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能夠實現精確喂料和連續補料的失重喂料機設備，對固體制劑連續式生產過程起著至關重要的作用。隨著制藥行業繼續調研和采納連續生產，失重式（LIW）喂料機的作用以及這種喂料機帶來的精確喂料和連續補料能力將越發重要。 

美國食品與藥品管理局（FDA）最近批準了2種采用連續生產技術生產的固體制劑配方，這次里程碑式的批準讓全球藥業界注意到連續生產技術的優點。隨著制藥行業繼續調研和采納連續生產，失重式（LIW）喂料機的作用以及這種喂料機帶來的精確喂料和連續補料能力將越發重要。

補料方法的重要性、補料過程中的控制算法、補料設備反應時間以及補料料斗的尺寸都是重要的變量，但這些變量經常在設計連續生產系統時被忽視。本文概述了補料過程中一些重要的考慮因素。以及這些因素對失重式喂料機的精度的影響，其對整個連續生產過程的影響。 

喂料機補料。可以采用手動方式或自動方式補料。手動方式意味著由設備操作者將一定數量的散料投入到喂料機料斗內，隨后生產過程繼續。而自動方式意味著處于喂料系統控制下的補料設備從上游供料源將物料添加到喂料機料斗。 

過去，在整個補料階段全程采用恒定的電機轉速，這個轉速對應于與馬上就要進入補料階段之前失重喂料階段的電機轉速。舉例來說，在系統感測到需要給供應料斗補料之前最近時刻的轉速平均為60 RPM，則轉速將在本次補料作業期間保持在這個60 RPM的速度。在補料完成后，物料穩定下來，喂料機感測到正在適當減輕的系統重量，則喂料機返回至失重模式，此時轉速再次變成了控制參數。 

這種技術存在2個相關問題，第一，在補料期間，喂料機只作為體積式喂料機工作。第二，在再次進入真正的失重模式時，喂料機速度有可能發生突然變化，導致在一定程度上延長的偏離設定流量時間段，直至喂料機穩定進入新的正確流速為止。

如圖2所示繪制了一幅料斗重量對時間的變化曲線圖，圖中顯示出正在下降的重量信號，其斜率即為喂料速率（每單位時間內系統重量的變化量）。請注意，在進入補料作業階段之前，料斗并沒有完全倒空，主要用于確保在球斗中形成一直存在的物料供應流，讓喂料過程可以不間斷繼續執行。另外，如果不存足夠的物料在球斗中，則在補料過程當中，正在進入并且可能夾雜空氣的物料形成的不斷增大的壓力有可能導致物料不受控制地猛沖流過喂料機。 

即使有發揮著隔離作用的物料存在，隨著料斗的注滿，計量區域內的物料堆堆密度也將升高。在補料期間螺桿轉速恒定的情況下，這種堆密度上升將導致喂料精度嚴重降級（喂料過多），因為將有越來越多的物料進入料斗，并將物料壓實在料斗的下半部分區域。精度受到的影響會達到多少呢？這個答案取決于料斗尺寸/幾何形狀以及物料本身的可壓實性。 

涉及數百種物料的實驗室試驗和現場使用經驗表明，在實際使用當中，與頂部負荷相關的LIW喂料過多對于堆密度相對恒定的物料來說可能處在+/-1%的范圍內。但是，對于粉末和其它堆密度變化顯著的物料，這種變動范圍可能高達+/-10~15%。當在連續生產當中處理可以壓實的藥品粉末時，這種變動有可能顯著影響到精度。 

采用智能補料算法，通過開發一種存儲和趨勢分析重量與速度關系的控制方法避免了這些問題。這種方法稱為智能補料技術（SRT），其中拋棄了保持恒定轉速的方式。在自動補料期間，不再將喂料機控制系統切換至恒定轉速控制方式，而依靠在上一個喂料周期內獲得的趨勢分析數據。隨著料斗清空，針對對應的電機速度進行趨勢分析。當執行補料時，對應的料斗重量將采用相同的對應電機速度（如圖3所示）。 

補料窗口必須針對所進給的物料及其特性來進行評估。SRT使得螺桿轉速能夠在補料期間逐步降低以精密地抵消物料隨著料斗重量增加而在計量區域發生的物料堆堆密度增大的影響。通過這種方法，可以在短暫的補料作業當中保持喂料精度。

低喂料系數表示要求采用更高的螺桿轉速才能喂出給定重量的物料，這意味著物料堆密度已經降低。相反，較高的喂料系數反映了較高的物料堆密度，因為只需較低的轉速就能輸送相同的物料重量。

圖3的中圖顯示了螺桿轉速對時間曲線圖。在失重式喂料階段的早期部分，螺桿轉速相對恒定，因為喂料機計量區域內的物料堆密度相對恒定，比喂料周期后續時間段的堆密度高，不會發生顯著變動。這是因為典型料斗內的上部物料很大程度上得到了下部物料的支撐，而且，依次再得到了料斗下部的錐形斗壁的支撐。隨著喂料作業的繼續，料斗料位下降，計量區域的頂部負荷開始減輕，導致物料堆密度降低以及為了保持喂料速度所要求的電機速度的相應升高。當料斗重量達到補料要求閾值時，補料階段開始執行。 

在補料過程期間，SRT以補料請求時有效的轉速開始，然后隨著每一個料斗重量“層”的發生，通過應用對應的喂料系數，修改轉速。

通過采用這種更為復雜的方法，就可以流暢地退出補料階段，返回至真正的失重模式。此外，通過根據最近喂料周期歷史數據在補料期間控制喂料機轉速，就可以避免采用體積模式，切實保證喂料精度。 

由于重點在保持喂料機在大多數連續作業期間處于失重控制之下，經常會采用更為頻繁和更短時間的補料作業，典型方式利用補料料斗容積的大約60~80%。這樣的補料窗口對于喂料機的整體運行可能具有極為關鍵的意義，并且必須針對所進給的物料及其特性進行評估。

出于這個原因，在處理任何類型的物料進料作業時，包括補料作業，必須研究散裝固體的各項特性，諸如容積堆密度、粒徑、可壓實度、休止角、透氣性、顆粒形態以及摩擦角。這些物料特性當中的每一項都將在極大程度上不僅影響物料從料斗向喂料機的流出，而且影響至料斗補料的速度有多快。

例如，如果散裝物料具有高透氣性（也就是說如果夾雜氣體可以快速從物料當中逸出），則補料可以按最快可行速度執行。另一方面，如果散裝物料透氣率低（也就是說氣體會導致散裝物料變得膨松起來，并且氣體不能快速逸出以致固體不能恢復至其靜置條件），則必須在補料作業當中謹慎處理，因為這些物料經常容易在這種條件下溢出，或者至少會出現明顯的容積堆密度變化。

例如，如果在補料期間發生了散裝固體溢出現象，則產品有可能很容易被沖出LIW喂料機。最低程度上，可能會在補料期間和剛加完料時發生的氣體卷吸效應會導致容積堆密度大幅變化，這是由于控制系統采用了前期運行所產生的控制數據，而此時產品堆密度已經比前期高得多了。

空氣卷吸現象發生的原因在于料斗的快速補料，在這樣的情況下，空氣無法快速逸出，流經正在進入的物料，到達補料料斗的低壓區域。對經計重后料斗進行排氣處理可以最大程度減少這個問題，但當前必須設置的集塵裝置以及在使用活性材料時設置過濾裝置。充分的排氣將有助于物料沉靜下來，并有助于更快速恢復至真正的失重運行。 

4選擇補料裝置

位于喂料機料斗上方的補料裝置擁有多種選擇。備選方案包括蝶閥，或者，在要求進行極高精度控制時，可以采用其它備選計量裝置，諸如體積式螺栓喂料機。此外，經常在蝶閥上方使用氣動上料機以便將物料輸送至位于喂料機料斗上方的接收器內。

應當注意，如果補料系統沒有考慮到喂料機料斗的容量、散裝固體的流動特性以及散裝物料在各容器之間的距離和可能的貯存容量。如果散裝物料透氣率低，則必須注意避免物料溢出。例如，在從中間散裝容器（IBC）對喂料機料斗執行補料作業時，產品在這些容器內的容積經常超過喂料機料斗的容積。很明顯，除非對補料閥的開啟和閉合周期確立時間窗口，否則就不可能控制過補料作業以避免出現喂料機料斗溢出的問題。 

這個時間窗口可以根據物料的容積堆密度、休止角（指出喂料機料斗的靜止料位）以及流經加裝裝置的流速計算出來。在從料倉或IBC當中排出物料時，而且這些裝置有可能配備了流動輔助裝置（例如振動器或活底料倉），則必須特別注意將這些裝置的振動與喂料機料斗隔離開，以確保不會給LIW喂料機的重量測量裝置造成任何干擾。 

正如以上所述，補料裝置流量必須足夠大以避免超出補料時間限值。此外，選定補料裝置的流體截止動作必須快速。補料流體緩慢收細式的截止方式沒有必要地延長了補料用時；補料裝置的任何泄漏現象可能造成不可避免的明顯重量擾動，但是將一定會導致正方向上的流量錯誤。

將制藥級真空接收器作為補料裝置。根據稀相真空轉移原理工作的制藥級接收器，經常當作補料裝置使用，特別是對于連續生產作業。氣動接收器可以在其出口處安裝一個蝶閥，或者可以作為定體積喂料機的組成部分，這種喂料機出口處設有一個閥門。氣動系統利用負壓來將物料抽吸到一個單獨安裝和支撐的真實接收器內。 

接收器將充填到一個已經確定的料位，并隨后保持這部分物料加注量，直至下方的喂料機要求執行補料為止。在接收器內加注的料位取決于料位傳感器。在喂料機發出補料要求的時間點，放料閥門打開，接收器內裝物料將排入至喂料機料斗。

在這次釋出物料的同時，通過裝設在真空接收器內部的過濾器發出一次氣體脈沖，將所有陷入過濾器或者沉積在過濾器上的顆粒物沖擊解脫出來。過濾器材料選項包括具備快速解脫和易清潔特性的疊層膜型材料。 

在將物料傾倒至下方的喂料機料斗之后，這個閥門再次閉合，接收器抽真空周期立刻開始，這樣氣動接收器將立刻準備好接受下一次補料要求。使用氣動接收器作為補料裝置可以將散料容器作為不間斷補料作業的供料源。

補料方法和對補料算法的控制對于高精度連續生產系統具有重要意義。氣動接收器能夠避免可能發生的喂料機料斗溢出。但是，應當注意到，在某些情況下，更加偏向于重力自流（而不是氣動輸送）補料方式。重力自流補料典型情況下會采用一臺位置高于喂料機料斗的IBC，這種系統應當采用與要求的喂料機補料料位直接關聯的調制控制閥以避免溢出，正如前文討論過的一樣。

5總結

 LIW喂料機的補料方法和補料算法控制是高精度連續生產系統最優性能達成和設計工作的重要過程。通過仔細評估喂料過程、系統布局以及物料特性，可以對連續喂料和補料系統進行優化。