Прессование. Таблеточные машины

Прессование (собственно таблетирование) можно определить как процесс образования таблеток из гранулированного или порошкообразного материала под действием давления.

В современном фармацевтическом производстве таблетирование осуществляется на специальных прессах-роторных таблеточных машинах (РТМ). В мировой практике созданы высокопроизводительные таблеточные прессы, оснащенные приборами для автоматического контроля массы таблеток, давления прессования. Имеются модели машин, выпускающие в час более полумиллиона таблеток. Химико-фармацевтическая промышленность СССР оснащена отечественными высокопроизводительными РТМ, основными разработчиками и изготовителями которых являются ЛНПО «Прогресс» и МНПО «Минмедбиоспецтехобо-рудование».

Технологический цикл таблетирования на РТМ складывается из ряда последовательных операций: дозирование материала, прессование (образование таблетки), ее выталкивание и сбрасывание. Все перечисленные операции осуществляются автоматически одна за другой при помощи соответствующих исполнительных механизмов.

 

Рис. 9.15. Устройство трехкамерного питателя-дозатора.

1 - загрузочный ворошитель; 2 - заполняющий ворошитель; 3 - дозирующий ворошитель.

 

 

В таблеточных машинах используется объемный метод дозирования. Загрузочное устройство РТМ coстоит из загрузочной воронки - бункера и питателя-дозатора, укрепленных неподвижно на станине машины. Бункер обеспечивает непрерывность потока таблетируемого материала. Для равномерной подачи плохо сыпучих материалов из бункера в питатель первые могут быть снабжены мешалками, шнеками, ворошителями. Питатель-дозатор предназначен для формирования, направления и дозированной подачи таблеточной смеси в зону прессования.

Конструкция питателя должна обеспечивать работу РТМ с высокой производительностью, точность и стабильность массы таблеток, таблетирование материалов с различными свойствами и характеристиками, заполнение матричных отверстий от минимальных до максимальных диаметров, соответствующих размерам таблеток согласно требованиям фармакопеи.

В отечественных РТМ используются питатели-дозаторы: лопастные 2- и 3-камерные и рамочный. Наиболее широко применяются 2-камерные питатели. Высокопроизводительные автоматы, имеющие производительность 300 тыс. таблеток в час и более, оснащены 3-камерными питателями-дозаторами, обладающими наилучшими характеристиками по заполнению матриц РТМ. Стабильность массы таблеток при работе 3-камерного питателя-дозатора объясняется его конструкцией (рис. 9.15), в которой по сравнению с 2-камерными имеется верхняя камера с лопастями загрузочного ворошителя (1), расположенная над двумя нижними камерами с заполняющим (2) и дозирующим (3) ворошителями. Она служит для передачи таблеточной смеси из бункера в камеру заполняющего ворошителя (2) и регулировки его поступления в питатель в зависимости от изменения расхода материала.

Лопастные дозирующие устройства, к которым относятся 2- и 3-камерные питатели, несмотря на преимущества, имеют большую металлоемкость, оснащены индивидуальным приводом, что ведет к повышенному расходу энергозатрат, недостаточно удобны в эксплуатации при смене лекарственных веществ.

Наиболее простым и надежным в эксплуатации является рамочный питатель, но его применение эффективно лишь при прессовании препаратов хорошей и средней сыпучести при скорости вращения ротора до 30 м/мин. В настоящее время создана конструкция рамочного питателя с вибрационной сеткой. Величина сетки выбирается в зависимости от формы и размера гранул, сыпучести таблеточной смеси. Изменяя амплитуду и частоту колебаний вибросетки, можно добиться высокой точности массы таблетки на всех режимах работы РТМ при сохранении всех положительных эксплуатационных характеристик рамочного питателя.

 

 

Рис. 9.16. Сборные пуансоны к РТМ:

1 - нижний; 2 - верхний. Цельные пуансоны 3 и 4 с плоской поверхностью, 5 и 6 - со сферической поверхностью.

 

Прессование на таблеточных машинах осуществляется пресс-инструментом, состоящим из матрицы и двух пуансонов.

Матрица представляет собой стальную деталь, как правило, цилиндрической формы со сквозным цилиндрическим отверстием диаметром от 3 до 25 мм. Матрицы вставляются в соответствующие отверстия ротора, вращающегося на вертикальном валу. Частота вращения ротора современных РТМ находится в пределах от 15 до 75 мин»¹, число матриц достигает 41 -75.

Пуансоны (верхний и нижний) - это цилиндрические стержни (поршни) из хромированной стали, которые входят в отверстия матрицы сверху и снизу и обеспечивают прессование таблетки под действием давления. Прессующие поверхности пуансонов могут быть плоскими или вогнутыми (разного радиуса или кривизны), гладкими или с поперечными бороздками (насечками) или с выгравированной надписью. Пуансоны различаются по способу их соединения с толкателем: они могут быть цельные или сборные (рис. 9.16). Пуансон цельный представляет собой одно целое с толкателем. Он более прост в изготовлении, но более дорог в эксплуатации, так как пуансон изнашивается быстрее толкателя, а при его замене меняется и толкатель. Способы соединения пуансона с толкателем в сборном пресс-инструменте в машинах разных фирм различны. Общий вид РТМ-41 представлен на рис. 9.17, а процесс таблетирования можно рассмотреть на циклограмме - развертке машины (рис. 9.18).

Рис. 9.17. РТМ-41.

 

Из бункера (1) порошок самотеком поступает в питатель-дозатор (3), неподвижно укрепленный на станине машины. Заполняющий ворошитель лопастями (4) осуществляет подачу порошка в матрицу (6), при этом пуансоны (8), укрепленные в толкателях (9), опускаются по неподвижному копиру (10) и регулируемому копиру (15) на полную глубину заполнения матриц. При дальнейшем вращении ротора толкатель следует по горизонтальному участку копира к дозирующему механизму, который состоит из копира (16) и шарнирно связанного с ним регулируемого дозатора (17). Копир-дозатор перемещает толкатель с пуансоном вверх, поднимая порошок в матрице на высоту, соответствующую по объему заданной массе таблетки. В это время лопасти (20) дозирующего ворошителя срезают излишек дозы и передают ее обратно в зон; действия заполняющего ворошителя. Поскольку лопасти находятся на 1,0-1,5 мм выше дна корпуса питателя, то в дозировании участвует и кромка корпуса (21) питателя, отстоящая от зеркала стола на 0,1 мм. Окончательно отсекает дозу нож (22) с фторопластовой пластиной, плотно прижатой к столу.

Во время дальнейшего переноса дозы нижний толкатель попадает на горизонтальный копир (18), верхний - проходит под копиром-отбойником (23), опускающим верхние пуансоны до захода их в матрицу. Ролики (19) осуществляют предварительное прессование (подпрессовку), а ролики давления (11) - собственно прессование. При этом на РТМ порошок выдерживается под давлением за счет наличия плоского торца на головке толкателя, смещения на 3-4 мм осей верхнего и нижнего роликов давления, введения специальных копиров (2), размещенных на уровне ролика давления в момент прессования. Выталкивание таблетки из плоскости матрицы на поверхность зеркала стола осуществляется механизмом выталкивания, состоящим из трех элементов. Ролик выталкивания (12) отрывает таблетку от стенки матрицы. Копир выталкивания (13) доводит таблетку до верхнего уровня, а выталкиватель (14) регулируется таким образом, чтобы таблетка выводилась из матрицы на поверхность стола, затем ротором таблетка (7) подводится к ножу (5), который направляет ее на лоток и далее в приемную тару.

В двухпоточной машине модели РТМ за один оборот ротора дважды повторяется описанный выше технологический цикл.

Наиболее широко в таблеточных цехах отечественных химико-фармацевтических заводов применяется роторная таблеточная машина РТМ-41М2В. Машина имеет 41 пару пресс-инструмента при максимальной глубине заполнения матрицы 18 мм. Диаметр прессуемых таблеток 4-20 мм. Максимальное усилие прессования 100 кН. Производительность достигает 209 тыс. штук в час.

ЛНПО «Прогресс» разработало, а МНПО «Мин-медбиоспецтехоборудование» освоило серийное производство механизмов типа РТМ-3028. Машина имеет устройство вакуумной подачи порошков в матрицу. В момент загрузки материала через отверстие, соединенное с вакуумной линией, из полости матрицы отсасывается воздух. При этом порошок поступает в матрицу под действием вакуума, что обеспечивает высокую скорость заполнения и одновременно повышает точность дозирования. РТМ-3028 рекомендована для прямого прессования. Однако предусмотренная конструкция вакуумного заполнения оказалась недостаточно надежной, так как быстро засорялась порошком.

В настоящее время выпускаются роторные пресс-автоматы модели РТМ-41МЗ. Это 3-е поколение выпускаемых МЗТО роторных таблеточных прессов. Пресс-автомат оснащен вибрационным питателем, который может за счет регулировки амплитуды и частоты колебаний вибрационной, заполняющей части питателя разрывать силы сцепления между частицами порошка, благодаря чему значительно повышается его подвижность и как бы компенсируется недостаток сыпучести. Производительность автоматов РТМ-41МЗ, оснащенных вибрационными питателями, повышается в 1,5- 1,8 раза по сравнению с РТМ-41М2В. Однако исследователи считают, что и в этом случае грануляция необходима, но с небольшим снижением требований к однородности гранулята.

Современные таблеточные машины взрывобезопасны.

Таблеточные машины комплектуются установкой для сбора потерь таблеточной массы при изготовлении и фасовке, оборудованы приборами для автоматического контроля таблеток на металлические включения, которые не только обнаруживают, но и извлекают из потока таблетки, имеющие металлические включения. Минимальные размеры обнаруживаемых металлических включений 0,5 мм при средней скорости непрерывного потока таблеток 100 тыс. штук в час.

 

Рис. 9.18. Принцип работы PTM-4I.

Объяснение в тексте.

Для автоматического контроля массы таблеток при производстве их на машинах типа РТМ-41 используется устройство, состоящее из блока отбора таблеток, преобразователя, блока контроля и сигнализации. Сигнал с преобразователя поступает в блок контроля и сигнализации, где он сравнивается с заранее заданным сигналом, соответствующим определенной массе таблетки. В случае отклонения массы таблетки от номинала загорается сигнальная лампа. Производительность устройства не менее 2000 операций в час при массе контролируемой таблетки от 0,15 до 0,75 г.

Для удаления с поверхности таблеток, выходящих из пресса, пылевых фракций применяются обеспыле-ватели. Таблетки проходят через вращающийся перфорированкый барабан и очищаются от пыли (заусениц и неровностей), которая отсасывается из обеспылевателя пылесосом.