤出设备，一台设备上可实现两种挤出功能。之所以选用这个设备组合，在于同向啮合双螺杆挤出机物料适应能力最强，其挤出方式采用平板前挤出，挤出孔板更换方便。通过更换不同孔径、不同厚度的挤出板，可以得到不同大小、不同挤出密度的产品。行星辊轮旋压制粒机工作时温升低，挤出孔可以做的很小（最小可到0.2mm），有效弥补螺杆挤出的不足。选用这一组合，不同物料性质、不同挤出孔径范围大、不同挤出密度均可顺利进行。而且，同向啮合双螺杆挤出机的螺杆具有自清理作用，粘附在螺杆上的物料极少，只需很少的投料量即可正常工作。行星辊轮旋压制粒机挤出筛网为卧式安装，只需极少的投料量即可正常挤出（最少量可低至10g）。2、离心滚圆机：R250/120/80型多锅滚圆机R250/120/80型多锅滚圆机配有三套滚圆系统，其滚圆盘直径分别为250mm、120mm、80mm，投料量可低至5g，高至600g，可适应各种实验情况的滚圆使用。该机可根据用户需要配置方格齿和尖齿两种形式的滚圆盘，对各种物料均可适应。该机转速设置范围很大，最高可到6000rpm，以保证高粘度物料也可顺利切断滚圆。八、挤出滚圆工艺的放大根据实验结果选择大生产设备，尽量采用性能相近的混合机、挤出机、滚圆机。在这三种设备中，混合机的选择可放宽范围，只要能达到混合均匀要求均可使用。挤出机的选择较为关键，不同的挤出机得到的产品会有较大不同，特别是致密度方面，这会影响到药物的释放速度等性能，选择同类型挤出设备、长径比一致的挤出孔板是比较合理的。九、挤出滚圆大生产流程配置挤出滚圆生产过程，大致可分为间歇性生产和连续式生产两大类。1、间歇式生产：混合机、挤出机、滚圆机均独立工作，相互之间物料转运全靠人工，适合产量不是很大的场合使用。2、连续式生产：分为间歇混合挤出滚圆系统和连续混合挤出滚圆系统两种。间歇混合挤出滚圆系统流程示意图批次混合机，如湿法混合制粒机、槽型混合机等定量螺旋输送机挤出机，如各种螺杆挤出机、旋压挤出机等湿料缓冲仓计量料斗离心滚圆机流程描述：1、软材混合：在批次混合机（如槽型混合机、湿法混合制粒机等）内将粉料与液体混合均匀。2、软材输送：混合好的软材放入湿料缓冲仓内，由定量螺旋输送机匀速输送到挤出机。3、软材成型：在挤出机内，将软材挤出成条状物料。4、物料暂存：挤出机挤出的条状物料落入计量料斗内，达到一定量后放入离心滚圆机。5、滚圆成丸：计量料斗内的条状物料放入离心滚圆机，成为微丸。连续混合挤出滚圆系统流程示意图流程描述：1、软材混合：在连续混合机内将连续定量输送来的粉料与经过计量的连续输送的液体混合均匀成为软材。2、软材成型：在挤出机内，将软材挤出成条状物料。3、物料暂存：挤出机挤出的条状物料落入计量料斗内，达到一定量后放入离心滚圆机。4、滚圆成丸：计量料斗内的条状物料放入离心滚圆机，成为微丸。连续混合机挤出机，如各种螺杆挤出机、旋压挤出机等计量料斗离心滚圆机十、特殊物料挤出滚圆工艺1、高粘度物料挤出滚圆工艺高粘度物料是挤出滚圆工艺中最难做的，常规认为不能用挤出滚圆工艺。重庆力谱制药机械有限公司经过充分实验，结合其他行业的挤出制粒工艺，开发出了一套用于高粘度物料的挤出滚圆工艺，对一些物料的效果还是不错。高粘度物料挤出滚圆中存在以下难点：1）混