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流化床生产工艺影响因素及研究现状

  • 导演叫我趴下脸着地
    2020/09/03
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近红外光谱(NIR)

  • 流化生产工艺影响因素及研究现状

    流化床生产工艺影响因素概述

    流化床生产过程的内部机理比较复杂,很多因素都会影响制得颗粒的质量属性。其中,设备、工艺、处方等因素通常会对制粒结果有较大影响。设备因素主要是由于流化床本身造成的,不同的流化床制得的颗粒有所不同;工艺因素是与生产过程中实际操作的工艺参数相关;处方因素是指使用的原辅料性质和粘合剂的性质等有关。

    (一)设备因素

    在流化床制粒中,容器材料和形状影响比较大,容器的形状会对粒子的运动轨迹产生影响。流化床设备不但要使得物料可以达到流化状态,还要保证不会黏附在容器内壁上,这样可以使得在制粒过程中避免产生不规则的颗粒以及大量的细粉[11]。流化床锅体的主要形状是圆锥体,上面比较宽,下面部分比较窄,其样式和内部结果如下图所示。

    1流化床锅体图 1- 流化床锅体内部图



    锅体一般是用低碳钢304作为材料,并且在锅体内部进行抛光处理。锅体的最底端是进风口,分流板就安装在进风口处,并且在分流板上固定一层不锈钢筛网。Borne等人提出,分流板不会对物料粉末粒子的运动产生影响。

    (二)工艺因素

    流化床的工艺因素主要有进风温度、进风量、雾化压力、粘合剂的流速等。流化床的进风温度要保持在合理的范围内,一般设定在25°C~55°C之间。如果进风温度过低,粘合剂不能够及时蒸发从而使得颗粒湿润过度,这样流化床内壁上就会黏附部分物料粉末,从而不能达到较好的流化状态,粒子容易粘成一团;如果进风温度过高,会使得颗粒上的粘合剂过早的被干燥,颗粒上附着的粘合剂变少,从而达不到良好的制粒效果。流化床的进风量也是一个很重要的影响因素之一,合适的风量可以使得物料能够处于很好的流化状态,对使粉末形成颗粒比较有利,提高进风量有利于大颗粒的形成[13]。若进风量过大,细小颗粒中的粘合剂挥发过快,不能达到良好的粘合作用,使得颗粒的粒度分布比较宽,细粉相对来说也比较多;若进风量较小,颗粒不能够被很好的吹起来形成流化状态,在粘合剂的作用下容易形成粒径很大的颗粒,从而形成很大的一团,造成塌床。雾化压力可以影响喷雾雾滴的大小,雾化压力过低,形成的喷雾的雾滴变大,喷雾范围变小,造成粘合剂在物料中分布不均匀;雾化压力过高则喷雾的雾滴过小,不利于物料良好的流化状态,不能很好的制粒。粘合剂的流速跟流化床制粒室内的湿度有关系,粘合剂流速过高,颗粒不能够被及时干燥,容易有塌床的风险;流速过低时,喷入的粘合剂过少,则会使颗粒的粒径过小,粉末较多,导致制粒效率低下。

    (三)处方因素

    物料主要有疏水性和亲水性两种。疏水性物料一般采用干法制粒;亲水性物料由于亲水性的不同也会产生差异。亲水性越强的物料越不容易被粘合剂润湿,因此成粒难度较大,需要提高粘合剂喷入速度[14]

    粘合剂的种类和浓度也会影响粉末的成粒,是流化床制粒中比较重要的工艺[15]。合适的粘合剂与物料之间具有较高的粘合力,有利于颗粒的形成。粘合剂浓度较高可以有较高的粘合力,制得的颗粒较大;浓度较低则会使得粘合力不够,导致制粒速度变慢,细粉增多。

    流化床生产工艺研究现状

    质量源于设计(Quality by Desigh, QbD)在药物制剂研究中常用的研究方法,通过对生产工艺的理解来对过程进行控制[16][17]。在流化床制粒过程中,如果采用不同的工艺参数,则制备出来的颗粒的尺寸、粒径分布、含水量、流动性、可压性和溶解特性等质量属性都会有所不同,从而影响制成的颗粒的最终品质[18]。已经有不少国内外学者在流化床制粒工艺方面进行了研究。宋顺宗[19]等人采用正交试验的方法研究了进风温度、雾化压力和包衣液流速等工艺参数对包衣颗粒完整度、效率和成品率的综合影响。余楚钦[20]等人以进风温度、进风参数、粘合剂流量、雾化压力为自变量采用正交试验的方法,考察这些工艺参数对颗粒的粒度、流动性、表面性状及崩解时限的影响。比利时布鲁塞尔自由大学的Rambali [21]等人研究制粒过程的进风温度、进风速度、喷雾速率和进风湿度等工艺参数,确定了颗粒的理论含水率和液滴尺寸的测量方法,并且用这些工艺参数作为变量,建立了与粒径尺寸的回归模型。Aleksić[22]等人采用响应面分析、多层感知机神经网络和偏最小二乘法对流化床制粒过程进行了数值模型来设计工艺参数的调节范围,研究表明,粘合剂的粘度会在很大程度上影响颗粒的形状。Bellocq[23]等人研究了流化床制粒在不同工艺条件下对团聚体结构和功能的影响。Ehlersa[24]等人在粘合剂流速、流量和进风温度恒定的条件下,研究脉冲喷雾和雾化压力在顶喷式流化床中对颗粒粒径大小的影响,结果表明,雾化压力对粒径的影响取决于入口空气的相对湿度,脉冲喷雾的占空比对最终产品的质量至关重要。

    目前为止,流化床制粒工艺主要依靠工人的经验,具有较强的主观性,缺乏对工艺参数和质量属性之间的深入理解,很少考虑制粒过程中质量属性的变化,缺乏有效的实时监控手段,同时还有很多的不确定性因素。因此,实施过程监控手段,实时测量流化床制粒过程中的关键质量属性对理解工艺参数对颗粒质量属性的影响具有重要作用。

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