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液体混合机理和液体混合设备结构和工作原理

一、固体混合机理
  用机械或流体流动的方法推动两种或两种以上的物料相互分散成均匀体系的过程叫混合。通常起推动作用的机械叫搅拌器。参加混合的物料可以是液体,也可以是固体。混合形式有液体与液体、固体与固体、固体与液体等三种基本方式。
  搅拌器内固体颗粒的运动状态是多种形式的。在进行固体颗粒混合时,搅拌器将传动能量传给固体颗粒,并直接推动固体颗粒随着搅拌器作对流、剪切、扩散三种不同形式的运动,形成三种不同的固体颗粒混合过程。
  1、对流混合
  固体颗粒在设备内翻转、与颗粒群一起发生位置移动的混合过程叫对流混合。在对流作用下,物料经过多次翻转、位移而达到混合。
  2、剪切混合
  由于颗粒运动产生一些平滑面,在不同成分的界面间发生剪切作用,而剪切力作用于交界面,使颗粒破碎并混合的过程就是剪切混合。
  3、扩散混合
  由于颗粒的紊乱运动而导致相邻颗粒相互交换位置所产生的局部混合叫扩散混合。当颗粒的形状、充填状态和流动速度不同时可发生扩散混合。在混合过程中,以上三种过程都同时发生,每种过程进行的程度因搅拌器结构不同而不同。
  在固体混合过程中,颗粒的性质对混合物均匀度有较大的影响。不同固体颗粒混合静置后发生的分离现象叫离析效应。颗粒粒度大小不一致容易产生离析效应,其原因是小颗粒易在大颗粒之间的缝隙中往下流动,从而导致离析现象发生。
  颗粒的形状对混合效果产生较大的影响。常见的颗粒有圆柱形、球形、粒状等经研究发现,颗粒形状不同容易导致混合程度不同。在其他条件相同时圆柱形颗粒的混合效果最好,球形最差。
  颗粒密度也是影响混合均匀程度的又一重要因素。粒度相同密度不同的颗粒由于流动速度的差异而造成混合时的分离现象,重质沉于器底,轻质浮于上部,使混合效果下降。
  颗粒的去他性质如表面状态、流动性、黏附性等都会不同程度地影响混合均匀度。

二、液体混合机械
  常见的液体混合机械有配料罐、喷射混合器等。配料罐结构简单,主要由缸体、搅拌器、缸盖等构成。物料从上部加入,混合均匀了的液体从下部流出。可以进行间歇和连续混合操作。
  喷射混合器由收缩喷嘴、喉管以及扩散器等主要部件构成。其工作原理是:高压液体从压缩段通过喷嘴高速射向扩散器时,在喉管处产生真空,将待混合溶液吸入,两溶液在喉管处即进行混合,然后经泵扩散器出口由尾管排出。高压液体和吸入待混合溶液在混合段产生了强大的剪切力,使得两种液体被破碎为很小的液体微团而扩散,达到混合的效果。

三、固体混合设备
  在药物制剂生产中,常常要将固体状态的原料药、填充剂、辅药等经粉碎筛分后再在专用设备中进行混合,混合均匀的粉体才可用于制片剂、胶囊、颗粒剂和散剂。
  1、筛分
  用筛网对物料颗粒按照粒径大小进行分等级的单元操作称为筛分。
  原料经粉碎后其颗粒粒度不均匀,需要筛分后才能进行混合。在药物生产过程中,筛分所使用的工具是标准药筛。我国的药筛是以泰勒标准和《中国药典》标准制成的。泰勒标准是以每英寸长度上含一个孔径与一个线径之和的个数(近似数)加单位目作为筛的名称,如每英寸长度上有100个单个孔径与单个线径之和的筛称为100目筛。《中国药典》共规定了九种筛号,一号筛的筛孔内径最大,九号筛的筛孔内径最小。具体情况见附录。
  制药工业中使用的筛分机械的孔径就是参照《中国药典》制成的。常见的筛分机械是圆振动筛粉机、电磁振动筛粉机。如图9—9是圆形振动机及其的结构示意图。在电动机的传动轴上装有两个不平衡的重锤,上部重锤使网筛发生水平圆周运动,下部重锤使沙网发生垂直方向运动,由此合成筛网三维运振动。物料落入筛网中心部位,经筛分后,筛网上面的粗料由出口排出,筛分出的系料由下部出口排出。其筛网直径一般伪0.4~0.5米,每台可由一至五层筛网做成。
  电磁震动筛粉机由电磁铁、筛网、架、弹簧接触器等组成,利用较高的频率与较小的振幅产生振动。筛内安装有滑轨,滑轨安装在支架上,在筛的边框上支撑着电磁震动装置,使筛网沿滑轨往复运动。物料从筛的高端加入,粗料由筛网上面的下端口排出,系料从筛网下面排出。该机振动频率高,每分钟3000~3600次,振幅小只有0.5~1 ,可以使用于粘性药分的筛分,其筛分效率高。
  2、固体颗粒混合机械
  在制药生产中常用的固体颗粒混合机械,按运动方式可分为有固定型混合机和回转型混合机两大类。现分别介绍如下。
  (1)固定型混合机
  ①槽形混合机 槽形混合机内装有螺旋桨,可将药物颗粒由外向中心集结煤油将中心药物颗粒推向两端,以达到均匀混合。槽体可绕水平轴转动,以便自槽内卸出药料。混合时间可自动控制,装料容积为80%。
  ②双螺旋锥形混合机 在双螺旋锥形混合机的混合室内安装有两根与锥体壁平行的搅拌器,这两根搅拌器连接在传动轴横臂的两端,在传动轴驱动下进行圆周运动,同时又发生自转。被混合的固体颗粒在螺旋桨自转推动下自底部上升,在公转作用下在全容器内作循环运动,短时间内(2~8分钟)即可达到混合均匀。
  (2)回转型混合机
  ① 形混合机
  该机由两个长短不一的圆筒按 形焊接而成,其夹角一般是80°,每个圆筒设置有密封盖,可通过抽真空的方法将物料抽入圆筒中,因而可以进行无菌混合操作。当设备旋转时,筒内物料不停地进行分离与混合的运动,在较短的时间内达到混合。
  形混合机的转速一般控制在临界转速的30%~80%左右(8~20r/min),其装料容积是30%,主要用于粉体的混合。
  ②二维运动混合机
  滚筒式混合机是典型的二维运动混合机,其主要结构部件是机座、电动机、混合筒、传动系统和筒内螺旋桨叶片组成。在启动电机后,混合筒既转动又摆动,筒内螺旋桨对筒中物料产生搅拌的作用,使得物料充分混合。混合筒的出料口偏离混合筒的中心线,使该机具有混合迅速、混合量大、出料便捷等特点,每批可装料 的固体物料混合。
  ③三维运动混合机
  三维运动混合机由机座、传动系统、电器控制系统、多向运行机构、混合筒等部件组成。传动系统中直接与混合筒连接的是带万向节主传动轴和从动轴。混合筒在传动轴带动下发生摆动、平移转动和摇滚运动,产生剧烈的交替脉动,物料在运动过程中所产生的涡流具有变化的能量梯度,上物了在混合过程中产生加速流动和扩散,同时避免了一般混合机因离心力的作用产生了物料偏析和积聚现象,从而阔大了该机的使用范围,可用于不同密度和不同粒度的多种物料的混合。
  三维运动混合机装料系数80%左右,混合均匀度99.9%以上,混合时间短,混合时无升温现象,由于密封性能好,因而可用于无菌混合,所以在生物制药生产中被广泛地使用。
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