行星球磨机在中药超细粉加工中的应用
摘要:本文介绍了采用卧式行星球磨机对中药粉体进行超细加工时运动参数的选择,并通过简化的力学模型给出了临界转速的计算公式。

关键词:行星球磨机中药超细加工临界转速
中药产业是我国的传统民族产业,又是当今快速发展的新兴产业,是我国医药经济中独具特色的重要组成部分,也是国际医药,特别是植物药、天然药物的有机组成部分。

经研究发现,当有机药物粉体粒径达到纳米级时,将从量变进入质变,激活中药植物细胞活性成分,并产生很多新的生物活性。

有临床实验证明,在中药粒径达到纳米级时,可对病变组织具有亲和力,并特异性地杀灭肿瘤细胞、癌细胞而对正常细胞组织无丝毫损伤。

珍珠、灵芝孢子、花粉、蚕丝等虽然具有极高营养价值但很难被人体吸收。

而采用超细加工技术可使这些营养品的粒度在常温常压下控制在5微米以下,在保持营养成分的完整性和全天然性的同时,大大提高了吸收利用率和保健功能。

对于不同的中药材,由于其质地不同,可以采取不同的工艺方法并获得不同尺度范围的粒度。

本文仅就采用行星球磨机对中药进行超细加工时运动参数的选择作简要的论述。

1 中药超细粉加工工艺流程
(1)干燥的中药原材料经普通粉碎机初级粉碎后采用了超音速破碎机进一步粉碎,粉碎后经2级筛选,1微米～800纳米为一级分离物,800～400纳米为二级分离物。

(2)为继续减小中药材的粒度,我们采用卧式行星球磨机对经超音速破碎的原料继续研磨、破碎。

在行星球磨阶段采用的是湿磨法,即用蒸馏水将药粉调成膏状和磨球一起放入球磨罐进行球磨,最终颗粒的大小是通过球磨时间控制的。

(3)采用冷冻干燥技术对球磨后的中药膏体进行干燥脱水,从而获得50～90纳米的中药纳米粉。

2 卧式行星球磨机运动参数的选择
行星球磨机被广泛用于物料混合、细磨、小样制备以及纳米材料分散、高新技术材料的研制。

行星球磨机大体分立式和卧式两种,由于卧式球磨机球磨时在球磨罐底部没有物料沉积,球磨效果要好于立
式球磨机。

如图所示,球磨罐在随转盘绕O1周转的同时还有绕自身轴线的自转运动。

工作时物料和磨球按一定比例混合后装入球磨罐内,为获得高的生产效率和好的球磨效果,一般装料量不超过球磨罐容量的三分之二。

球磨的机理是磨球在重力、离心力、科式力、摩擦力的的作用下与罐体内壁及其他磨球相互碰撞、积压、摩擦,从而使物料逐渐破碎或混合。

为研究问题方便,我们仅近研究球磨罐处于I、II、III、IV四个相位时的受力状态。

由于磨球松散地装在球磨罐内,如果转盘静止不动,磨球和球磨罐内壁仅有重力和摩擦力,由球磨罐自转带动磨球绕O2旋转产生的离心力很小,磨球在球磨罐内被摩擦力带到一定高度后作自由降落,重新回到底部,并与球磨罐内壁或其它磨球发生撞击。

此时球磨粉碎物料的机理为物料受到磨球与罐体、磨球与磨球间的摩擦力和撞击力。

(2)由于卧式行星球磨机存在临界转速,所以在使用中不是周转转速越高球磨效果越好。

应针对不同物料的性质选择合适的周转转速,如脆性材料的粉碎应以冲击破碎为主,周转转速应调节在临界转速左右,以冲击力为主破碎材料;对韧性材料如纤维的粉碎等应以摩擦力为主,加大周转转速,使磨球在离心力作用下相互挤压并和球磨罐内壁挤压、摩擦,从而达到研磨的目的。

合理的工艺参数在中药超细粉体加工过程中至关重要,通过考察介质填充率、粉碎时间、入磨粒度、物料含水量、粉碎极限等因素对粉碎效果的影响,优化超细粉碎工艺条件,将超细粉体的粒径控制在所需的粒径范围内,有助于降低粉碎过程中不必要的能耗和生产成本,提高粉碎效率,确保产品质量。

由于工况、设备参数、粉碎环境等对超细粉体的性能影响很大,而同一粉碎设备对不同物料的超细粉碎效果也有所不同,物料的性能及操作参数等对超细粉碎也有重要影响,因此,应对每一种超细粉体进行专门实验,确定其粉碎工艺参数。

与传统的中药加工生产方式相比,超细粉体技术应用于中药产业具有明显的优势:可提高中药细胞破壁率,促进药物成分溶出,提高生物利用度;超细粉体可以作为辅料直接造粒,从而简化了制剂工艺;一些超细粉碎过程不产生过热现象,甚至可在低湿状态下进行,且粉碎速度快,有利于保留不耐高湿的生物活性物质及营养成分,有助于提高药效;由于粉末细度增加,可改善制剂的口感,便于服用;降低中药生产成本,使商家和患者都获益。

但是,目前超细粉体技术在我国中药产业中的应用还处于起步阶段,实现该技术的进一步应用与发展,需要解决许多迫切问题。

由于在球磨时需要把原料用蒸馏水和成糊状,所以要想获得干燥的粉末需要在球磨后对原材料进行真空冷冻干燥脱水。