中国新药杂志

基于计算流体力学的中药流化床制粒工艺数值模拟与实验验证

PDF下载

曾佳 ¹^,² , 黄婷 ² , 刘斌斌 ¹ , 王佳苗 ¹ , 俸灵林 ² , 薛嫚 ² , 杜若飞 ¹ , 冯怡 ¹

中国新药杂志 | 实验研究 2021,30(1): 62-72

收起

中国新药杂志 |实验研究 2021 , 30 (1) : 62 -72

基于计算流体力学的中药流化床制粒工艺数值模拟与实验验证

全屏

曾佳¹^,², 黄婷², 刘斌斌¹, 王佳苗¹, 俸灵林², 薛嫚², 杜若飞¹, 冯怡¹

作者信息

¹上海中医药大学，上海　201203

²上海市计划生育科学研究所，国家卫生健康委员会计划生育药具重点实验室，上海生殖健康药具工程技术研究中心，上海　200032

通讯作者:

杜若飞，男，副研究员，研究方向：中药制剂关键技术及基础理论研究。联系电话：（021）51322493，E-mail：drf790101@163.com。

冯怡，女，教授，博士生导师，研究方向：中药制剂关键技术及基础理论研究。联系电话：（021）51322493，E-mail：fyi@vip.sina.com。

作者简介:

曾佳，女，副研究员，博士在读，研究方向：中药制剂关键技术及基础理论研究。

A combined simulation and experimental study of fluidized bed granulation for traditional Chinese medicine on the basis of computational fluid dynamics

Jia ZENG¹^,², Ting HUANG², Bin-bin LIU¹, Jia-miao WANG¹, Ling-lin FENG², Man XUE², Ruo-fei DU¹, Yi FENG¹

Affiliations

¹Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, Shanghai 201203, China

²NHC Key Laboratory of Reproduction Regulation, Shanghai Engineering Research Center of Reproductive Health Drug and Devices, Shanghai Institute of Planned Parenthood Research, Shanghai 200032, China

出版时间: 2021-01-15

文章导航

摘要

收起

目的：

开发中药流化床制粒颗粒生长过程预测模型，将中药制剂处方工艺研发由传统实验室试错法向科学化、数字化与智能化转变。

方法：

采用SolidWorks Premium软件构建流化床顶喷制粒机基本工况，采用ANSYS ICEM CFD软件划分工况网格。采用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）构建颗粒成型数学模型，自定义颗粒成型机制规则并将其编制成用户自定义函数。将所构建的CFD模型分别用于金钱草提取物和垂盆草提取物流化床制粒工艺数值模拟研究，同时进行流化床制粒实验验证，对比数值模拟与实验结果的一致性。

结果：

模拟结果显示，金钱草提取物颗粒和垂盆草提取物颗粒的粒径均随模拟时间延长而增大，且粒径分布逐渐变宽。床层内颗粒的速度、颗粒与流体混合相的压力因颗粒粒径的不断变化而发生相应变化。颗粒粒径增长速率及颗粒空间分布状态的实验结果与数值模拟结果均具有较好的一致性。

结论：

对中药流化床制粒颗粒增长趋势的模拟可用于预测或判断处方工艺的适宜性，从而对最终颗粒的关键质量属性进行有效控制。

关键词

流化床制粒 / 金钱草提取物 / 垂盆草提取物 / 数值模拟 / 计算流体力学

Abstract

收起

Objective:

A prediction model for the granule growth profiles in fluidized bed of traditional Chinese medicine was developed to improve the research and development of traditional Chinese medicine preparation technology from laboratory trial and error to scientific, digital and intelligent mode.

Methods:

The basic working conditions of the fluidized-bed top spray granulator were constructed by SolidWorks Premium software, and the grid was then divided by ANSYS ICEM CFD software. Computational fluid dynamics (CFD) was used to establish the mathematical model of granules agglomeration. The agglomeration mechanism rules were customized and the user-defined functions were cooperated into the model. The established CFD model was used to simulate the granulation process of Lysimachia christinae Hance extract and Sedum sarmentosum Bunge extract in a fluidized bed respectively. Furthermore, the fluidized bed granulation experiments were carried out to verify the accuracy of the model.

Results:

The simulation results showed that the particle size of the granules increased with the increasing simulation time, and the particle size distribution gradually widened. The velocity of the particles and the pressure of the mixed phases in the bed changed due to the particle growth. The experimental results of granules size growth rate and spatial distribution were in good agreement with those of numerical simulation.

Conclusion:

The simulation of granule growth trend can be used to predict or judge the appropriateness of the formulation process and is helpful to effectively control the key quality attributes of the final granules.

Key words

fluidized bed granulation / Lysimachia christinae Hance extract / Sedum sarmentosum Bunge extract / numerical simulation / computational fluid dynamics

引用本文

曾佳, 黄婷, 刘斌斌, 王佳苗, 俸灵林, 薛嫚, 杜若飞, 冯怡. 基于计算流体力学的中药流化床制粒工艺数值模拟与实验验证. 中国新药杂志, 2021 , 30 (1) : 62 -72 .

Jia ZENG, Ting HUANG, Bin-bin LIU, Jia-miao WANG, Ling-lin FENG, Man XUE, Ruo-fei DU, Yi FENG. A combined simulation and experimental study of fluidized bed granulation for traditional Chinese medicine on the basis of computational fluid dynamics[J]. Chinese Journal of New Drugs, 2021 , 30 (1) : 62 -72 .

参考文献

收起

文献

收起

参考文献引证文献

排序方式：

[1]

PARIKH DM. Handbook of Pharmaceutical Granulation Technology[M]. Third Edition. UK: Taylor & Francis Oneline, Informa Healthcare, 2009.

[2]

黄坤, 张陈炎, 袁彦洁, 等. 流化床制粒法制备中药纯浸膏包衣微丸的工艺研究[J]. 中国药业, 2005, 14(7): 53-54.

[3]

李志雄, 熊富良, 曹智华, 等. 蒲芩消炎片一步制粒工艺研究[J]. 时珍国医国药, 2003, 14(9): 531-532.

[4]

张加真. 浸膏一次性流化床制粒工艺研究[J]. 现代应用药学, 1994(3): 38-40.

[5]

刘晓闯, 陈浩, 程志清. 紫参胶囊喷雾干燥制粒工艺研究[J]. 中国中医药信息杂志, 2011, 18(5): 53-54.

[6]

赵文昌, 宋丽军. 流化床喷雾成粒和摇摆式挤出制粒法对复方丹参片制备用颗粒可压性的影响[J]. 中国医药导报, 2010, 07(32): 53-54.

[7]

曾佳, 黄婷, 俸灵林, 等. 流化床制粒数值模拟技术研究进展[J]. 中国新药杂志, 2019, 28(11): 1330-1342.

[8]

TAMRAKAR A, DEVARAMPALLY DR, RAMACHANDRAN R. Advanced multiphase hybrid model development of fluidized bed wet granulation processes[M]//Computer Aided Chemical Engineering. Amsterdam: Elsevier, 2018: 159-187.

[9]

SEN M, BARRASSO D, SINGH R, et al. A multi-scale hybrid CFD-DEM-PBM description of a fluid-bed granulation process[J]. Processes, 2014, 2(1): 89-111.

[10]

KAFUI DK, THORNTON C. Fully-3D DEM simulation of fluidised bed spray granulation using an exploratory surface energy-based spray zone concept[J]. Powder Technol, 2008, 184(2): 177-188.

[11]

FRIES L, ANTONYUK S, HEINRICH S, et al. DEM-CFD modeling of a fluidized bed spray granulator[J]. Chem Eng Sci, 2011, 66(11): 2340-2355.

[12]

FRIES L, ANTONYUK S, HEINRICH S, et al. Product design based on discrete particle modeling of a fluidized bed granulator[J]. Particuology, 2014, 12(1): 13-24.

[13]

张青, 杨雪峰, 周勇. 导向管喷动床内单相流场及声波对流场影响的数值模拟[J]. 化学反应工程与工艺, 2016, 32(6): 498-503, 527.

[14]

王敏, 吴迎亚, 石孝刚, 等. 气固循环流化床全回路数值模拟研究进展[J]. 化工进展, 2019, 38(1): 111-121.

[15]

范旭宸, 陈晔, 郑雄, 等. 600MW超临界循环流化床锅炉水冷壁热应力分析[J]. 动力工程学报, 2018, 38(4): 253-257.

[16]

殷上轶, 钟文琪, 金保昇, 等. 高密度循环流化床三维全场数值模拟[J]. 工程热物理学报, 2016, 37(7): 1459-1463.

[17]

吴兴, 马善为, 李凯, 等. 流化床热解反应器布风系统数值模拟研究[J]. 太阳能学报, 2018, 39(4): 1038-1044.

[18]

葛荣存, 汪达, 张贤, 等. 鼓泡流化床排渣流动的模拟与实验研究[J]. 煤炭学报, 2017, 42(S2): 486-493.

[19]

LI Z, KIND M, GRUENEWALD G. Modeling fluid dynamics and growth kinetics in fluidized bed spray granulation[J]. J Comput Multiph Flows, 2010, 2(4): 235-248.

[20]

TERRAZAS-VELARDE K, PEGLOW M, TSOTSAS E. Stochastic simulation of agglomerate formation in fluidized bed spray drying: a micro-scale approach[J]. Chem Eng Sci, 2009, 64(11): 2631-2643.

[21]

ANSYS Inc. ANSYS Fluent Theory Guide[M]. USA: ANSYS, Inc, 2016.

[22]

MUNDO C, SOMMERFELD M, TROPEA C. Droplet-wall collisions: Experimental studies of the deformation and breakup process[J]. Int J Multiph Flow, 1995, 21(2): 151-173.

[23]

BUFFIERE P, MOLETTA R. Collision frequency and collisional particle pressure in three-phase fluidized beds[J]. Chem Eng Sci, 2000, 55(22): 5555-5563.

[24]

ENNIS BJ, TARDOS G, PFEFFER RA. Microlevel-based characterization of granulation phenomena[J]. Powder Technol, 1991, 65(1-3): 257-272.

[25]

明良山, 李哲, 吴飞, 等. 基于表面自由能的粒子设计研究进展[J]. 中国药学杂志, 2017, 52(14): 1201-1207.

2021年第30卷第1期

PDF下载

引用本文

BibTeX

文章信息

首发时间：2026-10-29
出版时间：2021-01-15

补充材料

相关文章

文章信息

作者

出版历史

录用日期：2020-02-08

基金

作者信息

¹上海中医药大学，上海　201203

²上海市计划生育科学研究所，国家卫生健康委员会计划生育药具重点实验室，上海生殖健康药具工程技术研究中心，上海　200032

通讯作者:

杜若飞，男，副研究员，研究方向：中药制剂关键技术及基础理论研究。联系电话：（021）51322493，E-mail：drf790101@163.com。

冯怡，女，教授，博士生导师，研究方向：中药制剂关键技术及基础理论研究。联系电话：（021）51322493，E-mail：fyi@vip.sina.com。

参考文献

分享链接

https://castjournals.cast.org.cn/joweb/zgxyzz/CN/1322626710747591645

分享至

全文二维码

扫描看全文

引用本文

BibTeX

本文的引用情况

2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

关闭全屏

BibTeX
EndNote
RefWorks
TxT