粉碎原理與設備

第三章粉碎原理與設備中藥制藥設備全國中醫(yī)藥行業(yè)高等職業(yè)教育十二五規(guī)劃教材在制藥生產中，常需要將固體原藥材或原藥材提取物適度粉碎，以便以后生產。粉碎是藥材前處理的重要操作單元。粉碎是借助機械力或其他方法將大塊固體物料破碎成適宜程度的碎塊或細粉的操作過程。粉碎技術直接關系到藥品的質量和應用性能。第一節(jié)概述一、粉碎的含義：粉碎是機械力破壞物質分子間內聚力的過程，是機械能部分轉變成表面能的過程。1、增加藥物的表面積,促進藥物的溶解與吸收;2、有利于制備各種劑型；3、加速藥材有效成分的浸出；4、便于調配、服用和發(fā)揮作用；5、便于新鮮藥材的干燥和貯存。二、粉碎的目的:粉碎過程常用的機械力有撞擊、擠壓、彎曲、研磨、剪切、劈裂、搓削等。三、粉碎過程作用力類型四、粉碎方法與粉碎機的類型中藥以天然動、植物及礦物為主題，不同的中藥有不同的組織結構和形狀，生產工藝對粉碎度的要求也不相同，根據藥物性質、生產要求及粉碎設備的性能，可采用不同的粉碎方法，如單獨粉碎與混合粉碎、干法粉碎與濕法粉碎及低溫粉碎、超微粉碎等。（一）粉碎的方法：（二）粉碎機的類型粉碎機機械式粉碎機氣流粉碎機低溫粉碎研磨機齒式粉碎機錘式粉碎機刀式粉碎機渦輪式粉碎機銑削式粉碎機壓磨式粉碎機球磨機乳缽研磨機膠體磨（1）齒式粉碎機：由固定齒圈與轉動齒盤的高速相對運行，對物料進行粉碎（含沖擊、剪切、碰撞、摩擦等）的機器。

（2）錘式粉碎機：由高速旋轉的活動錘擊件與固定圈的相對運動，對物料進行粉碎（含錘擊、碰撞、摩擦等）的機器。錘式粉碎機又分活動錘擊件為片狀件的錘片式粉碎機和活動錘擊件為塊狀件的錘塊式粉碎機。

（3）刀式粉碎機：由高速旋轉的刀板（塊、片）與固定齒圈的相對運動對物料進行粉碎（含剪切、碰撞、摩擦等）的機器。并帶有分級功能的粉碎機器。

（4）渦輪式粉碎機：由高速旋轉的渦輪葉片與固定齒圈的相對運動，對物料進行粉碎（含剪切、碰撞、摩擦等）的機器。

（5）壓磨式粉碎機：由各種磨輪與固定磨面的相對運動，對物料進行碾磨性粉碎的機器。

（6）銑削式粉碎機：通過銑齒旋轉運動,對物料進行粉碎的機器。1、機械式粉碎機機械式粉碎機是以機械方式為主進行粉碎的機械，它又分為：

（1）球磨機：由瓷質球體或不銹鋼球體為研磨介質的機器。

（2）乳缽研磨機：由立式磨頭對乳缽的相對運動，對物料進行研磨的機器。

（3）膠體磨：由成對磨體（面）的相對運動，對液固相物料進行研磨的機器。2、氣流粉碎機是通過粉碎室內的噴嘴把壓縮空氣（或其他介質）形成氣流束變成速度能量，促使物料之間產生強烈的沖擊、摩擦達到粉碎的機器。3、低溫粉碎機是經低溫（最低溫度-70℃）處理，對物料進行粉碎的機器。4、研磨機研磨機是通過研磨體、頭、球等介質的運動對物料進行研磨，使物料研磨成超細度混合物的機器。它又分為：五、粉碎過程中的能耗假說物料的破碎是偶然的，很多顆粒受到的撞擊力不足以使其破碎，而是在一個特別猛烈的作用力下才會破碎。有人認為，最有效的磨碎機只利用了不到1%的能量去破碎顆粒使其增加表面積，其余的能量則消耗于以下幾個方面：（1）未破碎顆粒的彈性變形；（2）物料在粉碎室里的來回運轉；（3）顆粒間的摩擦；（4）顆粒與粉碎機之間的摩擦；（5）發(fā)熱；（6）振動和噪音；（7）傳動機構和電機的無效耗費。六、影響粉碎的因素影響粉碎效果的因素可分為內在因素和外在因素，固體物料本身的性質是影響粉碎的主要因素，決定了粉碎作用力的選擇，也決定了設備類型的選擇。內在因素又可從宏觀角度和微觀角度來分析。（一）微觀角度1、晶體藥物：晶體藥物具有一定的晶格，有相當的脆性，所選設備需要沿著晶體的結合面使其破碎成小晶體。2、非晶體藥物：非晶體藥物因其分子排列不規(guī)則當外界機械力施加時，藥物因具有彈性發(fā)生變形而不易碎裂。（二）宏觀角度1、硬度，即物料的堅硬程度，反映了物料對磨耗的抵抗性。2、脆性，反映了物料塑變區(qū)域的長短,脆性大,塑變區(qū)域小,易粉碎。3、韌性，韌性與脆性相反，受外力時雖然變形但不易折斷。1、水分，一般認為水分越小越易于粉碎,水分>4%時粘著性增大。2、溫度，溫度升高不利于粉碎,物料變軟變粘,甚至成分分解。3、粉碎度，粉碎度也稱粉碎比，粉碎前粒徑與粉碎后粒徑之比。粉碎度越小，粉碎后的粒子越小。4、粉碎時間，隨著粉碎時間的增加，物料粒度也越細，一定時間后細度將不再改變，及時排除細物料，有利于粉碎。5、粉碎方法，采用濕法粉碎比干法粉碎獲得的物料更細一些。6、進料粒度，進料粒度過大，不宜喂料，不利粉碎，粒度過小，粉碎比減小，效率降低。7、進料速度，進料過快，不利粉碎。8、細粉的產生，細粉的產生，起到緩沖作用，不利粉碎，應及時排出。（三）外界因素萬能粉碎機利用活動齒盤和固定齒盤間的高速相對運動，使被粉碎物經齒沖擊，摩擦及物料彼此間沖擊等綜合作用獲得粉碎。

第二節(jié)粉碎機械設備一、萬能粉碎機1、結構萬能粉碎機由機座、電機、加料斗、粉碎室、固定齒盤、活動齒盤、環(huán)形篩板、抖動裝置、出料口等組成。固定齒盤與活動齒盤成不等徑同心圓排列，對物料起粉碎作用。在粉碎過程中會產生大量粉塵，故設備一般都配有粉料收集和捕塵裝置。萬能粉碎機是以沖擊力為主，伴有撕裂、研磨作用的粉碎設備。物料從加料斗經抖動裝置進入粉碎室，靠活動齒盤高速旋轉產生的離心力由中心部位被甩向室壁，在活動齒盤和固定齒盤之間受鋼齒的沖擊、剪切、研磨及物料間的撞擊作用而被粉碎，最后物料到達轉盤外壁環(huán)狀空間，細粉經環(huán)形篩由底部出料，粗粉在機內重復粉碎。萬能粉碎機.mp42、工作原理3、常見故障及排除方法4、特點與應用范圍萬能粉碎機結構簡單，操作維護方便，粉碎強度大，適用于多種干燥物料的粉碎，如結晶性藥物、非組織性脆性藥物、植物藥材的根、莖、葉等，但不宜粉碎含大量揮發(fā)性成分的物料、熱敏性及粘性物料。二、柴田式粉碎機柴田式粉碎機屬于機械沖擊式粉碎機，既有高速旋轉甩盤上打板的撞擊力，又有打板棱角對物料的刀削力、摩擦力等多種破碎動力，是目前中藥廠常用的粉碎設備。甩盤裝在動力軸上，甩盤上有6塊打板，主要起粉碎作用。擋板在甩盤和風扇之間，呈輪狀附于主軸上，可以左右移動擋板盤調節(jié)擋板與甩盤、風扇之間距離，控制藥粉的粗細（如向風扇風向移動藥粉就細，向打板方向移動藥粉就粗）和粉碎速度，但也有部分粉碎作用。風扇安裝在出粉口一段，由3~6塊風扇板制成，附于主軸上，借轉動產生風力，使細粉自出料口經輸粉管吹入藥粉沉降器中，由下口放出藥粉。柴田（錘擊）式粉碎機.mp41、結構與原理柴田式粉碎機由機殼、加料斗、甩盤、打板、擋板、風扇、電動機等組成。柴田式粉碎機屬于機械沖擊式粉碎，具有效率高,粉碎比大，結構簡單，運轉穩(wěn)定等特點。適合于中、軟硬度物料的粉碎。這種粉碎機不僅具有沖擊和摩擦兩種粉碎作用，而且還具有氣流粉碎作用。超細粉體產品沖擊式粉碎機由于是高速運轉，要產生磨損問題、發(fā)熱問題，對熱敏性物質的粉碎要注意采取適宜措施。2、特點和應用范圍3、操作要點

（1）開動粉碎機前檢查各部件安裝是否牢固，擰緊螺絲；

（2）關閉粉碎室蓋，開動機器空轉至正常轉動；

（3）由少至多逐漸添加藥料進行粉碎；

（4）收集粉碎后的產品；

（5）粉碎完成后，必須在粉碎機內物料全部排出后方可停機；

（6）對粉碎產品進行包裝并清場；

（7）更換產品時，應徹底清除機膛、沉降器及管路，以防造成交叉污染，保證物料質量。球磨機是物料被破碎之后，再進行粉碎的關鍵設備。是一種廣泛使用的粉碎器械，特別適用于中藥細料藥的加工。三、球磨機球磨機的基本結構包括球罐、研磨介質、軸承及動力裝置等。球罐一般呈圓柱形筒體，由鐵、不銹鋼或瓷制成，固定在軸承上，由電動機通過減速器帶動旋轉。研磨介質一般多為鋼制或瓷制圓球，盛放于球罐內。1、結構由電機通過皮帶輪帶動罐體繞水平軸線回轉，時罐體內的研磨介質被帶到一定高度后由于重力作用拋落，物料借助圓球落下時的撞擊、劈裂作用以及球與球之間、球與球罐壁之間的的研磨、摩擦從而被粉碎。2、工作原理球磨機工作原理.avi球磨罐體的回轉速度是影響球磨機粉碎效果的主要因素。過緩和過快都無法讓球磨介質向下拋落，達不到最佳粉碎效果。通常球磨機的轉速在40~60轉/分之間，正常工作轉速下，研磨介質的落下角度為45°，對于難粉碎物料，可適當調節(jié)轉速使落下角度至60°，以提高粉碎效率。另外研磨介質的粒徑、大小配比、填充率以及被粉碎物料用量、濃度均會影響球磨機的粉碎效果。3、影響球磨機研磨效果的因素球磨機的粉碎程度高，適應性強，對多種類型物料如結晶性藥物、引濕性藥物、浸膏、揮發(fā)性藥物以及貴重藥物均可粉碎。球磨機即可干法粉碎，又可濕法粉碎，還可在無菌條件下進行粉碎和混合。設備有間歇式、連續(xù)式操作多種機型，結構簡單，維修方便。密閉性好，無粉塵飛揚。能耗大，粉碎時間長，效率低。操作時噪音較大，并伴有較強的振動。4、特點及應用范圍振動磨是目前常用的超微粉碎設備。筒體有單筒式、雙筒式和三筒式；按其特點分為慣性式、偏旋式振動磨；按操作方法分為間歇式和連續(xù)式振動磨。四、振動磨振動磨由筒體、激振器（偏心輪）、支撐彈簧、撓性軸套、研磨介質及驅動電機等部件組成。機體上緊固有磨筒，并裝配有激振器。磨機筒體通常采用優(yōu)質無縫鋼管，用以盛裝研磨介質。激振器用以把電機的轉動力矩轉化為磨機的周期振動。產生振動磨所需的工作振幅，是由安裝在主軸兩端的偏心輪組成，偏心輪可在0~180°范圍內進行調整。彈性支撐用以使磨機機體處于彈性狀態(tài)，并基本隔絕機體振動時對底座的振動沖擊。1、結構2、工作原理物料與研磨介質同裝入彈簧支撐的磨筒內，電動機通過撓性軸套帶動激振器中的偏心輪轉軸，產生周期性的激振力，使磨機筒體在支撐彈簧上產生高頻振動，磨機筒體獲得近似圓的橢圓運動，通過研磨介質本身的高頻振動、自轉運動及旋轉運動，使研磨介質之間、研磨介質與筒體內壁之間產生強烈的沖擊、研磨、剪切等作用而對物料進行有效粉碎。振動膜主要技術參數及影響因素有：振動強度、振幅、振動頻率、研磨介質形狀、大小、填充率及研磨筒體尺寸等。振動磨超微粉碎.flv3、特點及應用范圍（1）振動磨對于纖維狀、高韌性、高硬度物料均可適用，粉碎能力較強；（2）振動磨既可干法粉碎，也可濕法粉碎；（3）封閉式結構、可通入惰性氣體用于易燃、易爆、易氧化物料的粉碎；（4）可通過調節(jié)磨機筒體外壁夾套冷卻水的溫度和流量來控制粉碎溫度。優(yōu)點：振動磨是利用圓筒的高頻振動，筒中的鋼球或鋼棒介質依靠慣性力沖擊物料，因此具有結構緊湊、體積小、重量輕、能耗低、產量高、粉磨粒度集中、流程簡化、操作簡單、維修方便、襯板介質更換容易等優(yōu)點。缺點：機械部件強度及加工要求高，振動噪音大。五、氣流粉碎機氣流粉碎機亦稱流能磨，利用高速彈性流體（300-500m/s的壓縮空氣或惰性氣體）作為粉碎動力，在高速氣流作用下，使物料顆粒間相互激烈沖擊、碰撞、摩擦，以及氣流對物料剪切作用，進而達到超細粉碎，同時進行均勻混合。氣流粉碎機與旋風分離器、除塵器、引風機組成一整套粉碎系統(tǒng)。壓縮空氣經過濾干燥后，通過拉瓦爾噴嘴高速噴射入粉碎腔，在多股高壓氣流的交匯點處物料被反復碰撞、磨擦、剪切而粉碎，粉碎后的物料在風機抽力作用下隨上升氣流運動至分級區(qū)，在高速旋轉的分級渦輪產生的強大離心力作用下，使粗細物料分離，符合粒度要求的細顆粒通過分級輪進入旋風分離器和除塵器收集，粗顆粒下降至粉碎區(qū)繼續(xù)粉碎。氣流粉碎機組1、氣流粉碎機的類型（1）對噴式氣流粉碎機

物料通過螺旋進料器進入粉碎腔后，由數個相對設置的噴嘴噴匯出高速氣流沖擊能，及氣流急速膨脹呈流化床懸浮沸騰而產生的碰撞、摩擦力對物料進行粉碎。氣流粉碎機主要有一下幾種類型：扁平式氣流粉碎機、流化床對噴式氣流粉碎機、循環(huán)管式氣流粉碎機、對噴式氣流粉碎機、靶式氣流粉碎機。（2）扁平式氣流粉碎機

作為粉碎動能的高壓氣流進入粉碎腔外圍的穩(wěn)壓儲氣包作為氣流分配站，該氣流經過拉瓦爾噴嘴加速成超音速氣流后進入粉碎磨腔，同時物料經文丘里噴嘴加速導入粉碎磨腔內進行同步粉碎。（3）循環(huán)管式氣流粉碎機

環(huán)式氣流粉碎機主要結構有加料斗、送料器、粉碎室、分級器、出料口、噴嘴等。原料由文丘里噴嘴加入粉碎腔，高壓氣流經一組噴嘴噴入不等徑變曲率的跑道形循環(huán)管式粉碎腔，加速顆粒使之相互沖擊、碰撞、摩擦而粉碎。循環(huán)管式氣流粉碎機工作原理高壓氣體經一組研磨噴嘴加速后高速射入不等徑跑道形循環(huán)式粉碎室，待粉碎物料經送料器進入高速氣流中，由于管道內外徑不同，因此氣流及物料在管道內的運行軌跡、速度不同，致使顆粒之間、氣體與顆粒之間、顆粒與器壁及其它部件之間相互產生強烈的沖擊、剪切、摩擦作用，從而達到粉碎目的。在離心力的作用下，大顆粒靠外層運動，小顆粒靠內層運動，細顆粒達到一定細度后，在射流繞環(huán)形管道運動產生的向心力的作用下向內層聚集，最后由排料口排出機外，而粗顆粒則繼續(xù)沿外層運動，在管道內繼續(xù)循環(huán)被粉碎。（4）流化床式氣流粉碎機流化床式氣流粉碎機是壓縮空氣經拉瓦爾噴咀加速成超音速氣流后射入粉碎區(qū)使物料呈流態(tài)化（氣流膨脹呈流態(tài)化床懸浮沸騰而互相碰撞），因此每一個顆粒具有相同的運動狀態(tài)。

（5）靶式氣流粉碎機靶式氣流粉碎機是利用高速氣流攜帶物料沖擊在各種形狀的靶板上進行粉碎的設備。除了物料與靶板發(fā)生了強烈碰撞外，還發(fā)生物料與粉碎室壁多次的反彈粉碎，因此，粉碎力特別大，尤其適用于粉碎高分子聚合物、低熔點熱敏性物料，以及纖維狀物料。可根據原料性質和產品粒度的要求選擇不同形狀的靶板。氣流粉碎機.mp4（1）產品細度均與，粒度分布較窄、顆粒表面光滑、顆粒形狀規(guī)則、純度高、活性大、分散性好。（2）產品受污染少。因為氣流破碎機是根據物料的自磨原理而對物料進行粉碎，粉碎腔體對產品的污染少，因此特別適于藥品等不允許被金屬和其他雜質沾污的物料粉碎。（3）適合粉碎低熔點和熱敏性材料及生物活動制品，因為氣流粉碎機以壓縮空氣為動力，壓縮氣體在噴嘴處的絕熱膨脹會使系統(tǒng)溫度降低，所以工作過程中不會產生大量的熱。（4）可在無菌狀態(tài)下操作。（5）生產過程連續(xù)，生產能力大，自控、自動化程度高。

（6）實現(xiàn)聯(lián)合操作。因為當用過熱高壓飽和蒸汽進行粉碎時，可同時進行物料的粉碎和干燥，并可作為混合機使用；物料在粉碎的同時，可噴入所需濃度的溶液，以此覆蓋固體細顆粒，以形成包覆層和進行表面改性，因此，氣流粉碎可與粉碎外表包覆及表面改性相結合。2、氣流粉碎的的特點六、錘擊式粉碎機由有帶有襯板的機殼、高速旋轉的旋轉主軸（軸上安裝有許多可自由擺動的T型錘）、加料斗、螺旋加料器、篩板以及產品排出口等組成。依靠高速運動的擊錘和物料之間的相互摩擦、碰撞使物料粉碎。1—T形錘；2—加料斗；3—螺旋加料器；4—產品排出口；5—篩板適用于脆性、韌性物料以及中碎、細碎、超細碎等的粉碎要求，不適合于粘性物料的粉碎。七、電動乳缽、沖缽（搗桶）、鐵碾船八、膠體磨膠體磨由不銹鋼、半不銹鋼膠體磨組成，膠體磨的基本原理是——流體或半流體物料通過高速相對連動的定齒與動齒之間，使物料受到強大的剪切力，磨擦力及高頻振動等作用，有效地被粉碎、乳化、均質、溫合，從而獲得滿意的精細加工的設備。相對于壓力式均質機，膠體磨首先是一種離心式設備，它的優(yōu)點是結構簡單，設備保養(yǎng)維護方便，適用于較高粘度物料以及較大顆粒的物料。它的主要缺點也是由其結構決定的。首先，由于作離心運動，其流量是不恒定的，對應了于同粘性的物料其流量變化很大。膠體磨的特點九、羚羊角粉碎機專利產品——齒輪銼它是上部為進料斗，下部為機箱，機箱下有擺動篩，箱內有齒輪，多片齒輪貫穿在一根傳動軸上，與貫穿在另一傳動軸上對應位置的齒輪嚙合，上述齒輪的齒上帶牙尖，齒輪內有徑向壓力彈簧，彈簧內為傳動軸，上述彈簧的外緣連齒輪，內緣連傳動軸；箱外主傳動軸的齒輪與另一傳動軸的同齒數齒輪嚙合，主傳動軸經減速器連電機。本裝置效率高，同原料、同細度、