单元操作-粉碎混合.ppt

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1、第十六章固体制剂的单元操作第一节粉碎与分级一、固体的粉碎（一）概述固体的粉碎是将大块物料借助机械力破碎成适宜程度的颗粒或细粉的操作。粉碎的主要目的在于减少粒径，增加比表面积（m2/m3或m2/kg）。一般而言，当颗粒形状一定时颗粒的比表面积与其大小成反比，即颗粒越小，比表面积越大。通常把粉碎前粒度D与粉碎后粒度d之比称为粉碎度或粉碎比（n）。固体药物的粉碎操作对制剂过程有一系列的意义。①固体药物的吸收首先需要溶解，细粉有利于提高难溶性药物的溶出速度以及生物利用度；②有利于固体制剂中各成分的混合均匀

2、，混合度与各成分的粒径有关；③有利于提高固体药物在液体、半固体、气体中的分散性，并可以提高制剂质量与药效，如混悬剂、软膏剂、气雾剂等；④有助于从天然药物中提取有效成分等。显然，粉碎对药品质量的影响很大。但必须注意粉碎过程可能带来的不良作用，如晶型转变、热分解、粘附与凝聚性的增大、堆密度的减少、粉末表面上吸附的空气对润湿性的影响，粉尘污染、爆炸等。（二）粉碎机理和粉碎能量1．粉碎机理物质依靠其分子间的内聚力而聚结成一定形状的块状物。粉碎过程主要依靠外加机械力的作用破坏物质分子间的内聚力来实现的。被粉

3、碎的物料受到外力的作用后在局部产生很大应力或形变。开始表现为弹性变形，当施加应力超过物质的屈服力时物料发生塑性变形，当应力超过物料本身的分子间力时即可产生裂隙并发展成为裂缝，最后则破碎或开裂。被粉碎物质可分塑性物质和弹性物质。塑性物质的破碎经过较长的塑性变形阶段；弹性物质的破碎几乎不经过塑性变形阶段，到屈服点后迅速破碎成碎块。被粉碎物料迅速恢复弹性，变形时以热能释放能量，所以粉碎操作经常伴随温度上升。粉碎过程常用的外加力有：冲击力（impact）、压缩力（compression）、剪切力（cutt

4、ing）、弯曲力（bending）、研磨力（rubbing）等[1]，参见图16-1。被处理物料的性质、粉碎程度不同，所需施加的外力也不同。冲击、压碎和研磨作用对脆性物质有效，纤维状物料用剪切方法更有效；粗碎以冲击力和压缩力为主，细碎以剪切力、研磨力为主；要求粉碎产物能产生自由流动时，用研磨法较好。实际上多数粉碎过程是上述的几种力综合作用的结果。一种物料，在大粒径时主要表现为弹性行为，小粒径时则主要表现为塑性行为，因此粉碎较大颗粒时，粒径受粉碎装置的特性以及外力的施加方式的影响较大；粉碎细粒时，粒

5、径受物质本身性质的影响较大。2．粉碎能量的消耗从理论上结晶性物料的强度可以用分子（或原子）间引力（attractiveforce）或排斥力（repulsiveforce）计算，但实际测定结果比理论值小得很多。实际物料中存在的裂缝或不规则结构，在这些断层附近应力集中，在较小力作用下裂缝迅速长大以至破碎。随着粉碎过程的进行物料粒径越小，粒子内部裂缝数目越少，粉碎所需能量越大，越不易粉碎。一般来说粉碎过程所需要能量消耗于粒子破碎时新增加的表面能、未粉碎粒子的变形、粉碎室内的粒子的移动、粒子间和粒子与粉碎

6、室间的摩擦、振动与噪音、设备转动等。研究结果表明，粉碎所需要的总能量是新生表面能的100～1000倍，即消耗于产生新表面的能量在总消耗能量中只占0.1%～1%[2]。粉碎操作的能量利用率非常低，因此如何提高粉碎的有效能量是粉碎操作研究的主攻方向之一。粉碎过程受物料的物性、形状、大小、设备、作用力、操作方式等复杂条件的影响，很难用精确的计算公式来描述能量的消耗。科学家们曾提出过不少经验理论与计算公式，本节介绍其中著名的三个能量学说。（1）Rittinger学说：是在1867年提出，“粉碎所需的能量与

7、表面积的增加成正比”，Rittinger学说适用于数十μm～数百μm粒度范围的细粉碎中，因为细碎中表面积的增加比较显著。而且适用于脆弱的物料的粉碎。（2）Kick学说：是在1885年提出，“粉碎所需的能量与粒子体积的减少成正比”，Kick方程适用于数mm～数十mm粒度范围的粗碎中，因为粗碎时体积的变化较为显著。此时的能量消耗只与粉碎比（D1/D2）有关，与粒径大小无关。即，粒径为600mm的粒子粉碎成300mm的粒径所需的能量与粒径为200mm的粒子粉碎成100mm的粒径所需的能量相同。（3）Bo

8、nd学说：是在1952年提出，“粉碎所需的能量与颗粒中裂缝的长度成正比”，或者说粉碎所需的能量与粒径的平方根成反比。该理论介于Rittinger学说与Bond学说之间。为了便于应用提出了功指数（workindex）的概念。功指数是将粒度为无穷大（D1=∞）的粒子粉碎成D2=100μm时所需的能量，功指数在一定程度上表示粉碎物料的难易程度，功指数小的物料可碎性或可磨性较高。近年来，功指数成了比较粉碎操作效率的最有用方法之一。功指数可由实验测定。以上介绍三种粉碎能量的规律。对整个粉碎过