中药制药中圆管形混合器需要解决的关联问题

[关键词] 圆管形混合器；摩擦点数；混合液流速；混合液体黏度

[中图分类号]TQ460.5[文献标识码]C [文章编号]1673-7210（2007）07（c）-100-02

中药制药中采用液液分散操作可以使液液分散的相界面增加，分散相液滴反复进行破碎、聚并，从而促进分散相液滴间的传质。目前，在液液分散中广为采用的是搅拌的方式。搅拌可使液滴破裂、聚并和悬浮，搅拌推动液体以一定的强度和方向流动，从而影响液滴的分布与均一性。

为使搅拌液体混合均匀，首先要求提供足够的循环量，避免在设备内出现死区。其次要求搅拌器造成的液体湍流强度或剪切速度足够大，尤其是当两种液体黏度相差比较大时，剪切的存在将有利于高黏度液体在设备中的分散，有利于湍流扩散的强化。

混合过程中若伴有化学反应则会使过程变得更复杂。其主要表现在两个方面：一是为了防止发生一些不希望出现的副反应，对混合时间要有比较严格的控制；二是由于许多过程有反应热的导出或热量的导入，使得混合过程的控制难度增加。

评价搅拌器混合效果的主要性能指标有混合时间和混合程度等。其中，混合时间是判断混合效果的最重要的性能指标。而在制药生产的大型搅拌设备中，由于空间很大，混合液体量多，其混合时间的控制将成为主要问题。一般混合达到均匀的时间越短则越有利于提高药品的质量，并可降低药品的生产成本。对于大型搅拌罐，若要求混合达到均匀的时间很短，且时间控制得比较精确，则设计及制作起来难度较大，甚至不能达到满意的效果。因此，目前国际上对静态混合器的研究与设计越来越重视。

圆管形混合器是一种静态液-液混合器，符合GMP要求，适用于制药生产和科研。圆管形混合器的主要部分为一圆形混合管。工作时，几种液体同时流过圆形混合管而均匀混合。其具有许多优点：一是混合均匀度高，混合达到均匀程度的时间短（连续混合处理时间一般不大于30 s）；二是混合器中不存在运动部件，混合时不受外界污染；三是混合过程中不与空气接触，对易燃、易爆、易氧化液体的混合十分有利；四是圆管形混合器的工作方式为连续式，能够适用于连续式生产线的混合工艺阶段。圆管形混合器由于其性能优越，对其研究非常重视。在研究中，我们提出了摩擦点数的概念。

连续式混合器操作性能的优劣取决于系统的摩擦点数、系统的摩擦因数、液体的流速和混合液体的黏度等。在研究设计圆管形混合器的过程中，必须确定与合理选择混合过程中的摩擦点数、摩擦因数、混合均匀度、混合液体的流速和混合液体的黏度等函数关系，这样才能降低生产成本。研究圆管形混合器时需找出如下的一些关联式。

1 混合系统摩擦点数的选择

1.1 摩擦点数n对混合均匀度I的影响

这里U定义为圆管混合特征函数，与混合液流速u、最大运动黏度Vmax、管横截面直径D和绝对粗糙度e有关。在一定范围内，摩擦点数n取值越大，混合均匀度I越高。

1.2 摩擦点数n与混合系统摩擦因数λ的关系

摩擦因数λ设置的合理与否，取决于摩擦点数n 。研究圆管形混合器时发现，摩擦因数λ，初始摩擦因数λ0，摩擦点数n，管横截面直径D，绝对粗糙度e之间的关系为

由式2可知，摩擦点数n增加，摩擦因数λ增加。λ增加太大时，圆管形混合器不能正常工作，混合均匀度I下降。由式2可得

为避免混合均匀度I下降，摩擦点数n必须小于最大摩擦点数nmax。因此，实际设计中控制摩擦点数n的取值范围为 n nmax 。

2 混合液的流速u

根据混合时的扩散机理，确定混合液流速u与最大运动黏度νmax和混合器处理量qv的关系为

3 混合器适应混合液体的黏度v

生产中常取u为3～6 m/s。由式4推出

生产中ν的取值应为ν νmax。因此，圆管形混合器适用于混合液体的运动黏度ν较低的稀溶液。

4 讨论

4.1 目前，对于圆管形混合器在理论上还不能准确地建立起混合均匀度I与摩擦因数λ的关联式。我们可以通过摩擦点数n ，对I与λ的关系进行适当的推断。由于式1对n的上限没有任何约束，当n非常大时，λ非常大，液体在混合器中的流动性变差，甚至极差，致使I下降。确定n的最好办法是，在理论的初步指导下，进行试验，以取得最佳n值。

4.2 混合液流速u根据经验常取为3～6 m/s。但实际当中，混合液流速u越大，混合均匀度I越高。而混合液流速u越大，对设备的要求越高，但流速u非常大时，设备可能无法满足流速的要求。

4.3 圆管形混合器适用于混合运动黏度ν较低的稀溶液。对于运动黏度ν较高的溶液，混合效果不理想。尚需进一步研究。

（收稿日期：2007-06-08）

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