重压法干法制粒设备的研究及经济效益的分析

应诗愉

（上海天祥·健台制药机械有限公司，上海 200050）

1 前言

制粒是药物制剂（特别是固体制剂）生产中重要的工艺环节。干法制粒是区别于传统湿法混和制粒的一种具有节能、高效特征的制粒工艺。干法制粒工艺不使用粘合剂，而是通过机械挤压的方式直接对原辅物料粉末进行压缩——成型——破碎——造粒。

与湿法制粒设备相比，干法制粒机是投入少、效率高、节省人力、物力、财力的节能环保型设备。目前国产的干法制粒机的生产厂家不少，但设备稳定性不理想，还存在相当多的不足，推广上有一定难度，无法普及。进口干法制粒机由于价格昂贵，服务、配件供应不到位，产品适应性差，亦受到一定的限制。

天祥•健台具有70多年从事固体制剂设备研究与生产历史，近几年通过认真的市场调研和分析，认为干法制粒是一种节能环保工艺，其前景无限，但由于设备的问题，在国内使用规模受限。因此，开展了重压法干法制粒工艺及设备的创新研究，并取得了显著的成果。

2 制粒的目的

（1）制粒可以将主药与辅料粉末混和制成理想的结构和形状，改善原辅料粉末的流动性，甚至直接影响（改善）药品外观；

（2）准确定量、方便调剂管理，便于制成不同种类颗粒体系的均匀混和；

（3）减少粉料的飞尘污染，降低有毒、腐蚀性物料作业过程中的危险性；

（4）防止某些固体粉末在生产过程中的结块现象；

（5）增加粉料堆密度（缩小体积），便于物料储存和转运；

（6）调整成品的空隙率和比表面积，可以调整药品制剂的崩解、药物的溶解速度，进而影响药品的临床效果。

3 干法制粒工艺的优点

（1）与湿法制粒工艺相比直接成型，省略了加湿和干燥工序，缩短了生产周期，加快生产资金周转，与湿法相比节约2/3时间；

（2）与湿法制粒工艺相比，简化生产工序、减少劳动人员、节约劳动力成本2/3；

（3） 减少湿法制粒工艺中原辅料损耗和浪费，减少过程损失，可达总颗粒量的1～2%；

（4）节能降耗，与湿法制粒相比综合能耗下降65%，效果显著；

（5）节约车间面积，减少设备投资，节省空调、净化费用；

（6）节约蒸汽，不需沸腾干燥，无摇摆式制粒机筛网等消耗及维修服务费用；

（7）对原辅料成分影响小，保证产品含量和性质稳定性；

（8）对于不宜加热干燥，如熔点低、热敏产品，干法制粒优势更加突出，成本可以大幅度降低、质量稳定性大为提高；

（9）干法制粒相对环保，避免湿法制粒工艺粘合剂的使用，解决干燥废气和粉尘排放，减少多种设备的清洗及废水排放。

4 目前国产轧辊（滚压）干法制粒机及制粒工艺存在的问题

4.1 轧辊（滚压）干法制粒工艺主要是利用二轧辊将原辅料粉末直接挤压（仅利用物料中的少量水分），对轧辊整体性能，如：轧辊的材料、热处理、齿形、精度、硬度、表面光洁度都有相当高的要求，这也是目前国内厂家所遇到的难点。

4.2 主要配件损耗大，维护费用高。干挤压力很大，使轧辊轴容易变形，使用不久便失去精度，或因轧辊错位，弹性变形，而影响制粒效果。

4.3 颗粒产品得率低，一般颗粒成型率仅为60% ～ 70%。制不成颗粒的细粉，重新回复到轧辊挤压制粒，多次反复之后，容易引起部分粒子的超硬，最后影响片子的溶出度。

4.4 排气难解决。虽然有的干法制粒机已有强制进料的功能或抽真空的功能，但是送进的物料乃要求有一定的流动性，对于一些含气量大的物料或密度低的物料更难解决。同样对于含糖量高，易粘结的药粉容易粘在轧辊上，影响制粒效果。

4.5 难清洁。某些国产干法制粒机在清场时，几乎要将整个机器全部拆光，否则死角太多，有些地方无法清洗。

4.6 设备操作工艺参数较难摸索。影响干法制粒的因素很多，例如：轧辊的压力、轧辊之间的间隙、轧辊的齿形以及轧辊的转速。加上原辅料粉末本身的粒度、水分等因素，最终会影响颗粒得率及颗粒质量。

4.7 漏粉。料筒座与轧辊的侧隙及密封较难控制，侧间隙漏粉严重影响产品的成品率。

5 重压法干法制粒

寻找到一种能克服轧辊式干法制粒工艺不足的新型干法制粒工艺，并开发实现该工艺的设备，是干法制粒工艺推广的前提。

新近，天祥•健台联合江西汇仁药业研制并成功开发了新的干法制粒工艺及设备——重压法干法制粒机，首台设备已经交付使用。

该设备的开发，也是国家重大新药创制科技专项——企业中试平台建设十一五课题中新装备研究的重点研究内容。

图1 重压法干法制粒机示意图

该新型设备的核心技术是，在物料压缩过程中先采用大压力压机制（片），再由咬合式破碎机（专利）经整粒筛选后获得所需的颗粒。该新型设备优点在于：

（1）重压法干法制粒的压制过程采用大压力压机进行，其压力达100 t，均匀性好，物料受压一致；而旋转式压片机压制的物料最大压力仅6 t，许多物料无法压紧；

（2）相当多原辅料粉末因流动性差，无法通过压片机的加料系统进入中模模腔，如采用旋转式压片机来直接压片经常遇到困难。重压法干法制粒机采用大片径的模腔设计，原辅料粉末进入大片径的模腔受物料流动产生的影响小；

（3）重压法制片后，再由咬合式破碎机获得颗粒，颗粒一次成型，效率高；

（4）重压法干法制粒，颗粒均匀性好、流动性好，成品药片崩解度、溶出度优良；

（5）特别对于难压紧的或含气、含糖量的物料采用用旋转式压片机压片困难，用轧辊式干法制粒是无法制粒的，这时用重压法工艺更好；

（6）重压法干法制粒机整套设备的清洗及上下场方便；

（7）重压法干法制粒机的压机模具结构简单、经济耐用、费用小，无论是小批量试制或大批量生产均能适应；

（8）重压法干法制粒机适用于中西药各种产品，辅料选择面大，可以广泛用于片剂、硬胶囊和颗粒剂等固体制剂；

（9）减少物料的流转次数，更符合GMP；

（10）克服沸腾干燥废气的环境污染以及防爆；（11）节约工厂厂房。

6 重压法干法制粒机节能降本的优势分析

在人类科技进步的历史长河之中，一种新型工艺替代传统工艺，一种新型装备更新传统装备，都必定要具备二个重要的条件：一是具有先进性、二是具有经济性。新型干法制粒机恰恰符合了上述二个条件，对此，我们将作出进一步的分析。

6.1 所谓先进性，首先表现在这种新型工艺和装备必须适应社会发展的潮流和趋势。21世纪，一场涉及生产模式、生活方式和价值观念的全球性低碳经济潮流正在展开。所谓低碳经济就是以减少温室气体排放为目标，构筑低能耗、低污染为基础的经济发展体系，是人类社会继原始文明、农业文明、工业文明之后的又一大进步。2009年12月7日～18日，在丹麦首都哥本哈根，有超过85个国家元首或政府首脑，192个国家的环境部长出席的《联合国气候变化框架公约》大会上，温家宝总理代表中国政府庄严承诺：“到2020年实现单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。在如此长时间内这样大规模降低二氧化碳排放，需要付出艰苦卓越的努力。”大会把全球节能减排、防止气候变暖作为人类的共同目标。这是一次被喻为“拯救人类最后一次机会”的会议。

6.2 重压法干法制粒与湿法制粒相比，简化了生产工艺、缩短了生产周期、节能减排效果显著，完全适应低碳经济的理念。

两种不同制粒工艺流程比较：

湿法制粒：配料——混合制粒——湿整粒——干燥——干整粒——分筛

重压式干法制粒：配料——干法制粒——分筛

以上两种不同的制粒工艺流程比较可见，除去配料和分筛两道相同的工序后，湿法制粒还剩下四道工序，需要四台不同的设备完成，分别湿法混合制粒机、湿整粒机、高效沸腾干燥机、快速整粒机；而重压法干法制粒仅剩下一道工序，只需要一台重压法干法制粒机就能完成。这样，即降低了设备直接能耗，还能节约空调净化等生产环境所出来的能耗。

6.3 能耗（用电量）对比

我们以上海天祥•健台制药机械有限公司所研发的ZLGK100重压法干法制粒机的年产量为对比标的。两种不同的制粒方法在相同年产量的条件下，其能耗（用电量）的差异就一目了然了。

现重压法干法制粒机的产量为60 kg/h，假设每天实际工作15 h（两班，其中1 h为清洁保养）；全年250个工作日，得出年产量为：60×15×250 = 225000 kg。

以表2可得出重压法干法制粒的耗电量仅为湿法制粒的34.7%，在年产量为225000 kg的情况下，共节电88224度，节能效果十分明显。此处还需说明几点：

(1) 100 kg的湿颗粒在去水后得到的干颗粒低于100 kg，因此，湿法制粒工艺的产能比以上理论计算为低。

(2) GFG160A高效沸腾干燥机的高度为3.2 m，其需要的车间高度在3.6 m以上，因此，车间空调净化的能耗应更高些。另外，为了容易比较，在加热形式上采用了电加热。

(3) ZLGK100重压法干法制粒机工作是的满负荷用电比约为60%，因此，实际用电量应比理论计算少。所以，最终节能降耗的效果会比理论计算的更好。

表1 两种不同制粒工艺设备的主要参数（与能耗无关的技术参数省略）

表2 两种不同制粒工艺在年产量为225000 kg条件下用电量对比

(4) 两种不同制粒工艺的经济性分析。

以上比较分析了能耗（用电量），能耗的降低本身就表示着运行成本的降低，但运行成本的降低不仅是能耗，还应包含人工等其他运行费用，下面同样以年产225000 kg列表作出具体分析，见表3。

表3 两种不同制粒工艺在年产量为225000 kg条件下运行成本对比

从以下运行成本分析，选用重压法干法制粒在相同产量的情况下，每年可节约生产运行费用22.5万元，相当于运行四年可再买3台重压法干法制粒机，可见经济性之良好。

7 重压法干法制粒机实用性生产实例分析

由上海天祥•健台制药机械有限公司与江西汇仁药业共同研制开发的重压法干法制粒工艺及设备，对多潘立酮分散片，乙酰螺旋霉素片，右旋布洛芬片和盐酸氟桂利嗪胶囊和女金胶囊产品进行了实用性生产的研究。比较分析了制剂的重量差异、含量、溶出度等指标。结果表明，以上多个产品采用重压法干法制粒生产工艺符合要求，生产成本较湿法制粒降低60%以上，在质量和经济上有替代性。

7.1 多潘立酮分散片制备

表4 多潘立酮分散片批生产处方

生产处方见表4，将处方量的多潘立酮，药用淀粉、乳糖、微晶纤维素、甲基淀粉钠预混均匀，然后上干法制粒机压成厚片，分别经1.5 mm和1.8 mm筛片整粒后外加一些微粉硅胶，混合均匀后压片。

表5 各品种重量差异

7.2 经重压法干法制粒工艺设备做成的颗粒，分别进行标准压片或胶囊充填，经重量差异检验全部合格。

7.3 采用各品和标准检测含量及溶出度，结果表明所试验的产品均符合标准要求。

结论：研究结果表明，重压法干法制粒工艺及设备是可行的，与湿法制粒相比干法制粒工艺制成的颗粒细粉量比湿法高，颗粒完整性、流动性、可压性方面均较湿法工艺制成的颗粒相对差一些，因此，需要对干法制粒的颗粒处方进行调整。但是由于重压法干法制粒工艺设备成本较传统的湿法制粒工艺流程短、成本低，较滚压法干法制粒设备结构简单、制造成本低、得益率高是该工艺设备应用最突出的优点。

因而重压法干法制粒工艺及设备在当前节能环保、低碳、经济中有着重大的意义。