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学术论文

中药微粉化新型粉碎分级系统的研究

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  ——— 多功能联动无尘粉碎分级机组

  杜 军﹡

  摘 要:

  本文阐述了多组合、全功能、全封闭粉碎分级技术的理念和技术,将机械的和气流粉碎有机的结合在一起。特别适合品种较多、状态复杂的中药材、浸膏的粉碎和超微粉碎。克服了传统单一粉碎方式的不足,在有效解决了粉碎细度不足的难题的同时,又解决了达到一定的细度后产量较低、过筛困难、温度过高的问题。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。

  This paper expounds the combination, multi-functional, more closed pulverizing classification of concept and technology, mechanical and jet mill organic unifies in together. Especially suitable for more varieties and complex state of Chinese medicinal materials, concrete crushing and superfine pulverizing. Overcome the deficiency of the traditional single pieces, effectively solves the problem of insufficient grinding fineness and at the same time, to solve again after reaching a certain fineness low yield, sieving difficult, the problem of high temperature.At the same time, the unit has established the closed negative pressure system, without dust leakage in the process of crushing, make traditional Chinese medicinal materials crushing process into the purification workshop possible.

  关键词:

  中药材微粉化 多组合、全功能、全封闭粉碎分级机组

  Chinese traditional medicine superfine pulverizing A multi-functional、pulverator/classifier

  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,笔者提出一种将机械粉碎的冲击,碰撞,剪切,研磨等多种粉碎力和超音速气流粉碎有机结合,形成了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 — 2500目之间任意调节。从而满足中药“微粉化”的需要。

  二、中药微粉(破壁)饮片粉碎分级设计基本思路描述

  

 

  该系统设计为一机多用的多功能粉碎分级系统.(见图1)其功能:

  2.1 超微粉碎(粉碎至 250-2500目)。工艺可采用TWF粗粉碎机进行预粉碎,粉碎后直接进入气流粉碎机进行超微粉碎。

  2.2 细粉粉碎(粉碎至 60-250目)。包括:原药材粉碎 (单味和复方药的粉碎) 浸膏类粉碎(柔性、油性材料的粉碎),不用启动空压机,这样就可以形成一个粉碎分级系统,即:TWF粉碎机—— 气流分级机——合格的物料进入收集系统,不合格的料,返回TWF重新粉碎。(见图1)

  2.3粉体分级 本系统采用无筛分级系统和收集系统,起到一机多用的功能。无筛分级可以在线、无级的调整粉体粒度,避免过筛困难、更换筛网的难题。

  三 粉碎分级系统组成设计

  多组合全功能微粉碎分级系统,由供料系统、机械多组合粉碎室、气流分级室、旋喷式超音速气流粉碎分级机、旋风收集、隔离收集、独立进风系统、控制系统等部分组成。(见图2)

  

 

  四 粉碎分级系统机理研究

  4.1机械粉碎的原理

  由于中药物料的物性复杂,故机械粉碎时,根据不同物料,可以选择不同的粉碎形式。

  4.11 中药原药材(复方)的粉碎,可以选择TWF型粉碎机

  该设备,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。

  

  图3 TJZ内部结构

 

  4.12 中药强纤维材料的粉碎,可以选择TJD型粉碎机

  该粉碎机是利用三层叠加的粉碎刀具的冲击、剪切、研磨等力,将原料颗粒粉碎至100-120目的微粉粉体。

  本多组合无尘粉碎分级机组中的粉碎机包括安装在粉碎室壳体中的旋转粉碎装置,和安装在壳体、盖板上的固定粉碎装置。所述旋转粉碎装置分别第一层、第二层为旋转的桩式粉碎装置和第三层的摆刀粉碎装置。固定粉碎装置包括1、前盖板上装有的带有双层内外齿的圆形固定粉碎装置(简称:前盖齿圈),并与旋转的桩式粉碎装置相互咬合。2、在壳体的内圈装有齿圈(简称:壳体齿圈),并与摆刀形成剪切面。(见下图 粉碎机结构)

  固定粉碎装置和旋转粉碎装置的相互咬合形成了六个粉碎点,(见图4-1)

  

 

  该粉碎机为叠加式多层多次粉碎,第一粉碎点为旋转的固定桩对物料的冲击粉碎;第二、第三、第四粉碎点分别为旋转的固定桩与前盖齿圈进行内外两层二层剪切粉碎,第五、第六粉碎点为摆刀下固定桩和摆刀与壳体齿圈的剪切粉碎。同轴的六道粉碎点可以提高对强纤维物料的粉碎能力,在第一层旋转和固定的咬合粉碎装置利用其撞击性能,有利于粉碎各种较硬和较大的材料;在其他粉碎区借助于旋转和固定装置和刀片的剪切性能,有利于粉碎各种纤维类材料。最终满足了强纤维中药“微粉化”的需要。

  4.13 中药浸膏的粉碎,可以选择TGF型粉碎机

  粉碎室的独特设计,使得物料在粉碎以后,迅速离开粉碎室,避免粉体粘结设备的可能性。粉碎数十小时后,粉碎机不粘料。

  

  图5 TJD内部结构

 

  4.2 气流粉碎的原理  

  粉碎原理:将净化干燥的压缩空气导入安装在粉碎室内几个相向位置的Laval喷管,形成超音速气流,喷管可以旋转并且可以根据物料不同调整旋转速度。物料由料斗送至粉碎室被超音速气流加速,成为高速运动射流,在其交叉点上相互撞击;由于粉碎室内可调式旋转超音速气流,使得粉碎腔的物料到达交叉点的距离始终为最短,这样大大提高了粉碎强度和效率,比原有的流化床粉碎机,其产能提高50%。这是新一代先进气流粉碎的基本原理。

  

 

  4.3 气流分级的原理  

  我们提出的分级技术是:物料随气流进入分级区,在分级轮的

  高速旋转力 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)。粉体颗粒A,在一定的离心力场中,受到两个力。

  一是分级轮旋转带动颗粒A旋转产生的离心力F,

  F = K1 d3 Vt2

  

  二是颗粒A由于受到引风机的影响,产生向分级轮转子中心运行的向心力F'。

  F' = K2 d Vr。

  当F = F',颗粒A 作圆周运动,我们将此时颗粒A的直径定为临界颗粒。

  假设:在此离心力场中有另外两个颗粒B、C ,颗粒C dc > da 则:则Fc>Fc' 颗粒C移向容器边壁运动。颗粒B db < da 则:则Fb

  从上述公式中,我们看到,临界颗粒的F和F'还受Vt和Vr的影响。

  假设,引风机的引力不变,则Vr不变。 提高提高分级轮的转速Vt,则F>F',颗粒A移向容器边壁运动。随着离心分级装置的运转,粉体由于受到的离心力大于气流对其的携带力,使粉体颗粒沿叶轮方向飞向分级室的边壁并沿边壁下落,回到粉碎室,被粉碎机二次粉碎。反之,降低Vt,则F

  五 组合式粉碎分级系统主要技术特性

  5.1 有机组合

  5.11 机型粉碎与气流粉碎的有机组合

  该系统设计为一机多用,即: ① 如果需要成品是300目或1000目的粉体,关闭阀1.工艺可采用预粉碎机粉碎后直接进入旋喷式气流粉碎机,两个粉碎机的产能匹配可以通过预粉碎机的气流分级机进行调节。 ② 如果需要成品是80-150目的粉体,启动预粉碎机,关闭阀2.关闭气流粉碎机,粉体直接进入收集系统。    


  5.12 机型粉碎内部结构有机组合(以TWF为例)

  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

 

 

  

  5.2 相对分离 —— 粉碎室与分级室相对分离

  1)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。

  2)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

 

  5.3 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。

 

  

  5.4 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

 

  六、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、哈药集团、广药集团、 葵花药业、贵州百灵、兰州佛慈、厦门中药、正大青春宝、广东中山中智药业、石家庄以岭药业、胡庆余堂等一百多家药业等厂进行了工艺实践。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:见表1

  表1:部分产品粉碎结果

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,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, 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, 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 , 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, 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, 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,用户对该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”

  七、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1000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”。广东中山中智药业利用该系统开发“破壁饮片”,北京紫竹药业用该设备加工出口的雌二醇、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100多家各大中药生产企业,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、 葵花药业、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。

  八、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

  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。

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