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影响胶囊充填机装量精度因素的分析

撰稿人:田耀华改编  备注:原作叶大进、吴永尧  发布时间:2008年9月30日  阅读次数:10069
 
摘 要:本文通过对胶囊充填机充填装量控制精度与充填结构的影响因素及充填物料自身的影响因素的系统性分析,使操作者能有对策性的认识。
关键词:胶囊充填机    装量控制精度 
 
    国内的胶囊充填机大都数以填塞式定量法机型为主,其充填量大小由计量盘的厚定来确定,与充填物料的松密度有关。同时,充填装量控制精度与充填结构的影响因素及充填物料自身的影响因素有关。
 
1、充填结构的影响因素分析
    对填塞式定量法机型的胶囊充填机来说,每粒胶囊所充填量可用以下公式表示:
W=kψρλV= kψρλπ/4×D2h
其中,W为每粒胶囊所充填重量,mg;k为充填杆预置位系数,与五个工位充填杆初始预调位置有关;ψ为物料的充填系数;ρ为物料的松密度,mg/mm3;λ为充填杆压力影响系数;D为计量盘中每个计量孔孔径,mm;h为计量盘的厚度,mm。
 根据不同胶囊型号所配置不同计量孔孔径,上述公式可简化为表1。
表1胶囊型号与胶囊所充填重量关系
胶囊型号
0#
1#
2#
3#
4#
计量孔孔径       mm
Φ6.3
Φ5.65
Φ5.2
Φ4.8
Φ4.3
每粒胶囊所充填重量W
(mg)
31.16
kψρh
25.06
kψρh
21.03
kψρh
18.09
kψρh
14.51
kψρh
 从中可以看到,当计量盘厚度h一定时,影响充填装量精度的可变因素与k、ψ、ρ、λ四者有关。
 
1.1、充填杆预置位置系数k
    由于,一般计量盘上有六个工位充填孔和相应的充填杆,而充填杆初始预调位置(即冲杆压入充填孔的深度)(如图1所示)的考虑中,其中五个工位充填杆参与物料的压紧,有一个工位充填杆把计量孔中的粉柱体压入胶囊体内。然而,这五个工位充填杆初始预调位置决定了压入计量孔内的粉柱体重量。如图把充填杆压入计量孔预调位置深度设为Δhi,则压紧预调位置深度Δhi不同,对充填装量精度影响也不同,为此引入了充填杆预置位系数k。根据理论分析和实际统计,可得到充填杆预置位置系数k与下式接近:
k=1+ΣΔhi /5.5h,
式中,k 为充填杆预置位置系数k;h为计量盘的厚度,mm;ΣΔhi分别指第1工位至第5工位的充填杆压入预调位置深度总和,ΣΔhi =Δh1+Δh2+Δh3+Δh4+Δh5(mm)。
    一般来讲,预调位置深度总和ΣΔhi越大,则每个胶囊在同一计量盘上装量越大。但ΣΔhi量过大,则会引起充填物过紧压缩,造成“塞粉”现象。按使用经验一般推荐的范围为0≤ΣΔhi≤0.35%h,其Δhi中Δh1至Δh5呈递减排列。当计量盘中计量孔理论容积与胶囊应装量接近时,可选择Δh1至Δh4量很小或接近于0,只是Δh5选1-0.5mm略冲一下以减小计量盘间歇回转时的“飞粉”现象。
 
1.2、 物料的充填系数ψ
    由于充填物自身的爽滑性、颗粒形式及休止角不同,在同样计量孔、充填杆预调位置深度和充填杆压力条件下所产生的胶囊充填装量也略有不同。可根据不同充填物在一定参数选定时,得到经验数据,经验数据可作试验并按下公式计算而得:
       ψ= W/0.785kψρλD2h
      
笔者经过多年数据的统计计算可得到表2中的参考物料的充填系数ψ,可以看到,当物料内添加3%~5%的硬脂酸镁类润滑剂后,其爽滑性增加。然后当参考选用上述物料的充填系数ψ后,可根据所称重的每粒胶囊净重后再反复用公式校验修正。
表2物料参考充填系数ψ
物料的大致状况
物料的爽滑性情况
参考充填系数ψ
添加润滑剂后的参考充填系数ψ
粉状
爽滑性较好
0.96-0.98
0.98-0.99
爽滑性较差
0.94-0.96
0.96-0.98
颗粒状, ≥20目
爽滑性较好
0.98-0.995
0.99-1
爽滑性较差
0.965-0.985
0.98-0.995
颗粒状, <20目
爽滑性较好
0.96-0.98
0.97-0.99
爽滑性较差
0.95-0.97
0.96-0.975
 
1.3、物料的松密度ρ
    充填物料的松密度除与物料自身有关外,还与产品生产工艺过程的干燥制粒、粉碎和混合过程有关。一般物料松密度是随机抽检而测得,它体现是物料的某一局部代表性的密度,无法真正体现整个物料的松密度。当然与制粒和粉碎均匀性以及混合均匀度有关,主要是混合均匀度。固体制剂的主要混合设备有二维运动和三维运动筒形、双锥以及V型混合,其混合均匀度除与混合设备机型有关,还与装料系数、混合时间有关。这里考查混合均匀度可用变异系数v来评判,一般变异系数越接近0,说明混合越均匀。为了研究胶囊充填装量精度,对抽检物料的松密度ρ与实际充填物料的松密度ρ′有所变异,其与混合变异系数v有关,笔者经过多年数据的统计可得到以下经验性关系(参考性数据),如表3所示。
表3混合变异系数与实际物料松密度的参考
混合变异系数v
0-0.05
0.05-0.1
0.1-0.2
0.2-0.3
0.3-0.4
0.4-0.5
0.5-0.7
实际物料的松密度ρ′
0.999ρ
0.996ρ
0.992ρ
0.99ρ
0.985ρ
0.98ρ
0.96ρ-0.98ρ
可以看到,当物料混合越均匀,就越能真实反映充填物料的松密度,相应的充填装量精度也越高。
 
1.4、充填杆压力影响系数λ
    一般同型号和同一制造商的胶囊充填机的充填杆冲力是一定的,但近期为了适应中药胶囊生产,瑞安飞云机械厂的胶囊充填机采用增大力矩的充填杆冲力解决了中药胶囊的粘度和大装量的要求。为了讨论胶囊充填装量精度方便,在此引入充填杆压力影响系数λ,对采用增大力矩的充填杆冲力的胶囊充填机来说,充填杆压力影响系数λ可取1.02-1.06,而一般的胶囊充填机λ取1。
 
2、充填物料自身的影响因素分析
2.1、充填物料的流动性
    充填物料的流动性也指爽滑性,充填物料品种常有粉剂和颗粒剂等,充填物料的流动性好坏将直接影响胶囊装量精度的控制。充填的粉剂或颗粒剂的休止角、松密度、粒度分布性及含水量都直接影响其流动性。
    一般来说,当充填的粉剂或颗粒剂堆积时,其颗粒剂休止角比粉剂休止角小,故颗粒剂的流动性好,胶囊充填的装量精度易于控制。而松密度是指粉剂或颗粒剂单位容积的重量,在充填过程中表现为单位容积的重量较大,流动性则好,也易于控制胶囊充填的装量精度;反之,单位容积的重量较小,流动性则差,也难以控制胶囊充填的装量精度。在胶囊充填的实践中,当充填药品的松密度在500mg/ml以上时,表现为易于控制胶囊充填的装量精度,而当充填药品的松密度在450mg/ml以下时,表现为较难以控制胶囊充填的装量精度。
 
2.2、充填物料的吸湿性
    充填物料的吸湿性同样影响胶囊装量精度的控制,当充填的粉剂或颗粒剂含水量越高粘性则大,流动性越差,粘度过大会发生“塞粉”现象(塞粉指在一定充填杆压力下计量盘计量孔中粉柱体不能压出现象),一般充填药品在混粉或造粒过程中含水量控制小于4%左右。
    此外,充填物料的吸湿性与其临界相对湿度有关。一般来说,当充填的粉剂或颗粒剂的纯度不高时,其临界的相对湿度会降低,多组份也会使吸湿性增加。这二者都会使充填过程粘滞性加大,会使装量偏大,易发生上述“塞粉”现象。吸湿量过多还会使药物发生潮解失效。这样在充填过程中就必须控制环境湿度在其临界相对湿度下,而不同药物所对应的相对湿度也有所不同,如青霉素类≤47%较好,而氨基糖苷类≤58%较好。但是胶囊体对湿度又有一定要求,湿度过低胶囊体易破裂,故一般胶囊充填环境的湿度控制在40-60%。
 
本文改编于:叶大进、吴永尧. 胶囊充填机控制装量精度因素的分析.制药机械杂志[J].总200期.2005(4)
 
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