作者：韦广海
如果您正在寻找安全生产微粉的方法，一直受微粉粒径不均、成品收集率低等问题的困扰，阅读此文即可找到解决方案。
台州普渡机械设备有限公司总经理韦广海在+1大会·云—国际制药产业云峰会“综合装备专场论坛“分享《API微粉技术应用》，为大家详细介绍了API粉碎技术。本文全部内容根据嘉宾报告内容整理，并经演讲嘉宾本人确认并同意公开分享。
韦广海 台州普渡机械设备有限公司 总经理
微粉碎是API生产的关键工艺，同时也存在一些让企业颇为困扰的情况。其一：API微粉过程中粉尘爆炸的风险，据相关行业数据统计显示，粉尘爆炸国内外均存在很多爆炸的案例。比如：2003年美国一家知名的药企发生了一次非常严重的爆炸，造成多人死伤。其二：微粉生产过程中可能遇到物料具有粘性或者产生静电，无法控制粒径均一性及实现连续化生产。其三：微粉生产中物料出现板结，产品收集率低。其四：粉碎机符合GMP的要求和达到使用的标准，规避异物脱落及交叉污染的风险。
粉尘爆炸是物料的理化性质、点火能及含氧量综合达到爆炸条件时发生
粉尘爆炸是在一定的温度、压力和空间条件下，可燃性的粉尘瞬间产生很大的热量发生，会对生产环境、设备和人员造成巨大的伤害。
防止粉尘爆炸，可使用氮气粉碎，设计氮气循环进行二次利用，形成氮气闭路可大幅节省成本
在粉碎过程当中，特殊物料的粉碎存在非常大的安全隐患。如何防止粉尘爆炸需要从物料的特性，理化性能和点火能处着手。然而物料本身的特性从根本上是没办法改变，因此只有从氧气方面进行解决。
目前整个医药领域的粉碎设备大多数是使用气流粉碎机，或者通过机械式的剪切来达到粒径的需求。对于防爆粉碎设计需求，行业内普遍应用氮气粉碎防止粉尘爆炸。在此提醒大家，氮气粉碎也不是万能的，在物料（比如富氧高能的化合物：硝基物、叠氮物、氯化铵等）缺氧能自燃或者分解爆炸的条件下，同样是起不到保护作用的。
目前，市场上部分企业的氮气粉碎机是设计成开路的，即氮气参与一次性粉碎之后直接就排空了。如何让氮气重复利用达到节约投资及运营成本的目的，普渡提供了一种氮气循环进行二次有效利用的工艺技术，通过氮气循环,可以大大节约设备的投资成本及运行成本。
以实例为证：项目背景是产能每小时50公斤，粒径D90<10um，针对氮气开路和氮气闭路进行投资及运营成本的核算，结论是氮气闭路较开路可节约投资成本140万元，运营成本135万元/年，维护成本5.5万元/年。
以实例为证：项目背景是产能每小时50公斤，粒径D90<10um，针对氮气开路和氮气闭路进行投资及运营成本的核算，结论是氮气闭路较开路可节约投资成本140万元，运营成本135万元/年，维护成本5.5万元/年。
粒径对溶出的影响比较大，所以要进行粒径控制。通过对客户使用的细粉和粗粉的对比，细粉的生物利用度大概能提高20%左右。比如利伐沙班，利伐沙班的粒径在10um的条件下，溶出度只有大概76%；粒径在7um条件下溶出度大概有85%；在5um的条件下溶出度可以达到90%。
根据数据分析：粒径越细和越均一，整个体表面积就越大，相对来说，溶出度会提高。同时，溶质在表面容积的边界层厚度跟溶出度也会存在巨大的变化。
控制粒径均一性的解决方法，找到关键控制因素，优化设计粉碎设备
目前微粉生产主流应用的设备是气流粉碎机，气流粉碎机由三大结构组成：精准喂料控制系统，粉碎的整个腔体及收集的腔体。
粒径控制的方法之一：优化螺杆设计实现精准喂料控制系统的恒定均一
气流粉碎机本身就是动能和质量能的转换，首先要保证质量守恒，即喂料系统在恒定均一的状态下运行，精准喂料控制系统对粒径控制主要通过流体、压力、压差平衡进行控制。
达到精准喂料控制，使系统恒定均一的关键设计在螺杆结构。目前主要有两种结构，体积式螺杆和失重式螺杆。体积式螺杆是通过螺杆的螺距带动物料推送到粉碎腔室。而失重式螺杆是通过流量的计算，在流量的条件下，通过秤反馈给PLC来控制精准喂料的过程。
市场上常用的是螺距螺杆是通过物料的堆积，靠物料的挤压来进行喂料的。在堆积或者推送的过程当中，有些物料本身是有静电的，那么物料跟物料之间会形成一个静电的吸附，或者造成对螺杆的粘附，下料的过程出现一坨一坨的物料，下料均匀性就会非常差。
普渡对螺杆进行了优化设计，螺杆是自洁式的圆弧螺杆，物料的堆积下料改成靠圆弧的挤压进行推送下料。具备两个典型优势：第一，圆弧螺杆整个的体积和面积是均一的，它向前推进的力是比较强的，在挤压过程当中的下料是匀速的，保证了喂料的质量恒定性。第二，由于圆弧的推送和挤压，还能够起到自洁的作用，即自清扫作用，所以它的残留量也比较少。
同时针对很多物料在下料过程当中在整个舱体里面易形成搭桥、堆积的情况，普渡安装搅拌装置可达到破拱的目的。
粒径控制的方法之二：优化动能设计
动能设计首先要考虑边界的条件和参数，普渡采用模拟仿真的数据进行流体动能设计，比如压力腔、粉碎腔的温度设计，质量流量的出口以每秒多少公斤的速度。进入粉碎腔的切线速度设计，每一个点都需要对马赫速度进行精准设计，速度分布同时需要强大的数据支撑。根据流线分布，周围边缘的马赫速度高一点，中心区的马赫速度会越来越低。由于马赫速低导致物料的向心力和引力进行分离，达到粉碎的目的。
粒径控制的方法之三：优化微粉比能值控制设计
比能值是原药注册非常关键的数据之一，影响微粉比能值的因素有：研磨喷嘴的参数，它的直径、数量、面积、压力及温度值都需要经过精心设计。文丘里管，喂料系统设计的直径多长，面积多大，压力多大，温度多少，也会影响负压抽送过程当中喂料的质量和密度。其他因素还包括研磨室的流体分布，中心区施压情况，气体密度在腔体内的状态，还有研磨速度和额定功率。
根据微粉比能值目标控制的因素，普渡对微粉碎设备进行了一系列设计。比如：压力控制。目前采用整体五轴或者六轴的CAC整体加工设备，保证设备的加工精度进而保证整个喷射的角度是非常恒定的。除此之外，还需要保证整个集成中心环在安装过程中没有失误，还要考虑气体密度，因为气体会热胀冷缩，因此气体密度也要恒定，所以设备上会配置一些温度变送器实现数字化的监控。
压差设计涉及管道设计和收集仓设计，都要保证压差的平衡。压差控制收集装置上面会有很多的压差传感器，通过检测内压差反馈给PLC。PLC通过分析带动气缸进行抖动，让压差达到既定的设定值，也就是达到均衡值。因为压差过大会导致粉碎腔体内的气体紊乱，一旦气体形成紊乱，粉碎设备就无法进行粒径控制，会出现双风、鬼风、偏风、脱风等现象，这也是很多客户向我们反馈以下现象的原因之一，刚开始设备用的很好，但是用了一段时间之后就发现粒径出现很大的变化。
普渡第四代气流粉碎机是一个圆弧面，市场上传统粉碎机结构是一个斜面或者是平面，这样设计的原因是圆弧面的物料跟设备是点对点的接触，物料再粘，静电再强，没有立足点，粉碎过程中气体稍微一带动就把粘的物料吹散掉了。但是平面和斜面是面跟面接触，它有很强的立足点，没有圆弧轨迹，无法通过气体的扫射来解决生产中出现堆积的问题。
粉碎机在粉碎过程当中把整个腔体全部充满，在充满的同时，物料由于气体的带动跟粉碎环是不断撞击的，撞击过程当中，由于物料特性不可避免造成粉碎环堵掉和板结。
使用粉碎腔室采用蝶形凹凸设计、圆弧过渡减少与腔室接触面积，防止物料粘壁，同时可有效的解决粉碎盘内板结及出料不畅。
物料通过采用单点收集，整个气固分离在滤袋内完成，收益率可≥98%，同时对操作人员具有较好的保护。
+1大会·云—国际制药产业云峰会“综合装备专场论坛”，29-54分钟时间段回看内容：台州普渡机械设备有限公司总经理韦广海分享的《API微粉技术应用》。
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