提高制药球磨产品质量

球磨厂用于制药行业，以减少药物颗粒等颗粒材料的尺寸。亚历山大博士Krok和桑德拉Lenihan博士from Munster Technological University, Ireland, have developed a computational approach to achieve optimal, energy-efficient size reduction in ball milling resulting in the production of high-quality particulate material (i.e. granules) of homogeneous shape and size.

球磨是一种技术，用于制药工业的颗粒大小减少药物或赋形剂。碾磨颗粒材料的原因有很多。通常，磨碎的产品需要有特定的表面积，或者可能是工艺要求碎片在整个批中形状一致。这是因为粒子的形状、大小和表面积体积比是影响材料关键特性的参数，如其溶解度或在其所使用的化学过程中的反应性。如转鼓的转速、球和磨料的物理性质等变量对产品的最终质量有最显著的影响。同时还需要考虑磨矿材料和球的最佳填充水平。为了以最小的成本获得最大的产量，确定每个因素如何影响最终产品中颗粒碎片的平均大小是很重要的。传统的方法往往不能预测颗粒破碎或颗粒还原的机制。

来自爱尔兰Munster Technology大学的Alexander Krok博士和Sandra Lenihan博士开发了先进的计算模型，以实现具有非均匀形状和不同尺寸的颗粒的最佳尺寸和制药工业的球磨中的不同尺寸。博士Krok和Lenihan旨在研究和验证称为离散元素方法（DEM）的计算方法的有效性，而不是先前研究中使用的技术，其中通过球碰撞的冲击能量作为驱动力估计破碎行为用于压裂。

铣削速度对颗粒碎片的影响
铣削中的能耗优化传统上是通过人口平衡建模（PBM）方法进行的。必须通过实验确定PBM计算中使用的一些参数，使得整个过程耗时。因此，DEM在该领域的研究人员中越来越受欢迎，提供了对药物颗粒碾磨操作的显着洞察。

颗粒的形状、大小和表面积体积比是影响材料关键特性的参数，如其溶解度。

Krok和Lenihan博士研究了球磨过程中粘结颗粒破碎成不同形状和大小的DEM颗粒，并在最近发表的论文中报告了他们的发现。研究了球磨过程中转速等参数对DEM颗粒破碎行为的影响。研究的结论之一是，球与产品颗粒之间的碰撞与转速成比例增加，直到达到临界转速，磨机功率也与转速成比例增加。产生的碎片数与铣削速度之间也是线性关系。

预测颗粒的破损图案
本研究所用材料为未润滑未筛颗粒乳糖，是制药工业常用的辅料。考虑了球度和圆度参数，对颗粒形状进行了描述。在他们的论文中，研究人员将球形定义为颗粒的内外直径之比。圆度是指粒子角的尖锐程度，定义为粒子角的平均曲率半径与最大内切圆半径的比值。研究人员使用了一套方程组，通过计算出的球度和圆度参数来确定颗粒的形状。

将预测的不同颗粒的形状分为三种主要类型。“细长”颗粒的计算球性在0.75和0.93之间，0.2和1之间的圆度（值1描述了完美的球形/圆度）。“块状”颗粒具有较窄的球形和圆度，特别是球形度的0.65和0.92之间，圆度为0.25和0.6。“圆形”形状颗粒，球形度在0.6和0.85之间变化，圆度在0.25和0.6之间变化。

190rpm的转速是研究中最有效的铣削速度，并导致粒度的最佳降低。

磨筒的配置
在试验研究中，磨管被设想为钢圆柱形壳，内径为50mm，深度为10mm。硒鼓配有八个升降机，每个升降机高1.2毫米，宽度为0.8毫米。铣削动作由十个钢球提供，密度为7800kg / m3。仔细优化所采用的球的数量，因为它观察到减少的球数更节能，因为它产生更少的过度研磨并降低功耗。For their calculations, the researchers conceived the drum as a counter-clockwise rotating cylinder consisting of four individual zones: an ‘empty zone’ in the top left quarter of the cylinder’s section, a ‘dead zone’ at the top of the bottom right quarter, an ‘abrasion zone’, just below the ‘dead zone’ in the bottom right quarter and a ‘high impact zone’ in the bottom left quarter of the cylinder’s section, where the mill balls and granules are in optimal conditions to collide effectively.

研究结论
Krok博士和Lenihan博士，以及他们的合作者，对药物球磨过程进行了系统的模拟研究。他们的研究目的是研究最有效地减少乳糖颗粒大小的参数。利用商业软件ABAQUS对球磨过程进行了数值模拟。该团队通过他们的DEM方法证明了撞击速度和碎片数量之间的强相关性，这与之前发表在科学文献上的数据一致。在研究中，190 rpm(每分钟转数)的转速是最有效的铣削速度，并导致最佳的颗粒尺寸减小。将旋转速度提高到这个值以上会产生反效果，其特点是离心运动，这会对破碎过程产生负面影响。另一方面，较低的旋转速度会引起颗粒的滚动-级联运动，这不利于有效的球磨。然而，研究人员指出，当增加转速至190 rpm时，颗粒和球之间产生了最有效的碰撞，这也显著增加了铣削过程的计算功率消耗。

Krok博士和Lenihan博士开发的计算方法优化了最终产品的质量，同时最小化了与球磨相关的成本。减小颗粒的大小并确保它们的形状是均匀的，将在最终产品所需的药理学背景下获得最佳的物理和化学特性。