Fitzpatrick公司干法制粒机的动态观察与探讨

姬杰玮

（中国药科大学医药发展研究中心，江苏南京210009）

0 引言

制粒是为改善粉末流动性而使较细颗粒团聚成粗粉团粒的工艺。几乎所有的固体制剂在制备过程中都要先经过制粒的工序，所制成的颗粒可以是最终产品如颗粒剂，也可以是中间产品如片剂。通过制粒可以防止各成分的离析，调整堆积密度，改善溶解性能。另外，在片剂的生产中制粒可以改善片剂生产中压力的均匀传递，而且制粒还可以防止粉尘飞扬及器壁黏附，避免污染和交叉污染，以及避免造成原料损失，有利于GMP的管理。

在医药生产中广泛用于制粒的方法主要有3大类：湿法制粒、喷雾制粒和干法制粒。下面以美国Fitzpatrick公司生产的IR520 Chilsonator辊压干法制粒机为例，介绍干法制粒的最新技术发展。该制粒机外形如图1所示。

1 设备特性

Fitzpatrick公司生产的IR520 Chilsonator辊压干法制粒机满足美国cGMP的设计要求，满足美国联邦法规第21章第11款关于电子标签和电子签名的要求。同时，该设备还具有以下特性：（1）可以与众多的功能和选项进行配置，处理各种各样的应用程序。（2）可选择就地清洗。（3）便携式：IR520可以作为一个独立的或便携的机器安装，它的所有技术组件是封闭和可分离的，所有的控制是独立的。（4）入墙设计：可以将设置在操作室与产品相接触的部件和在技术室的机械部件分离开来。

2 设备结构与工作原理

2.1 设备结构

IR520 Chilsonator辊压干法制粒机的生产流程是首先将原辅料投入进料系统，经轧辊压实成片，通过筛选器制粒，最后得到产品进入接收容器，整个过程是自动化控制的。一台Chilsonator辊压干法制粒机主要包括以下几个部分：

2.1.1 进料系统

进料系统是该设备最突出的地方，Fitzpatrick进料系统包括一个进料斗、一个水平进料螺杆和一个垂直预压缩螺杆。如图2所示。

垂直螺杆的作用是提供一个相对缓慢的速度来压缩原料使夹带的空气能够溢出，并且对在轧辊的辊隙区的脱气材料施加压力。此进料系统拥有的产品特性范围更广，如允许设备以适应变化的堆积密度和曝气特性的处理。在极端的情况下，还有一个可选的真空系统，以协助再脱气。

2.1.2 产品封闭系统和N2惰化系统（可选）

产品密封系统（PCS）被设计成可以完全覆盖于生产过程中产品和后续压片机进料部分。由于它独特的过滤器和真空系统使设备的出料口和后续压片机进料部分之间的连接是密闭的。

PCS系统包括以下优点：防止产品污染；最小的产品损失。同时，PCS系统还可以与N2惰化系统相结合，能够最大限度地减少产品与氧气接触概率和发生爆炸的风险。

2.1.3 自动化控制系统

自动化控制系统设计有优良的操作接口和数据监测以提供最佳的过程控制。操作接口能够以图片形式从操作界面查看操作参数和机器状态信息。

该自动化控制系统包括以下特点：（1）故障在线诊断功能；（2）访问限制功能；（3）维护和校准程序；（4）辊缝控制；（5）历史趋势；（6）生成报告；（7）报警管理；（8）满足联邦法规第21章第11款关于电子标签和电子签名的要求。

自动化控制系统还可根据客户指定标准来设计控制，这包括特殊的选项，如防爆执行和特殊的电压要求。

2.1.4 轧辊

该设备可以有各种轧辊表面，设备的悬臂设计也使轧辊易于更换，这种方便的功能使IR520适用于实验室和小型生产装置。轧辊表面的纹理和配置在压实粉末的效率和产率方面有显著的效果。该设备主要有2种轧辊表面，如图3所示。一种是光滑表面，圆周的或有凸边皱状花纹的；另一种是有轧辊轴线方向凹凸相间的花纹的。

2.1.5 制粒机

制粒机通过选择和配置不同的制粒叶片，如图4所示，可以满足客户所需的颗粒分布。在选择工作参数上主要包括3点：叶片形状、转子的转速和筛孔尺寸。

2.1.6 低容量的进料系统（可选）

这个可选的系统允许用于处理少至50 g，多至2 kg的容量，而且能保证最小的损失。此功能非常适合用于研究和发展的要求，所得到的结果可用于扩展到标准IR520或更大的Chilsonators的生产。

2.2 工作原理

2.2.1 辊压

压实的基本概念是对两个旋转辊之间的粉末施加一定的压力，通过该区域的最大的压力使体积减小，材料形成固体压块或片。压实过程的控制因素有轧辊表面、直径、圆周速度、分离力或压力、进料螺杆的设计和被加工材料的基本压实特性。

如图5所示的是致密化过程的几何形状。在滑移区域中，由于两个轧辊朝向彼此打开，所以原料向下移动的速率小于辊的表面速度。在辊隙区域中，原料以和辊表面相同的速度移动，在两个辊子的中心之间具有最大的压力。两辊之间施加于原料上的压力由液压缸提供。液压缸对于可以水平移动的浮动辊的作用是取决于进料的体积和被施加的压力。

2.2.2 制粒

FitzMill制粒机的设计具有很大的灵活性，主要有3个变量，分别是：叶片形状、转子的转速和筛孔尺寸。在腔室内转子的叶片锋利面适用于粗大颗粒，较平缓面适用于更细的颗粒。该转子是可逆的，并允许使用双刮刀。通过选择在该转子与该电机上的带驱动单元的皮带轮的直径能够固定速度，还可以提供用于变速度的阶梯式递变的皮带轮或变频器。高速用于精磨，慢速则用于较粗大的颗粒。在开放的腔室中的筛选器是一个穿孔的金属网板，以适应腔室的轮廓选择的形状，如图6所示。

3 结语

Fitzpatrick机器被设计成快速拆卸和清洁，以满足卫生和cGMP要求。IR520 Chilsonator辊压干法制粒机拆卸方便，坚固的不锈钢部件易于清理，而且不必担心损坏，所有部件的设计都是无死角。同时，彻底的检查也和部件重组一样简单，可选的就地清洗系统可有效消除拆卸过程中的粉尘接触，也优于彻底清洗。IR520 Chilsonator辊压干法制粒机同样具有精确的可重复的结果，使设备成为最关键的应用程序的理想选择。（*导师、通讯作者：梁毅）

［1］梁毅.新版GMP教程［M］.北京：中国医药科技出版社，2011