เครื่องบดย่อยแบบฟลูอิไดซ์เบด: กระบวนการ หลักการทำงาน ประเภท วัตถุประสงค์ และการตั้งค่าพารามิเตอร์

เครื่องบดย่อยแบบฟลูอิไดซ์เบด เป็นอุปกรณ์แปรรูปยาที่ใช้แปลงผงเป็นเม็ดผ่านกระบวนการคาลการอัดเม็ดแบบ LED การอัดเม็ดช่วยปรับปรุงคุณสมบัติของผงโดยเพิ่มขนาดอนุภาค ปรับปรุงการไหล และลดการเกิดฝุ่น

ภาพรวมคุณประโยชน์และการใช้งานของ Fluid Bed

ในเครื่องอัดเม็ดแบบฟลูอิไดซ์เบด กระแสลมจะเข้ามาจากด้านล่างของเบดผงเพื่อยกและเขย่าอนุภาคของแข็ง กระบวนการฟลูอิไดซ์นี้จะเปลี่ยนผงที่มีความหนาแน่นให้เป็นสถานะคล้ายของเหลวเพื่อการประมวลผลที่สม่ำเสมอและมีประสิทธิภาพมากขึ้น สารละลายยึดของเหลว (เช่น น้ำ ตัวทำละลาย) จากนั้นจึงฉีดพ่นลงบนผงที่เป็นของเหลวเพื่อส่งเสริมการเติบโตของเม็ดขณะที่อนุภาคเกาะติดกันเป็นมวลที่ใหญ่ขึ้น

แผนผังหลักการของเครื่องอัดเม็ดแบบฟลูอิดเบด

เตียงของเหลวช่วยให้ผสมและควบคุมอุณหภูมิได้ดีมาก คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้ปรับแต่งพารามิเตอร์ของกระบวนการได้ เช่น อัตราการไหลของอากาศ อัตราการพ่น อุณหภูมิอากาศเข้า และความชื้นเพื่อผลิตเม็ดพลาสติกที่มีคุณสมบัติตามต้องการ รูปแบบการออกแบบทั่วไป ได้แก่ การพ่นด้านบน การพ่นด้านล่าง และการพ่นแบบสัมผัส เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการฟลูอิไดเซชันและการพ่น

เทคโนโลยีฟลูอิไดซ์เบดสามารถผสานรวมกับกระบวนการประมวลผลรองอื่นๆ ได้อีกมากมาย เช่น การบด การเคลือบ และการอบแห้ง ขึ้นอยู่กับความต้องการ ความยืดหยุ่นนี้ทำให้การอัดเม็ดด้วยฟลูอิไดซ์เบดเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่มีประโยชน์มากที่สุดในหลายอุตสาหกรรม เช่น ยา อาหาร สารเคมี ปุ๋ย และอื่นๆ อีกมากมาย

อธิบายกระบวนการทำเม็ดด้วยฟลูอิดเบด

กระบวนการฟลูอิดเบดประกอบด้วยขั้นตอนสำคัญหลายขั้นตอน:

1. การป้อนผง

วัตถุดิบเริ่มต้น ซึ่งโดยปกติแล้วจะเป็นผงตัวพาเฉื่อยที่ผสมกับอนุภาคหรือส่วนประกอบของยาที่ออกฤทธิ์ จะถูกโหลดลงในห้องเครื่องอัดจากด้านบน ผงควรไหลได้อย่างอิสระเพื่อให้เกิดการเหลวอย่างเหมาะสม

2. การฟลูอิไดเซชันและการอุ่นล่วงหน้า

กระแสลมจะเข้ามาจากด้านล่างเพื่อยกอนุภาคขึ้น เมื่อความเร็วลมเพิ่มขึ้น จะถึงจุดที่แรงต้านเท่ากับน้ำหนักของอนุภาค และชั้นจะลอยตัวและทำตัวเหมือนของเหลว ในช่วงเวลานี้ ชั้นจะถูกอุ่นล่วงหน้าจนถึงอุณหภูมิการทำงาน

3. สเปรย์น้ำ

เมื่อชั้นของเหลวถึงสถานะและอุณหภูมิของของเหลวแล้ว สารละลายของเหลวจะถูกฉีดพ่นลงบนอนุภาคของของเหลวผ่านหัวฉีด ของเหลวนี้ประกอบด้วยสารยึดเกาะหรือสารทำให้เป็นเม็ด เมื่อหยดของเหลวสัมผัสกับพื้นผิวของอนุภาค ของเหลวจะแพร่กระจายและจับอนุภาคเข้าด้วยกันเป็นกลุ่มก้อนขนาดใหญ่ขึ้น

4. การรวมมวลแบบเปียก

เมื่อเติมของเหลวลงไปมากขึ้น เม็ดพลาสติกขนาดใหญ่ผิดปกติจะเริ่มก่อตัวขึ้น เมื่อของเหลวอิ่มตัวในระดับที่เหมาะสม เม็ดพลาสติกจะมีลักษณะเกือบเป็นทรงกลมและมีรูปร่างสวยงาม

5. การอบแห้งและการทำให้เย็น

อากาศเข้าที่ได้รับความร้อนหรือขดลวดทำความร้อนแยกต่างหากจะกำจัดความชื้นออกจากเม็ดที่เปียกเพื่อทำให้เม็ดแข็งตัว ระยะการทำให้เย็นลงจะทำให้เม็ดมีอุณหภูมิการระบายออกที่เหมาะสม

6. การคัดกรอง

เม็ดสุดท้ายจะถูกส่งผ่านตะแกรงสั่นหรือเครื่องบดเพื่อให้ได้ขนาดตามที่ต้องการ วัสดุที่มีขนาดใหญ่เกินไปจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อแปรรูปหรือบดเพิ่มเติม

ความแตกต่างระหว่างการอบแห้งแบบพ่นฝอยและการทำเม็ดแบบฟลูอิดเบดคืออะไร?

ความแตกต่างที่สำคัญก็คือการทำให้แห้งด้วยการพ่นเป็นกระบวนการขั้นตอนเดียวที่ทำให้ของเหลวหรือสารละลายแห้งเป็นผงในขั้นตอนต่อเนื่องขั้นตอนเดียว ในขณะที่การทำให้เป็นเม็ดแบบฟลูอิดเบดจะแปลงผงให้กลายเป็นเม็ดที่รวมตัวกันในขั้นตอนการทำงานหลายชุด

ในการทำแห้งแบบพ่นฝอย ของเหลวที่ป้อนจะถูกทำให้เป็นละอองผ่านหัวฉีดเข้าไปในห้องอบแห้งที่ร้อน ละอองจะระเหยจากความชื้นอย่างรวดเร็วเพื่อให้ได้อนุภาคแห้งที่เป็นของแข็งในขั้นตอนเดียว

ในฟลูอิไดซ์เบด วัสดุเริ่มต้นที่บดเป็นผงแล้วจะถูกทำให้เป็นฟลูอิไดซ์เพื่อเติมของเหลวตัวประสานและทำการแกรนูลแบบเปียกในขั้นตอนต่อไป ขั้นตอนการอบแห้งแยกต่างหากจะเปลี่ยนแกรนูลแบบเปียกให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่แข็งตัว ขั้นตอนการคัดกรอง/การบดเพิ่มเติมจะช่วยปรับเปลี่ยนการกระจายขนาดของอนุภาคอีกด้วย

ดังนั้นชั้นของไหลจึงเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของเม็ดและกลไกการเจริญเติบโตตลอดหลายเฟส ในขณะที่การทำให้แห้งแบบพ่นจะมุ่งเน้นเฉพาะจลนพลศาสตร์อัตราการแห้งของอนุภาคที่รวดเร็วในขั้นตอนเดียวเท่านั้น

พารามิเตอร์สำหรับการทำให้เป็นเม็ดแบบฟลูอิดเบดมีอะไรบ้าง?

ต่อไป คุณจะต้องทำความรู้จักกับกระบวนการทำเม็ดแบบฟลูอิดเบด พารามิเตอร์กระบวนการทั่วไปที่สามารถปรับในการทำเม็ดแบบฟลูอิดเบดได้ ได้แก่:

• อัตราการไหลของอากาศ: การไหลของอากาศที่สูงขึ้นจะทำให้เกิดการฟลูอิไดเซชันและการผสมมากขึ้น แต่สามารถหยุดการเจริญเติบโตได้หากเกิดการปั่นป่วนมากเกินไป ช่วงปกติคือ 10-100 ม3/ชม./ตร.ม.

• อุณหภูมิอากาศเข้า: โดยทั่วไปอุณหภูมิจะอยู่ที่ 40-80°C จำเป็นต้องสูงกว่านี้เพื่อให้แห้งเร็วขึ้น แต่ความไวต่อสารยึดเกาะหรือส่วนประกอบสำคัญอาจจำกัดอยู่
• อัตราการพ่นของเหลว: โดยทั่วไป 5-100 กรัม/นาที การพ่นอย่างรวดเร็วจะส่งเสริมให้เกิดผงละเอียด ในขณะที่การพ่นในอัตราที่ช้าจะทำให้เกิดการอิ่มตัวและการเติบโตอย่างไม่สามารถควบคุมได้เป็นก้อนขนาดใหญ่
• แรงดันอากาศในการละออง: 2-6 บาร์ สร้างหยดละอองละเอียดเพื่อการกระจายที่ดีขึ้น แรงดันที่สูงขึ้นช่วยปรับปรุงคุณภาพการพ่นละออง
• การกำหนดค่าหัวฉีด: ตัวเลือกการพ่นจากด้านบน ด้านล่าง หรือแบบพ่นตามทิศทาง ขึ้นอยู่กับรูปแบบการไหลที่ต้องการ สามารถใช้หัวฉีดได้หลายแบบ

• ของเหลวที่เป็นเม็ด: น้ำ ตัวทำละลาย หรือสารละลายในน้ำ ความหนืดและสารยึดเกาะส่งผลต่อกลไกการเติบโตของเม็ด
• ความชื้นของเตียง: มีผลกระทบต่ออัตราการอบแห้ง ควบคุมโดยเครื่องปรับอากาศขาเข้าหรือขั้นตอนการอบแห้งแยกกัน
• การคัดกรอง/การสี: การกระจายขนาดอนุภาคขั้นสุดท้ายควบคุมผ่านขั้นตอนการประมวลผลรองเพิ่มเติม

เครื่องบดย่อยมีจุดประสงค์อะไร?

วัตถุประสงค์หลักของเครื่องบดในการแปรรูปยา ได้แก่:

1. ปรับปรุงคุณสมบัติการไหลของผง: การทำเม็ดจะเปลี่ยนผงที่เกาะกันเป็นเม็ดละเอียดให้กลายเป็นวัสดุเม็ดที่ไหลได้อย่างอิสระ โดยเพิ่มขนาดอนุภาคเฉลี่ยและลดพื้นที่ผิว ซึ่งช่วยให้จัดการและประมวลผลวัสดุได้ง่ายขึ้นตลอดกระบวนการผลิต
2. เปิดใช้งานการผสมผสานที่สม่ำเสมอ: การผสมสารออกฤทธิ์และสารออกฤทธิ์อื่นๆ มีประสิทธิภาพมากขึ้นและเป็นเนื้อเดียวกันในชั้นของเหลว ทำให้ได้ปริมาณยาที่สม่ำเสมอในเม็ดยาหรือแคปซูลขั้นสุดท้าย การแยกส่วนจะลดน้อยลง
3. ลดระดับฝุ่นละออง: เม็ดมีการปล่อยฝุ่นละอองน้อยกว่าเมื่อเทียบกับผงละเอียด ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัย การควบคุมสิ่งแวดล้อม การป้องกันการสูญเสีย และคุณภาพ
4. พัฒนาคุณลักษณะของอนุภาค: คุณสมบัติความแข็ง ความหนาแน่น และขนาดของเม็ดจะถูกปรับแต่งระหว่างการแปรรูปเพื่อให้เหมาะกับกระบวนการปลายน้ำ เช่น การผลิตเม็ดยา การบรรจุแคปซูล รวมถึงโปรไฟล์การปล่อยยาขั้นสุดท้าย
5. ปรับปรุงเสถียรภาพ: ยาที่ไวต่อความชื้น อากาศ หรือเข้ากันไม่ได้กับส่วนประกอบอื่นสามารถทำให้คงตัวได้ภายในโครงสร้างเม็ดยาที่เสถียร อายุการเก็บรักษาจะยาวนานขึ้น

ด้วยเหตุนี้ เครื่องบดย่อยจึงมีความยืดหยุ่นและสามารถควบคุมคุณลักษณะคุณภาพที่สำคัญของผลิตภัณฑ์ยาได้อย่างมาก

ฟังก์ชันของเครื่องบดแบบฟลูอิดเบดคืออะไร?

เครื่องบดย่อยแบบฟลูอิดเบดทำหน้าที่ในการแปรรูปยาที่สำคัญหลายประการ:

1. ผลิตโครงสร้างเม็ดที่ได้รูปทรงดี: สภาวะของไหลทำให้เกิดการชนกันของอนุภาคบ่อยครั้งและอ่อนโยน ทำให้เม็ดเติบโตได้อย่างดีเยี่ยมด้วยความอิ่มตัวของของเหลวที่เหมาะสม และลดการขยายขนาดที่มากเกินไปให้เหลือน้อยที่สุด
2. ส่งเสริมการอบแห้งที่สม่ำเสมอและมีประสิทธิภาพ: การกำจัดความชื้นอย่างรวดเร็วทำได้ด้วยอัตราการถ่ายเทความร้อนสูงระหว่างอินเทอร์เฟซอากาศ-อนุภาค อุณหภูมิสม่ำเสมอซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้เกิดการแห้งเกินไปในบริเวณนั้น
3. อนุญาตให้ดำเนินการอย่างต่อเนื่อง: เครื่องฟลูอิไดซ์เบดดำเนินการหลายอย่าง เช่น การป้อนผง การทำเม็ด การทำให้แห้ง และการระบายออกในสถานะคงที่ จึงเพิ่มผลผลิตได้สูงสุด
4. เปิดใช้งานการควบคุมความแม่นยำเหนือตัวแปรกระบวนการ: สามารถวัดและควบคุมพารามิเตอร์ที่สำคัญ เช่น อุณหภูมิ การไหลของอากาศ อัตราการพ่น ฯลฯ ได้อย่างแม่นยำ เพื่อผลิตเม็ดที่มีคุณภาพสม่ำเสมอ
5. ให้การสัมผัสผงกับของเหลวที่ดี: การทำให้เป็นของเหลวช่วยให้พื้นผิวของผงทั้งหมดได้รับการฉีดพ่นเพื่อให้เกิดการรวมตัวอย่างมีประสิทธิภาพ ไม่มีบริเวณที่นิ่งเหมือนเครื่องผสมเชิงกล
6. อนุญาตให้ปรับขนาดขึ้นหรือลดขนาดได้อย่างยืดหยุ่น: รูปแบบการไหลและประสิทธิภาพของกระบวนการค่อนข้างสม่ำเสมอในภาชนะที่มีขนาดต่างกัน ดังนั้นการปรับขนาดจึงง่ายขึ้นเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีอื่นๆ

ดังที่คุณจะเห็นว่าเตียงของไหลเป็นหน่วยเอนกประสงค์ที่ใช้สำหรับกระบวนการอบแห้งที่ละเอียดอ่อน การทำเม็ด และออกแบบอนุภาคภายใต้ประสิทธิภาพและการควบคุมของกระบวนการที่เหมาะสมที่สุด

ประเภทของเครื่องบดย่อยฟลูอิดเบด

ระบบเครื่องบดย่อยฟลูอิดเบดที่ใช้กันทั่วไปมีหลายประเภท มาดูเครื่องบดย่อยฟลูอิดเบดประเภทต่างๆ ที่คุณสามารถพบได้ในท้องตลาดกัน

สเปรย์น้ำจากด้านบน

เครื่องทำเม็ดฟลูอิดเบดแบบสเปรย์ด้านบน

การออกแบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด โดยการฉีดของเหลวผ่านหัวฉีดละอองที่ด้านบนของห้องเครื่องอัดเม็ดเหนือผงที่ผ่านกระบวนการทำให้เป็นของเหลว มีลักษณะดังนี้:

• การออกแบบแนวตั้งที่เรียบง่ายและคุ้มต้นทุน เหมาะกับการใช้งานส่วนใหญ่
• การกระจายของเหลวแบบสม่ำเสมอลงบนอนุภาคของไหล
• ความเสี่ยงในการทำให้แห้งด้วยการพ่นละอองและการเกิดคราบน้อยที่สุด
• เม็ดส่วนใหญ่มีรูปร่างเป็นทรงกลมและมีรูปร่างดี

ข้อเสีย ได้แก่ การสะสมของเหลวหนาบนพื้นผิวของอนุภาค และชั้นเม็ดที่ทับซ้อนกันไม่เท่ากัน

สเปรย์น้ำจากด้านล่าง

เครื่องบดย่อยแบบฟลูอิดเบดพร้อมปุ่ม

ที่นี่ของเหลวจะถูกพ่นเป็นน้ำพุของอนุภาคของเหลวที่เคลื่อนตัวขึ้นด้านบนผ่านหัวฉีดละอองที่ฐานของห้อง ซึ่งจะให้ผลดังนี้:

• ลดการเปียกชื้นเมื่อเทียบกับการพ่นน้ำจากด้านบน
• การกระจายเวลาการอยู่อาศัยที่แคบ
• โอกาสที่อนุภาคละเอียดที่ควบคุมไม่ได้จะรวมตัวกันน้อยลง
• มีรูพรุนมากขึ้นและประสิทธิภาพการอบแห้งที่ดีขึ้น

ข้อจำกัดคือการควบคุมที่ไม่ดีของการพ่นละอองในทิศทางขึ้นในน้ำพุอนุภาคที่ไหลลง

ฟลูอิดเบดแบบสเปรย์สัมผัส

เครื่องวัดระดับของเหลวแบบสเปรย์แบบสัมผัส

หัวฉีด ตั้งอยู่ที่ส่วนกลางของเครื่องอัดเม็ดและทำมุมสัมผัสกับกระแสลมในแนวรัศมีเพื่อให้เกิดการโต้ตอบระหว่างโมเมนตัมของของเหลวและอนุภาคที่หมุนวน ข้อดี ได้แก่ การกระจายสเปรย์ที่สม่ำเสมอมากและคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ระดับกลางระหว่างตัวแปรด้านบนและด้านล่าง การผสมแบบหมุนวนทำให้ได้เม็ดทรงกลม ความท้าทายหลักคือความสามารถในการขยายขนาดที่จำกัดและความซับซ้อนในการดำเนินการ

นอกจากนี้ยังใช้การผสมผสานกัน เช่น การกำหนดค่าจากบนลงล่าง ด้านบนสัมผัส หรือสัมผัส-ล่าง โดยรวมแล้ว ความหลากหลายของชั้นของไหลและความสามารถในการปรับแต่งได้ถือเป็นประโยชน์สำคัญที่ช่วยให้บรรลุข้อกำหนดของเม็ดยาที่ต้องการได้อย่างใกล้ชิดในการผลิตยา

ซื้อกลับบ้าน

การทำแกรนูลแบบฟลูอิไดซ์เบดเป็นกระบวนการทางวิศวกรรมอนุภาคที่สำคัญในการผลิตยา โดยกระบวนการนี้จะเปลี่ยนผงให้เป็นแกรนูลทรงกลมที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว เช่น ความเสถียร โครงสร้าง การไหล และขนาด ซึ่งจะกำหนดขั้นตอนการประมวลผลปลายน้ำ รวมถึงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

ชั้นของเหลวช่วยให้สามารถดำเนินการที่สำคัญหลายอย่าง เช่น การผสม การรวมกลุ่ม การขจัดความชื้น ได้โดยตั้งค่าแบบบูรณาการอย่างต่อเนื่องและมีประสิทธิภาพภายใต้การควบคุมแบบแปรผันที่แม่นยำ พร้อมการผสานรวมที่ยืดหยุ่นกับขั้นตอนการประมวลผลรอง เช่น การกัดและการเคลือบเทคโนโลยีฟลูอิดเบดให้ข้อได้เปรียบที่ไม่มีใครเทียบได้ในแอปพลิเคชันที่หลากหลายเพื่อการผลิตยาคุณภาพสูง

บทความที่เกี่ยวข้อง:

• การอัดเม็ดและการประมวลผลของไหลในกระบวนการผลิตยา (2024, ก.ย., 19).UPM Pharmaceuticals. https://www.upm-inc.com/fluidized-bed-granulation-in-pharmaceutical-manufacturing
• ความเข้าใจเกี่ยวกับการทำให้เป็นเม็ดแบบฟลูอิไดซ์เบด (2024, ก.ย., 14). เภสัชเทค. https://www.pharmtech.com/view/understanding-the-value-of-excipient-grade
• การทำเม็ดแบบฟลูอิไดซ์เบด: เทคนิคที่มีแนวโน้มดี Int. J. Pharm. Sci. Rev. Res., 64(2), กันยายน - ตุลาคม 2020 https://globalresearchonline.net/journalcontents/v64-2/22.pdf