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适应中药材粉碎特性的新型粉碎系统研究

适应中草药粉碎的新型粉碎机

—— 多组合全功能全封闭微粉粉碎分级机组的研究

杜 军

  摘 要:

  本文阐述了一种多组合、全功能、全封闭微粉粉碎分级技术的原理及技术特点。面对品种较多、状态复杂的中药材,克服了传统单一的粉碎方式的不足,一次性有效的解决了在粉碎过程的细度难以达到、即使达到一定的细度后产量较低,过筛困难、温度过高的难题。同时,该机组建立了全封闭负压系统。粉碎过程中无粉尘泄漏,使中药材粉碎工序进入净化车间成为可能。

  本文还阐述了该技术在中药生产现代化中的应用,使得中药剂型的改革、中药资源的节约、中药走向世界成为可能性;

  关键词:

  中药材微粉化 多组合、全功能、全封闭粉碎分级机组

  一、问题的提出

  在中药现代化的进程中,“微粉化”是中药材加工和中药制剂生产工艺中的一项重要的技术手段。“微粉化”后的中药,其粒度更加细微、均匀,因此表面积增加,孔隙率增大,吸附性和溶解性增强,药物能较好地分散、溶解于胃液中,增大与胃黏膜的接触面积,从而更易被胃肠道吸收,大大提高了生物利用度.相当一部分矿物类药材是水不溶性物质,经超微粉碎处理后,因粒度大大减少而可加快其在体内的溶解、吸收速度,提高其吸收量。

  但中药材的品种很多、据《本草纲目》不完全统计有2200多种,中药的附方约有11000余首。中药材的状态复杂,大致分为:根茎、全草、果实、矿物、皮类、菌类、动物、花类、其他等。因此,面对品种较多、状态复杂的中药材,在粉碎过程中,若不能“对症下药”,只运用一种的粉碎方式,显然是不能满足中药材的粉碎。据笔者了解,目前大多数生产厂家,中药的“微粉化”采用传统单一的粉碎方式,工艺上存在诸多问题。一是粉碎的细度难以达到,即使达到一定的细度后产量较低;二是粉碎到一定的细度后过筛也困难;三是粉碎温度过高;四是粉碎过程粉尘泄漏,造成环境污染,难以进入净化车间。

  粉体的微粉粉碎过程实际上是宏观粉体中的各个颗粒在外力的作用下破碎、断裂、变小细化,从而引起整个粉体的性能指标发生变化的过程。物料粉碎的外力通过对物料的冲击,碰撞,剪切,研磨,分散等手段而实现。选择粉碎方法时,须视粉碎物料的性质和所要求的粉碎比而定,尤其是被粉碎物料的物理和化学性能具有很大的决定作用,而其中物料的硬度和破裂性更居首要地位,对于坚硬和脆性的物料,冲击很有效;而对有纤维特性的植物材料用研磨和剪切方法则较好。

  针对以上现有技术存在的问题,北京国药龙立科技有限公司提出一种将冲击,碰撞,剪切,研磨等多种粉碎形式有机结合的多组合全功能微粉粉碎机,面对品种较多、状态复杂的中药材,粉碎----分级----收集一次完成。粉碎细度可在粉碎过程中在100 — 400目之间任意调节。从而满足中药“微粉化”的需要。

  二、多组合全功能微粉碎分级技术的工艺原理,特点

  多组合全功能微粉碎分级系统,通常由供料系统、多组合粉碎室、分级室、旋风收集、隔离收集、独立进风系统、控制系统等部分组成。(见结构展开图)

  

 

  2.1粉碎的原理

  物料(≤6mm)在风机吸风负压的作用下被送入粉碎室。粉碎室内部由隔板分成三个中部连通的粉碎区域,所述三个粉碎区域分别装有同轴的旋转粉碎装置。第一粉碎区域为摆锤装置,第二粉碎区域为摆刀装置,第三粉碎区域为固定锥刀装置。

  在第一粉碎区利用摆锤的冲击性能,有利于粉碎各种较硬的材料;如矿物、皮类、动物;在第二粉碎区借助刀片的剪切性能,有利于粉碎各种纤维类材料,如根茎、全草、果实、菌类、花类、其他;在第三粉碎区以固定锥刀粉碎,有利于控制粉体粒度。每个粉碎区周边装有固定齿圈,粉碎时摆锤、摆刀、固定锥刀高速旋转,同时撞击、剪切、研磨物料而使物料实现粉碎。

  2.2 分级的原理

  要想得到数微米以下的粉体,用普通筛分法是比较困难的。因此,微粉粉碎系统都必须配备分级设备。

  我们提出的分级技术是:将自下而上的混合物流,分散于分级室内腔,在旋转力作用下产生水平的离心力场(离心力场的大小可以进行变频调节)。在一定的离心力场中,粉体形成了一定的分布带,较细的微粉移向转子中心,被引风机吸走,然后由旋风收集器等部件收集;较粗颗粒移向分级室边壁落下,回到粉碎室,被粉碎机二次粉碎。

  2.3 技术特点及于其它粉碎设备的区别

 

1)粉碎范围广—— 适应性质不同药物的粉碎

粉碎室有机地集合了冲击、剪切、研磨等多种粉碎形式,設计三个粉碎区,能适用于更多不同性质物料的加工。需要时可统一前两个粉碎区的粉碎形式。

2)粉碎粒度细 —— 粉碎细度可达到 250目   

本设备粉碎的主要工作流程为“预粉碎——强粉碎——精粉碎”,其效果完全由粉碎室各区结构来可靠保证。一、二粉碎区的直径逐渐递增,内圆周固定齿与旋转破碎刀的间隙由大变小,旋转粉碎刀由柔性到刚性,并且两粉碎区之间的坡度隔板适度限制粉碎物料的流动速度,从而有效保证了粉碎效果

3)粉碎产量高 —— 比同类型的粉碎设备产量提到20-30 %

由于粉碎室与分级室相对分离,被粉碎物料在粉碎室粉碎后,不停留地进入分级室,经分级轮“筛选”后,粗颗粒返回粉碎室,对粉碎而言,每次粉碎都是有效粉碎,从而提高粉碎产能。

4)粉碎温度低 —— 比同类型的设备粉碎温度要降低20-30℃

粉碎过程是发热过程,由于粉碎室与分级室相对分离, 避免了“过粉碎”就是避免了“过热”,因而减少了粉碎温度

5)无筛分级 —— 使用分级轮进行分级,避免难以过筛的现象。

特殊设计的分级室和可变频调速的立式分级轮,不需配置筛网,可在低转速的情况下就可以将产品粒度进行无级调整。循环进料结构,既严格限制了“大颗粒”又避免了过粉碎,因此产品粒径分布狭窄,粒度均匀;避免了150目以上的粉体避免难以过筛的现象。

6) 负压运行

整个系统全封闭负压作业,有效的排除粉碎室及系统的热量,杜绝粉体在粉碎过程中的泄漏无环境污染、噪声小

7) 全程自动控制

系统全过程采用PLC程序控制,特别是根据粉碎电机的使用负荷,均匀的调整进料速度,保证粉碎粒度的均匀性。

8) 独立进风、排风系统

本系统所需要的风量,采用独立进风配置,风源进行净化处理。不破坏净化车间的空气平衡。排风的粉尘排量≤50mg/nm3,远远低于国家标准。可直接排到空气中

9) 符合GMP 要求

该系统被粉碎物料的主要通道为圆管形结构,并采用无螺栓、无接缝、卡箍连接形式,没有死角,密封可靠,噪声低,拆装和保养维护简捷。形成符合GMP要求的中药粉碎系统。

10) 易损件使用寿命长

该系统易损件选用耐冲击高速工具钢,实行全面热处理。使用寿命比同类型产品提高2—3倍。

 

TJZ粉碎、分级、收集系统与其他机械粉碎的比较

 

 

序号

项  目

TJZ超微粉分级、收集系统

其他粉碎设备

1

粉碎形式

各种粉碎形式有机组合

粉碎室内多种粉碎形式集于一体,粉碎适应性强。粉碎区的特殊结构,粉碎粒度细。

粉碎过程有一个预粉碎——强粉碎——精粉碎的过程。

粉碎形式单一

 

2

设备结构

粉碎与分级相对分离

粉碎后的混合物料在粉碎室不停留,在导流管的引导下进入分级室。由分级轮进行分级,合格的物料进入收集,不合格的物料再返回粉碎室

粉碎分级集于一体

粉碎后的混合物料在粉碎室下方的过筛,合格的物料进入收集,不合格的物料留在粉碎室

不会造成“过粉碎”,

合格的粉体来不及过筛,由粉碎机再次粉碎,造成“过粉碎”,

1、不产生过热。

1、产生过热,造成多余的热量

2、每次粉碎都是有效粉碎,产量相对高

2、影响了粉碎的有效时间,产量低

 

3

分级方式

使用分级轮进行无筛分级

使用筛网进行分级

变频调速的立式分级轮可以在线对粉体粒度进行无级调整

不能在线调整粒度,只有更换不同的筛网,才能调整粒度。

分级十分方便、快捷。设置一定的转速,合格的粉体移向转子中心,被引风机吸走,未达要求的较粗颗粒移向分级室边壁回落到粉碎室。

对较粘和150目以上的粉体过筛困难,需不断地用毛刷清理筛网表面才能过筛。

使用寿命长,至少使用3年以上

使用寿命短,筛网经常会坏。

清场方便。分级室机头可以自动打开,方便清理分级轮和分级室

清场困难,粉尘大。

 

4

运行方式

负压运行

正压运行

粉体在引风的作用下,流速慢,粉碎产量相对高,比同类型的粉碎设备产量提到20-30 %

粉体流动要克服阻力,故流速慢,粉碎产量相对低

杜绝粉体在过程中的泄漏。作业地无环境污染。

粉尘容易泄漏,造成环境污染。

 

5

粉碎温度

引力排放

自然排放

粉碎过程是发热过程,系统为负压运行,粉碎的热量能及时排走,比同类型的设备粉碎温度要降低20-30℃,基本保持恒温运行,故产量均匀稳定。

由于系统为正压运行,粉碎的热量往往不能及时排走,造成热能团聚,温度升高。减缓了机械能向热能转换的时间,延长了转换过程。故粉碎产量越来越低。

 

6

粉体收集

旋风收集+隔离收集

一般收集

旋风收集一般在85-90%左右,隔离式收集可以将旋风收集以后的产品,有效地进行收集,将总收集率提高到99-99.5%,隔离收集功能,主要是防止0.5—1%的超微粉尘进入环境

 

7

粉尘排放

粉尘排放 ≤50mg/Nm3

粉尘排放大  

特殊设计的隔离收集器内置脉冲反吹系统和选用208高致密滤布外套绸布(减少粉尘与滤布粘接,以便于脉冲反吹)。有效地实行气固分离。

 

 

  该系统被粉碎物料的主要通道为圆管形结构,并采用无螺栓、无接缝、卡箍连接形式,没有死角,密封可靠,噪声低,拆装和保养维护简捷。形成符合GMP要求的药物粉碎系统。

  三、中药粉碎分级技术的工艺实践

  我们利用该机组在北京同仁堂、云南白药、广州中一、贵州百灵、石家庄以岭药业、兰州佛慈、三精药业、五常葵花、苏州雷允上、厦门中药、浙江正大青春宝、广东中山中智药业等几十家药业进行了工艺实践。取得喜人的效果。

  例如:我们在厦门中药厂所做的工艺实践,

  1、粉碎对象: 1)高强度纤维类的香沙桂茴散,

  2)茎类多纤维的穿心莲,

  3)高含糖类的归脾丸。

  2 设备选型: TJZ650微粉粉碎分级机组

  3 粉碎结果:

粉碎产品

粉碎产品名称

香沙桂茴散

穿心莲

归脾丸

产品物理性质

高强度纤维类

径类多纤维

粘性

环境

试验地点

厦门中药

厦门中药

厦门中药

气候

晴天

晴天

室温(℃)

24-25

24-25

12-14

时间

2008-3-6

2008-3-7

2008-4-1

粉碎工艺

粉碎电机电流(A

92-96

95-98

92-96

分级频率(Hz

28

32

25

电压(V

380

380

380

气压(Mpa

0.7

0.7

0.7

试验情况

粉碎细度(目)

100

140

100

(℃)

粉碎机出口

61

61

61

成品物料

55

55

55

布袋收集出口

45

35

35

时间(连续不停机)

6小时12分钟

6小时22分钟

6小时

产量(kg

981

522

1092

单位产量(kg/hr.

163

80.3

182

 

记录人

江建龙

江建龙

江建龙

 

 

 

 


  再如: 杭州正大青春宝药业, 使用TJZ650机组粉碎红参原药材,粒度120目条件下: 产能220.3kg/h。

 

  石家庄以岭药业, 使用TJZ450机组粉碎混合原药材,粒度120目条件下: 产能142.3kg/h粒度200目条件下:产能101.3kg/h

  广东中一药业, 使用TJZ650机组粉碎粉碎浸膏和原药材的混合物,粒度120目条件下,产能242.3kg/h; 粉碎原药材的混合物,粒度120目条件下:产能达到300.3kg/h

  辽宁鑫辉药业 , 使用TJZ450机组粉碎木瓜、牛膝、人参、川芎、威灵仙、狗脊KG等混合料,粒度120目条件下,产能188.3kg/h;

  广东中山中智药业, 使用TJZ650机组粉碎黄金子,粒度120目条件下,产能182.3kg/h;

  中科院南京植物所, 使用TJZ650机组粉碎山药,粒度200目条件下,产能682.3kg/h;

  综上等等,通过现场的工艺实践,用户对TJZ系列微粉粉碎机组的基本意见是:“由于该设备在设计结构上独特性,粉碎设备连续工作,运行正常,机械部分和管路系统温度符合要求, ......物料的加工每小时的单位产量比较均匀;粉碎产能与类似设备比较提高30%;产品细度达到要求;设备全负压运行,防止了粉碎物料的泄漏。 ......我们认为:该设备设计理念有一定的独特性,设备性能优良。如果局部稍加改进,不乏为目前中药粉碎的理想设备”

 

  四、微粉粉碎分级技术在中药生产现代化中应用

  通过微粉粉碎,能将原生材料的中心粒径从传统工艺的60 -120目提高到300目以上,对于一般药材,在该细度条件下的细胞破壁率大于95%.因此,当中药超细粉体服用后,细胞内的有效成分不必再需通过细胞壁和细胞膜建立的屏障才能被给药部位吸收,而是直接和给药部位接触吸收。这项新技术适合于不同质地的各种药材,可使其中有效成分直接暴露出来,而不是使有效成分从细胞壁(膜)释放,从而使药物起效更加迅速、充分。

  我们深谙微粉粉碎技术是中药现代化生产的先进工艺之一,近些年来,我们利用这项技术为有关药厂、中医药大学、中医药研究所超细粉碎了各种类型的中草药。有关的专家还将他们多年积累中药方剂让我们对其进行微粉和超微粉碎。

  湖南省中医药研究院已使用我公司微粉和超微粉碎设备开发了的四百味中药超微饮片,现已注册为“超微饮片”。北京市紫竹天工药业技术发展有限公司由我公司加工出口的雌二醇、雌三醇、双酮超微粉, 粉碎粒度95%小于5um,此药物经超微后,其附加值大大提高。杭州爱生药业生产的黄体酮、山西桂龙药业生产的桂龙咳喘宁、湖南国华生产的首乌天麻、九之堂的阿胶、江西汇仁的乌鸡白凤、余江制药厂的夏天无、徐州恩华制药的非洛贝特、……

  目前,国内的各大中药生产企业,北京同仁堂、云南白药、贵州百灵、广州中一、广东华南、三精四厂、五常葵花、石家庄以岭药业、温氏集团(大华农)、正大青春宝、厦门中药、吉林亚泰、修正药业、健康药业、江苏省中医院等研究院校、制药厂均购买我公司微粉和超微粉碎分级机。

  山东信得药业利用我公司的设备生产的“肠乐”、“球消”等兽药微粉产品已经投入市场,得到了广大的养殖户的青睐。

  综上可见,开发疗效更好、品种更优的中药超细粉体新产品,形成中药的新材料、新剂型,将具有深远的理论和现实意义。国家科委与国家中医药管理局已将其列入“21世纪中药现代化发展战略”之一。

 

  五、结论

  从我公司成功地粉碎了近千种中药原料的实例来看,多组合、全功能、全封闭微粉粉碎分级技术是品种较多、状态复杂的中药材“微粉化”的有效方法。她克服了传统单一的粉碎方式的不足,一次性有效的解决了在粉碎过程的细度难以达到、即使达到一定的细度后产量较低,过筛也困难的难题。是有关中药生产企业的粉碎设备的理想选择。

  这项技术经国家专利局批准,获的了三项专利。专利号:ZL200720043189.8 ZL200720043190.0 ZL200720043188.3

 

 

  由于近几年来,我们在中药粉碎领域做了一定的研究,公司已成为国家中药现代化工程技术中心中药超微粉碎技术研究基地。南京中医药大学教学基地。

  实践已说明并将继续证实,“微粉化”技术在中、西药、农药、兽药领域运用,不失为制药粉碎工艺中较理想的方法,作为中药剂型改革的途径之一,它既丰富了传统炮制的内容,又能为中药的生产和应用带来新的活力,成为中药行业新的生长点。

  我公司欢迎您来料试验、加工,以便增加对我们的了解,使得我公司多年来潜心研究的该项技术能帮助各大厂在制药行业中稳步上升。