捏合

捏合是指在固體物料中加入少量液體，製備均勻的塑性物料或膏狀物料的過程。這類操作在製藥業中應用廣泛。捏合操作目的：是得到均勻混合物。處理物料的粘度或表觀粘度都大於103厘泊，最高可達幾億厘泊。大多數是非牛頓流體，因此流動性極小。在捏合時，不可能象攪拌低粘度液體那樣．利用分子擴散或湍流混合。捏合操作只有對處理物料的分散和混合兩種作用。前者靠葉輪轉動時產生的剪切力，把所需處理物料拉伸、撕裂成薄片，或者把固體顆粒聚集體粉碎和分散小直徑顆粒。後者由葉輪推動物料產生相對運動，促使各物料混合。在捏合機中，物料要反覆多次受到這兩種作用，經過一段時間後，才能得到合格的產品。

## 捏合操作特點

- 捏合操作比其它任何混合操作都要困難。混合時間較長，最終只能得到統計的完全混合狀態。
- 捏合操作要在單位體積加入能量(功率)很高的條件下，才能有效地操作，因此．捏合所消耗的功率很大，捏合機的工作容器較小。
- 捏合機的攪拌葉輪與機壁畫間隙大小和葉輪形狀對於操作非常重要。只有間隙很小，才能產生很高的剪切力促使物料分散。葉輪形狀要適合需處理物料性質，才能控制物料在捏合機內的運動路徑和運動範圍，不斷地把物料帶到捏合有效區域。使物料中任何顆粒重複地經受有效力的作用，形成高效的捏合操作。
- 捏污操作也常伴著加熱或冷卻過程。待處理物科，特別是粘著性強的物料，很容易粘在壁面上，機內傳熱能力降低，結果造成機內物料的溫度和粘度不均勻，這對捏合機的操作性能會急劇惡化。為了保證傳熱速率，拄制操作溫度、要求捏合機的單位體積的傳熱面積很大，同時還要攪拌葉輪的葉片能夠穩定而快速地刮除傳熱面上的黏著物料，並及時送向捏台有效區域。
- 物料的進料狀況，對捏合操作極有影響。為了保證產品質量，減少功率消耗和混合時間，需預處理進料，如加入固體是微量的，且溶於某—組份中，應先將固體溶解於此組份內，再與其它組份進行捏合。在連續捏合機中，物料的預處理對保證捏合操作性能和產品質量尤為重要。

將溶液逐次加入不溶於該液體的固體顆粒中進行混合，液體與顆粒間的狀態可分為：懸擺狀、繩索狀、毛細管狀和泥漿狀。

- 懸擺狀：將少量液體加於固體中時，液體以毛細現象吸附在顆粒的接觸點處，液體呈不連續狀態，在顆粒的接觸點以單觸的點狀存在。固體顆粒在各接觸點處連續，存在於顆粒之間的空氣也是連續的。
- 繩索狀：在懸擺狀的液固混合物中再加入少量液體．液體在顆粒接角點以繩索狀延伸並相互連接在一起。此時液體、顆粒和空氣三者完全呈連續態。若再加入一些液體，空氣被封閉在液體之間而呈不連續狀態。
- 毛細管狀：在繩索狀的物料中再加入液體，空氣消失，成為毛細管狀。
- 泥漿狀：在水量很多的情況下，固體顆粒完全被水包圍，整個物料成泥漿狀。將液體加入固體粉末中進行混合時，即使加量很少也能引起結塊現象。如將液體全部一次加入，則會在粉末的局部結成大團，對操作很不利。因此一般操作的開始先加入少量液體，使—-部分顆粒結成小團塊．此時是糊團與顆粒混合，以懸擺狀態的形式存在。液體量增加，形成的糊團增加，糊團在運動中破碎成小顆粒。再繼續加入液體時，顆粒間相互粘附，形成一個外觀均一的大團，此時以繩索狀形式存在。而且攪拌的阻力上升很快，若對團塊緩慢的施以外力可引起變形。

通常懸擺狀混合物以壓縮法制粒，繩索狀和毛細管狀以轉動和壓出制粒，而泥漿狀物料以噴霧造粒為主。

## 捏合設備

### 小型混合器

小型混合器是一種常見的間歇式捏合機。在圓筒槽內的二塊葉片除繞葉片軸旋轉外，還作行星運動。葉片與槽壁間的間隙約0.8-1mm，葉片旋轉時，掠過整個槽周邊。於是在整個槽內，物料都被反覆攪拌和混合。捏合好後升起葉片，使圓筒槽傾斜，卸出物料。此設備清洗亦較方便。

小型混合器這類設備操作性能優劣取決於葉片運動軌跡和葉片形式。對不同所需處理物料，葉片設計成不同形式；可在真空或加壓下操作。槽的工作體積為4—1140升，電機功率消耗約0.09—45kw。一般常用於粘度較低的物料。如改變葉片形狀．則可用於高粘度物料μ＝103Pa•s的捏合。

### 雙臂捏合機

雙臂捏合機是—種間歇式捏合機。機內安裝有兩塊Z形葉片，在不同的轉速下相向旋轉，轉數比約為1．9：l，因此，機內物料受到剪切、拉伸和分散等作用。同時，推動整個物料在軸向和徑向上運動，葉片與槽壁間隙約為1mm，對物料還有擠壓作用，消除了停滯區，故物料混合良好。

機內葉片的安裝形式有兩種：二葉片相切式和二葉片部分重疊式。相切葉片在轉動時，不斷地改變相對位置，從而能快速混合物料，在單位體積內，葉片掠過的傳熱面積大，傳熱速率較大，葉片上不易纏繞物料。而部分重疊葉片，則常用於處理粘著性物料，因有自清洗作用，能防止物料粘著在葉片上面。

雙臂捏合機能處理物料的範圍很寬，其相態可以是液相，固相或固液二相，粘度以500一106cp以上。隨處理物料和操作要求不同．應適當調整葉片轉速，或將葉片設計成不同形式。

- 標準Z形葉片是所有葉片形式中應用最廣泛，有很好的混合作用，卸料和清洗都很方便。
- 分散型葉片的混合能力比Z形葉片低，但可產生更高的壓縮剪力。故多用在使細顆粒分散於粘滯物料中。
- Beken型葉片對脹塑性、豫膠狀物料的混合性能較好。在捏合開始以前，這類物料先被分割成小塊，能量消耗較小，但對粘著性強的物朴，則難於卸料和清洗。
- 單弧形葉片常用在摻和纖維強筋入塑料內的情況。
- 雙轂形葉片用在Z形葉片上易纏繞成團物料的情況。

雙臂捏合機的消耗功率，在捏合操作期間是改變的，具有一最大值。故對機械強度的計算選用電動機的規格都要以此最大值為基準。

### 密煉機

密煉機也是間歇式捏合機。在∞字形混合室內，二個轉子相同方向轉動，轉速略有不同。二轉子之間，以及轉子與混合室壁間間隙都很小，物料在這些區域內受到剪力作用，產生強有力的捏合。轉子轉速越大，捏合操作強度和捏合機生產能力也越大。故轉子的周邊速度是這類捏合機的主要因素。放大時，一般都保持轉子周邊速度相等。

物料在混合室內的充填量約占混合室體積的60％，密煉機才能正常操作。密煉機的消耗功率很大．由摩擦阻力產生的熱量就很大，為了及時移出熱量，尤其是處理熱敏性藥物口時，常在空心轉子內和混合室外，用冷卻水冷卻，同樣，如過程要求加熱，則用蒸汽加熱。密煉機的單位體積加入功率值達到6kw／升，能暈利用率較高，故屬於高強度捏合機型。

### 螺帶—螺旋式捏合機

螺帶—螺旋式捏合機類似於同類型混合機。攪拌構件之外層為螺帶並與壁面間隙較小．在內層軸心上為反向螺旋。攪拌構件轉動時，能更好地上下翻動槽內物，與普通螺帶式攪拌器比較，能量消耗降低些，混合效果更好。多用在處理粘度為9*104-106cp範圍的藥物。

### KO型捏合機

KO型捏合機為連續式單螺旋擠壓機類型之一。在機內螺旋葉輪上，每一螺旋葉片都有三個切口，在內壁上側有三列向內凹凸出的捏合齒、螺旋葉輪在機內旋轉的同時，藉助特殊傳動機構，驅別螺旋葉輪在軸向上作往復運動。當螺旋葉輪旋轉時，推送物料前進，而當往復運動時，捏合齒恰好通過螺旋葉片的切口，產生強大的捏合能力。因此，螺旋每旋轉--次，捏合齒就捏台葉片間凹槽內的藥物一次，因此在這短時間內即可達到很高的混合程度。

機殼上有夾套，可以分段加熱或冷卻，控制各段溫度，適應給定過程中熔融，捏合和冷卻等各區域的要求溫度。

KO型捏合機的捏合能力強，生產量大．現有規格範圍為50-500mm，消耗功率高達1746kw。

### M—P型捏合機

MP型捏合機為雙螺旋連續捏合機。螺旋葉片為透鏡形式，相互交錯排列在兩根軸上，當兩軸旋轉時，每一對葉片對藥物產生切割、壓縮及搓揉作用，並將藥物輸送到下一對葉片。如此多次地進行使藥物混合良好。M—P型混合機多用在不需要高強度捏合的情況。葉片及軸都可以設計成空心形式增大傳熱面積。由於葉片相互掠過和葉片掠過機內壁面，清除了壁畫及葉片面上粘著藥物，具有自清洗功能，增大了傳熱速率和防止任何死角出現。M-P型捏合機規格有50—875mm，功率可達600km。

## 捏合機的選擇

對於給定過程，適宜捏合機型式和大小的選擇，還沒有一個滿意的基準。一般來說，必須考慮下列因素。

- 給定任務在生產過程中的位置、操作目的和要求的混合程度。
- 處現物料量、各組分的相對數量、物性（如粘度、密度、潤濕性和粘著性）和各組分物性相差程度、處理物料對空氣、水或熱的敏感程度。
- 捏合過程是否要加熱或冷卻，加壓或減壓，或用惰性氣體保護操作。
- 捏合機的進料、卸料、清洗是否方便和可靠，清洗頻率等。
- 成本效益衡量，即設備費、操作費和維修費等。

考慮到上述因素的影響程度，分析類似過程，經驗地選出合適的捏合機型式。當缺乏規格和性能數據時，最好將處理物料在小型設備上進行試驗，找出捏合機型式，控制因素和操作性能，如設備的生產能力、單位質量物料的功率消耗和停留時間等，為選用或設計放大設備提供數據。