口服固体制剂生产厂房的立体布局和物料输送

冯科宇 2023-07-03

口服固体制剂生产厂房布局有平面布局和立体布局，物料传送方式多种多样，通过案例分析阐述了重力流物料传送和自动化立体仓库在立体厂房布局的应用，归纳总结了立体布局和物料输送方式的优势。

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概述

口服固体制剂是药品的常见剂型，如口服颗粒剂、片剂和胶囊等。口服固体制剂的物料通常为固体物料，如起始粉体原料、半成品如制粒后的颗粒、总混颗粒、压片素片、包衣片等，此外生产中还需要包材如袋子、铝箔、塑料封膜、标签、纸箱等，这些原料和半成品、包材等均需要在生产流程中进行物料输送，即物料流。

物料流是在进行口服固体制剂厂房布局设计时需要考虑的非常重要的因素，传统的口服固体制剂厂房大多数为平面布局，生产工艺设备集中在一个大平层中，物料集中在同一层面上转运，通常以人工或液压小车转运不锈钢中转料仓IBC(Intermediate Bulk Container) 进行转运，或者依靠真空上料或出料，物料高度的抬升和降落可运用提升机提升不锈钢料仓实现，以上方式都需要人力或电力作为能源，需要人工参与，近年来随着制药装备制造业的发展提高，生产工序分布在多个楼层的立体布局的应用越来越多，依靠重力流输送物料的工艺也越来越普遍。

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案例分析

文章以德国某著名制药集团在江苏南通经济技术开发区建设年产24 亿粒口服固体制剂项目为案例，论述了立体厂房布局和重力流在口服固体制剂生产厂房设施中的应用，作者作为该项目基础设计的工艺负责人，总结了厂房立体布局设计的心得体会。

2.1

厂房设施立体布局阐述

项目设置一栋单独的生产楼和一栋单独的仓储物流楼，两栋楼之间设置连廊，以便于原料、成品、包装材料、半成品的转运。生产楼共设置四层平面，第一层主要包含包装车间（内包装和外包装）和其他公用工程辅助设备；第二层主要包含压片车间、包衣车间、流化床卸料－整粒、和生产楼的洁净更衣间；第三层主要包含流化床造粒车间、压片投料间、中转料仓(IBC) 清洗间和QC质量化验室；第四层主要包含流化床投料间和其他公用工程辅助设备。除此外，该生产楼中部设置有中空的立体全自动暂存区，配置立体货架和输送机系统，储存和转运往来生产车间各楼层和仓库的原料、成品、包装材料、半成品等。生产楼立体布局有利于物料先通过全自动暂存区输送机系统送上最高层即第四层，随生产流程工序，尽可能地利用物料自身重力依次往下层输送。一般先在第四层流化床投料间投料到第三层的湿法混合机或流化床造粒设备，通过管道进入湿法混合机或流化床腔体，造粒干燥完成后流化床从下部翻板出料后转入下层（第二层）完成干整粒和总混工序，总混后的颗粒物料在周转料仓内转运回到全自动暂存区，再次通过输送机系统送到第三层压片投料间，对接下料站后从下料管重力输送到下层（第二层）的压片机内。半成品通过生产中质量检验(IPC) 后，回到全自动暂存区，转运到位于最下楼层第一层的包装线的进料斗内进行包装。仓储物流楼共设置两层平面，除仓库货架区域为中空外，第一层主要包含称量配料车间，第二层主要包含称量配料卸料间。物料通过仓库输送机系统送上第二层，完成粉碎、过筛等预处理并配料称量后，利用物料自身重力依次往下层输送进入IBC 中转料仓，通过两栋楼之间设置连廊进入生产楼的立体全自动暂存区，连廊设置为制药厂房D 级结净区[1]。

2.2

重力输送在该项目生产工艺流程中的应用

（1）配料称量工序。 如图1 所示，配料称量站设置在仓储物流楼的二楼，仓库的物料托盘可经输送机系统直接到达二楼的称量配料区域，经配制称量后的原料粉体经投料称量料斗靠重力，通过下料管投入到下方一楼的不锈钢中转料仓IBC 中。中转料仓通过电梯进入连廊转运到中间仓库或者下一步的工艺设备（混合或流化床制粒）。项目口服固体制剂共有三个产品，每个产品的工艺物料配方不同，有的原料需要进行粉碎和过筛的预处理，因此在投料前设置粉碎机、过筛机，预处理后按配方取料称重，通过托盘提升机投入称量料斗。称量料斗配置有称重器来实现自动称量，一层的不锈钢承接容器通过提升机和下料管自动对接，落料后在一楼设置有地秤，可复核重量。

图1 配料称量后的重力下料

（2）制粒和流化床制粒干燥工序。 项目制粒干燥工序的重力进出料如图２所示，IBC 料仓转运到湿法制粒机的上层（第四层），IBC 料仓与投料站对接后重力送到第三层湿法制粒机内，制粒完成后经过湿整粒机整粒后从斜管下料进入流化床腔体内部。流化干燥后从底部翻板出料重力下落到第二层的干整粒机，整粒后重力下料进入IBC 内。流化床造粒之后、总混之前通常需要添加别的原辅料如润滑剂，项目也采用如图2 所示意的重力添加方式，三楼的投料站和周转料仓对接后，直接通过下料管进入二楼的周转料仓，转运后去下一工序[2]。

图2 造粒和流化床干燥的重力下料

传统流化床通常采用移动料仓出料，然后通过真空传输上料到干整粒机整粒后再次通过真空传输进入周转料仓，这种方式在移动料仓移出流化床时，流化室筒体和移动料仓连接处残存的物料会暴露、产尘，造成物料损耗，另外在移动料仓转移和物料输送、整粒操作时候，物料是暴露的，会增加污染风险，不利于产品质量提高，药品生产质量管理规范(GMP) 的符合性稍差。相比之下，重力输送流程具有密闭、连续、节能、高效、产尘低、污染少的优点[3]。

（3）压片进料工序。 如图3 所示，项目IBC 料仓转运到压片机的上层( 第三层)，IBC 料仓与投料站对接后将物料直接通过管道从上层直接输送到下层压片机进料口内。在大平层厂房布局中，可采用真空输送把物料从料仓输送到压片机的上方进料，也有采用料斗提升机将IBC 料仓提升到压片机的上方，将料仓翻转后，其出料口与压片机的进料口完成对接后进行下料和生产。显然，与料斗提升翻转上料或真空输送上料相比，项目压片工序采用重力下料具有安全（避免了提升机提升IBC料仓时或翻转时人员受到机械伤害的风险）、密闭、节能、高效、节省洁净室空间（在压片室无须安装周转料仓和提升机）的优点。

图3 压片机的重力下料

2.3

全自动暂存区和物料输送

口服固体制剂生产的生产工序通常都要求有中间过程质量控制，对原料和半成品进行质量检测，如半成品的外观、造粒干燥后的水分、压片和包衣后的片重、片厚、硬度、脆碎度、崩解度等，合格后才能放行进入下一生产工序，这就要求厂房有一定的暂存区域，同时项目由于采用立体布局，生产工艺房间分布在不同楼层中，生产物料（原料、中间体、包装材料等）和容器（IBC、袋子）需要跨楼层运输，因此在生产楼中部集中设置有中空的立体全自动暂存区，暂存区配置的输送机系统位于生产楼中部，每个楼层都设置有与输送机系统对接的接收转运房间。物料和容器通过全自动暂存区输送机系统可在各楼层和中间仓库货架之间转运。高位货架和堆垛机、物料托盘自动运输设备、输送机系统所在的全自动暂存区设置为制药洁净区，与生产工艺洁净区为同一级别，这就避免了通常运输的物料或料斗在进出洁净区和非洁净区的时候带来的交叉污染风险。与大平层厂房布局通常采用的分散设置暂存区不同，集中设置全自动暂存区可减少占地面积、充分利用空间、减少人工操作、提升物流效率、提高生产管理的自动化水平（采用计算机对货品信息进行准确无误的信息管理，自动识别货品，减少了在存储货物中可能会出现的差错，快速方便，提高了工作效率）、也减少了人在搬运货品时可能会受到的伤害，安全性更高。

2.4

立体布局厂房的物料输送和粉尘处理

物料输送是粉尘暴露的重要环节之一，现行版GMP对粉尘处理的要求较高，项目生产工艺产尘步骤较多，且产品包含激素类品种，对消除交叉污染、保护操作人员健康、减少环境污染方面都有更高的要求，立体布局采用重力流输送物料，密闭性更高，在粉尘处理方面更符合GMP 要求，减少人工、提高了劳动效率，保障员工的健康，同时减轻净化空调系统、清洗和污水处理的费用，考虑了节能需求。

2.5

立体布局厂房重力流物料输送需要注意的问题

①立体厂房布局生产工序分布在多个楼层，需要跨层操作，如周转料仓和投料站对接成功后才能向下层传输物料，上下层人员需要高效沟通，避免操作失误，可通过设置可视对讲、摄像头等设备以保证上下层的操作统一配合，并规范操作的SOP 程序。同时采用RFID（RadioFrequencyIdentification, 无线射频识别技术）电子标签对物料进行识别和追踪，避免对接错误；②重力流传递物料可能存在传递管道中发生物料流动不畅的现象，解决方案可采用由内袋和外不锈钢管组成的双层下料管，两管之间通入压缩空气控制内袋的膨胀度，相当于设置了可调节的阻尼机构来实现缓慢送料，从而改善物料流动不畅的的状况，内袋为一次性软袋，使用后抛弃，减少扬尘和设备的清洁；③立体厂房布局物料的物料输送需注意除重力流外，与其他输送方式的结合，通过价值流分析、成本估算和风险评估的手段，选择工艺操作流程中最经济适用的物料输送方式。

图4 生产厂房中的立体自动暂存库平面图和立面图

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结束语

基于重力流输送物料的立体布局厂房由于减少了物料的暂存和转运，缩短了物料和容器的周转时间，提高了设备效能和利用率，更符合精益生产、自动化连续生产的理念，同时从药品生产质量管理规范(GMP) 的符合性、提高产品质量保证、安全生产、生产成本控制要求、保护人员健康、节能和减少环境污染、充分利用空间、提高洁净区空间利用率等方面来看，立体布局厂房更具有优势和发展潜力。

参考文献

[1] 张爱萍, 孙咸泽, 刘渊, 等. 药品GMP 指南[M]. 北京：中国医药科技出版社，2011.

[2] 宋敏, 黄泰康. 口服固体制剂生产的风险监管策略研究[J].中国药房,2013,24(1):4-6.

[3] 崔茂杰. 风险评估在口服固体制剂车间厂房改造中的应用[D]. 山东大学,2013.

撰稿人：冯科宇

责任编辑：胡静审核人：何发