如果您正在寻找安全生产微粉的方法，一直受微粉粒径不均、成品收集率低等问题的困扰，阅读此文即可找到解决方案。
韦广海台州普渡机械设备有限公司总经理台州普渡机械设备有限公司总经理韦广海在+1大会·云—国际制药产业云峰会“综合装备专场论坛“分享《API微粉技术应用》，为大家详细介绍了API粉碎技术。本文全部内容根据嘉宾报告内容整理，并经演讲嘉宾本人确认并同意公开分享。
微粉生产的行业痛点：粉尘爆炸风险、物料特性（粘性/静电）导致无法连续化生产、成品收集率低、交叉污染的风险
微粉碎是API生产的关键工艺，同时也存在一些让企业颇为困扰的情况。其一：API微粉过程中粉尘爆炸的风险，据相关行业数据统计显示，粉尘爆炸国内外均存在很多爆炸的案例。比如：年美国一家知名的药企发生了一次非常严重的爆炸，造成多人死伤。其二：微粉生产过程中可能遇到物料具有粘性或者产生静电，无法控制粒径均一性及实现连续化生产。其三：微粉生产中物料出现板结，产品收集率低。其四：粉碎机符合GMP的要求和达到使用的标准，规避异物脱落及交叉污染的风险。
粉尘爆炸的原理及解决方案
粉尘爆炸是物料的理化性质、点火能及含氧量综合达到爆炸条件时发生
粉尘爆炸是在一定的温度、压力和空间条件下，可燃性的粉尘瞬间产生很大的热量发生，会对生产环境、设备和人员造成巨大的伤害。
爆炸的关键条件：其一是物料的静电特性（粉尘的理化型），也就是在粉碎过程当中或者在粉尘碰撞过程当中，会带来一定的静电或者产生一点静电火花，此时粉尘可达到非常快的燃烧速度。其二是点火能，它是爆炸过程当中物料对点火的敏感性，也是粉尘爆炸的两个关键的物料特性之一。另一个非常重要的因素就是含氧量，氧气是注燃剂，在爆炸过程当中，如果有大量的氧气参与，粉尘爆炸的风险会越高，爆炸的危害会越大。
防止粉尘爆炸，可使用氮气粉碎，设计氮气循环进行二次利用，形成氮气闭路可大幅节省成本
在粉碎过程当中，特殊物料的粉碎存在非常大的安全隐患。如何防止粉尘爆炸需要从物料的特性，理化性能和点火能处着手。然而物料本身的特性从根本上是没办法改变，因此只有从氧气方面进行解决。
目前整个医药领域的粉碎设备大多数是使用气流粉碎机，或者通过机械式的剪切来达到粒径的需求。对于防爆粉碎设计需求，行业内普遍应用氮气粉碎防止粉尘爆炸。在此提醒大家，氮气粉碎也不是万能的，在物料（比如富氧高能的化合物：硝基物、叠氮物、氯化铵等）缺氧能自燃或者分解爆炸的条件下，同样是起不到保护作用的。
目前，市场上部分企业的氮气粉碎机是设计成开路的，即氮气参与一次性粉碎之后直接就排空了。如何让氮气重复利用达到节约投资及运营成本的目的，普渡提供了一种氮气循环进行二次有效利用的工艺技术，通过氮气循环,可以大大节约设备的投资成本及运行成本。
以实例为证：项目背景是产能每小时50公斤，粒径Dum，针对氮气开路和氮气闭路进行投资及运营成本的核算，结论是氮气闭路较开路可节约投资成本万元，运营成本万元/年，维护成本5.5万元/年。
微粉粒径控制的重要性及解决方法
控制微粉的粒径均一性，可提高溶出度
粒径对溶出的影响比较大，所以要进行粒径控制。通过对客户使用的细粉和粗粉的对比，细粉的生物利用度大概能提高20%左右。比如利伐沙班，利伐沙班的粒径在10um的条件下，溶出度只有大概76%；粒径在7um条件下溶出度大概有85%；在5um的条件下溶出度可以达到90%。
根据数据分析：粒径越细和越均一，整个体表面积就越大，相对来说，溶出度会提高。同时，溶质在表面容积的边界层厚度跟溶出度也会存在巨大的变化。
控制粒径均一性的解决方法，找到关键控制因素，优化设计粉碎设备
目前微粉生产主流应用的设备是气流粉碎机，气流粉碎机由三大结构组成：精准喂料控制系统，粉碎的整个腔体及收集的腔体。
粒径控制的方法之一：优化螺杆设计实现精准喂料控制系统的恒定均一
气流粉碎机本身就是动能和质量能的转换，首先要保证质量守恒，即喂料系统在恒定均一的状态下运行，精准喂料控制系统对粒径控制主要通过流体、压力、压差平衡进行控制。达到精准喂料控制，使系统恒定均一的关键设计在螺杆结构。目前主要有两种结构，体积式螺杆和失重式螺杆。体积式螺杆是通过螺杆的螺距带动物料推送到粉碎腔室。而失重式螺杆是通过流量的计算，在流量的条件下，通过秤反馈给PLC来控制精准喂料的过程。
市场上常用的是螺距螺杆是通过物料的堆积，靠物料的挤压来进行喂料的。在堆积或者推送的过程当中，有些物料本身是有静电的，那么物料跟物料之间会形成一个静电的吸附，或者造成对螺杆的粘附，下料的过程出现一坨一坨的物料，下料均匀性就会非常差。
普渡对螺杆进行了优化设计，螺杆是自洁式的圆弧螺杆，物料的堆积下料改成靠圆弧的挤压进行推送下料。具备两个典型优势：第一，圆弧螺杆整个的体积和面积是均一的，它向前推进的力是比较强的，在挤压过程当中的下料是匀速的，保证了喂料的质量恒定性。第二，由于圆弧的推送和挤压，还能够起到自洁的作用，即自清扫作用，所以它的残留量也比较少.
同时针对很多物料在下料过程当中在整个舱体里面易形成搭桥、堆积的情况，普渡安装搅拌装置可达到破拱的目的。
粒径控制的方法之二：优化动能设计
动能设计首先要考虑边界的条件和参数，普渡采用模拟仿真的数据进行流体动能设计，比如压力腔、粉碎腔的温度设计，质量流量的出口以每秒多少公斤的速度。进入粉碎腔的切线速度设计，每一个点都需要对马赫速度进行精准设计，速度分布同时需要强大的数据支撑。根据流线分布，周围边缘的马赫速度高一点，中心区的马赫速度会越来越低。由于马赫速低导致物料的向心力和引力进行分离，达到粉碎的目的。
粒径控制的方法之三：优化微粉比能值控制设计
比能值是原药注册非常关键的数据之一，影响微粉比能值的因素有：研磨喷嘴的参数，它的直径、数量、面积、压力及温度值都需要经过精心设计。文丘里管，喂料系统设计的直径多长，面积多大，压力多大，温度多少，也会影响负压抽送过程当中喂料的质量和密度。其他因素还包括研磨室的流体分布，中心区施压情况，气体密度在腔体内的状态，还有研磨速度和额定功率。
根据微粉比能值目标控制的因素，普渡对微粉碎设备进行了一系列设计。比如：压力控制。目前采用整体五轴或者六轴的CAC整体加工设备，保证设备的加工精度进而保证整个喷射的角度是非常恒定的。除此之外，还需要保证整个集成中心环在安装过程中没有失误，还要考虑气体密度，因为气体会热胀冷缩，因此气体密度也要恒定，所以设备上会配置一些温度变送器实现数字化的监控。
压差设计涉及管道设计和收集仓设计，都要保证压差的平衡。压差控制收集装置上面会有很多的压差传感器，通过检测内压差反馈给PLC。PLC通过分析带动气缸进行抖动，让压差达到既定的设定值，也就是达到均衡值。因为压差过大会导致粉碎腔体内的气体紊乱，一旦气体形成紊乱，粉碎设备就无法进行粒径控制，会出现双风、鬼风、偏风、脱风等现象，这也是很多客户向我们反馈以下现象的原因之一，刚开始设备用的很好，但是用了一段时间之后就发现粒径出现很大的变化。
处理粘性物料和静电物料，保证粉碎过程连续化生产的技术方法
粉碎是粉碎加平移的过程，在平移过程中，如果物料带静电或者具有粘性，比如：利伐沙班、伊利普酮、灰黄霉素、奥利司他等，可能会在平移的表面上形成堆积。
普渡第四代气流粉碎机是一个圆弧面，市场上传统粉碎机结构是一个斜面或者是平面，这样设计的原因是圆弧面的物料跟设备是点对点的接触，物料再粘，静电再强，没有立足点，粉碎过程中气体稍微一带动就把粘的物料吹散掉了。但是平面和斜面是面跟面接触，它有很强的立足点，没有圆弧轨迹，无法通过气体的扫射来解决生产中出现堆积的问题。
粉碎机在粉碎过程当中把整个腔体全部充满，在充满的同时，物料由于气体的带动跟粉碎环是不断撞击的，撞击过程当中，由于物料特性不可避免造成粉碎环堵掉和板结。
普渡将超级气流粉碎机的粉碎环设计成凹凸面，对比规则圆形的常见设计，凸面就是喷嘴的射流点，凹面其实就是吹扫区域，喷嘴射出之后，达到第二个点时可形成动态压力。为什么叫做动态压力？因为斜管就是物料的落位区，物料落到P1的动态点，由于带动物料的整个速度会越来越慢，里面的凹面由于跟物料不接触，它的速度是恒定的，所以说P2的静态压力始终是高于P1的动态压力。
使用粉碎腔室采用蝶形凹凸设计、圆弧过渡减少与腔室接触面积，防止物料粘壁，同时可有效的解决粉碎盘内板结及出料不畅。
提升产品收集率及降低交叉污染风险的方法
在微粉生产过程中，粘性和静电物料会不断造成吸附，影响产品的收率。针对这个问题，普渡在出料口设计了负压的辅助下料，可以有效解决静电物料粘附布袋的问题，通过文丘里管产生的真空，对布袋内的粘附进行清灰，辅助下料，防止静电粘附。
同时，布袋固定方式采用挂装式，可通过气缸上下调节至便于人工拆装的位置，减少登高的风险。也可避免物料粉尘对人体的伤害。通过内部的结构设计，在拆装过程中就非常便捷。同时员工跟物料不存在接触的风险。
物料通过采用单点收集，整个气固分离在滤袋内完成，收益率可≥98%，同时对操作人员具有较好的保护。