Fitzpatrick公司干法制粒機的動態觀察與探討

姬杰瑋

（中國藥科大學醫藥發展研究中心，江蘇南京210009）

0 引言

制粒是為改善粉末流動性而使較細顆粒團聚成粗粉團粒的工藝。幾乎所有的固體制劑在制備過程中都要先經過制粒的工序，所制成的顆粒可以是最終產品如顆粒劑，也可以是中間產品如片劑。通過制粒可以防止各成分的離析，調整堆積密度，改善溶解性能。另外，在片劑的生產中制粒可以改善片劑生產中壓力的均勻傳遞，而且制粒還可以防止粉塵飛揚及器壁黏附，避免污染和交叉污染，以及避免造成原料損失，有利于GMP的管理。

在醫藥生產中廣泛用于制粒的方法主要有3大類：濕法制粒、噴霧制粒和干法制粒。下面以美國Fitzpatrick公司生產的IR520 Chilsonator輥壓干法制粒機為例，介紹干法制粒的最新技術發展。該制粒機外形如圖1所示。

1 設備特性

Fitzpatrick公司生產的IR520 Chilsonator輥壓干法制粒機滿足美國cGMP的設計要求，滿足美國聯邦法規第21章第11款關于電子標簽和電子簽名的要求。同時，該設備還具有以下特性：（1）可以與眾多的功能和選項進行配置，處理各種各樣的應用程序。（2）可選擇就地清洗。（3）便攜式：IR520可以作為一個獨立的或便攜的機器安裝，它的所有技術組件是封閉和可分離的，所有的控制是獨立的。（4）入墻設計：可以將設置在操作室與產品相接觸的部件和在技術室的機械部件分離開來。

2 設備結構與工作原理

2.1 設備結構

IR520 Chilsonator輥壓干法制粒機的生產流程是首先將原輔料投入進料系統，經軋輥壓實成片，通過篩選器制粒，最后得到產品進入接收容器，整個過程是自動化控制的。一臺Chilsonator輥壓干法制粒機主要包括以下幾個部分：

2.1.1 進料系統

進料系統是該設備最突出的地方，Fitzpatrick進料系統包括一個進料斗、一個水平進料螺桿和一個垂直預壓縮螺桿。如圖2所示。

垂直螺桿的作用是提供一個相對緩慢的速度來壓縮原料使夾帶的空氣能夠溢出，并且對在軋輥的輥隙區的脫氣材料施加壓力。此進料系統擁有的產品特性范圍更廣，如允許設備以適應變化的堆積密度和曝氣特性的處理。在極端的情況下，還有一個可選的真空系統，以協助再脫氣。

2.1.2 產品封閉系統和N2惰化系統（可選）

產品密封系統（PCS）被設計成可以完全覆蓋于生產過程中產品和后續壓片機進料部分。由于它獨特的過濾器和真空系統使設備的出料口和后續壓片機進料部分之間的連接是密閉的。

PCS系統包括以下優點：防止產品污染；最小的產品損失。同時，PCS系統還可以與N2惰化系統相結合，能夠最大限度地減少產品與氧氣接觸概率和發生爆炸的風險。

2.1.3 自動化控制系統

自動化控制系統設計有優良的操作接口和數據監測以提供最佳的過程控制。操作接口能夠以圖片形式從操作界面查看操作參數和機器狀態信息。

該自動化控制系統包括以下特點：（1）故障在線診斷功能；（2）訪問限制功能；（3）維護和校準程序；（4）輥縫控制；（5）歷史趨勢；（6）生成報告；（7）報警管理；（8）滿足聯邦法規第21章第11款關于電子標簽和電子簽名的要求。

自動化控制系統還可根據客戶指定標準來設計控制，這包括特殊的選項，如防爆執行和特殊的電壓要求。

2.1.4 軋輥

該設備可以有各種軋輥表面，設備的懸臂設計也使軋輥易于更換，這種方便的功能使IR520適用于實驗室和小型生產裝置。軋輥表面的紋理和配置在壓實粉末的效率和產率方面有顯著的效果。該設備主要有2種軋輥表面，如圖3所示。一種是光滑表面，圓周的或有凸邊皺狀花紋的；另一種是有軋輥軸線方向凹凸相間的花紋的。

2.1.5 制粒機

制粒機通過選擇和配置不同的制粒葉片，如圖4所示，可以滿足客戶所需的顆粒分布。在選擇工作參數上主要包括3點：葉片形狀、轉子的轉速和篩孔尺寸。

2.1.6 低容量的進料系統（可選）

這個可選的系統允許用于處理少至50 g，多至2 kg的容量，而且能保證最小的損失。此功能非常適合用于研究和發展的要求，所得到的結果可用于擴展到標準IR520或更大的Chilsonators的生產。

2.2 工作原理

2.2.1 輥壓

壓實的基本概念是對兩個旋轉輥之間的粉末施加一定的壓力，通過該區域的最大的壓力使體積減小，材料形成固體壓塊或片。壓實過程的控制因素有軋輥表面、直徑、圓周速度、分離力或壓力、進料螺桿的設計和被加工材料的基本壓實特性。

如圖5所示的是致密化過程的幾何形狀。在滑移區域中，由于兩個軋輥朝向彼此打開，所以原料向下移動的速率小于輥的表面速度。在輥隙區域中，原料以和輥表面相同的速度移動，在兩個輥子的中心之間具有最大的壓力。兩輥之間施加于原料上的壓力由液壓缸提供。液壓缸對于可以水平移動的浮動輥的作用是取決于進料的體積和被施加的壓力。

2.2.2 制粒

FitzMill制粒機的設計具有很大的靈活性，主要有3個變量，分別是：葉片形狀、轉子的轉速和篩孔尺寸。在腔室內轉子的葉片鋒利面適用于粗大顆粒，較平緩面適用于更細的顆粒。該轉子是可逆的，并允許使用雙刮刀。通過選擇在該轉子與該電機上的帶驅動單元的皮帶輪的直徑能夠固定速度，還可以提供用于變速度的階梯式遞變的皮帶輪或變頻器。高速用于精磨，慢速則用于較粗大的顆粒。在開放的腔室中的篩選器是一個穿孔的金屬網板，以適應腔室的輪廓選擇的形狀，如圖6所示。

3 結語

Fitzpatrick機器被設計成快速拆卸和清潔，以滿足衛生和cGMP要求。IR520 Chilsonator輥壓干法制粒機拆卸方便，堅固的不銹鋼部件易于清理，而且不必擔心損壞，所有部件的設計都是無死角。同時，徹底的檢查也和部件重組一樣簡單，可選的就地清洗系統可有效消除拆卸過程中的粉塵接觸，也優于徹底清洗。IR520 Chilsonator輥壓干法制粒機同樣具有精確的可重復的結果，使設備成為最關鍵的應用程序的理想選擇。（*導師、通訊作者：梁毅）

［1］梁毅.新版GMP教程［M］.北京：中國醫藥科技出版社，2011