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制药用过滤型离心机的特殊性探讨

发布作者:常熟拂晓玻璃容器  发布日期:2014-3-11  点击次数:3159

过滤型离心机(下简称离心机)属固、液相分离设备,由于是在离心力场下的强制分离,分离因数可达到 600,甚至 1 000 以上,分离效果较好,生产能力大,并可实现自动控制。因此,离心机在制药工业中有着较为广泛的应用。

离心机在制药工业应用极广,其仍是当前原料药生产工艺中分离的主要设备。由于制药厂家离心机所应用的场合、工艺、介质的物理和化学性质的不同,对离心机也有不同的要求,比如,防腐要求、防爆要求、介质温度、车间净化等级等。下面探讨一下过滤型离心机在制药工业应用中所涉及的一些特殊性问题。

1 密闭要求:
离心机无论是用于非无菌药还是用于无菌药,或者是用于制药中间体还是用于成品药,其生产过程中对环境均提出了很高的要求,如洁净车间,就有相应洁净等级要求,设备的良好密闭性能使外部与机器内部保持有效的隔离。然而,离心机内腔中的固、液、气相等不得对车间环境造成污染,反之,外部环境也不能对内部物料产生污染。因此,制药厂在订货时应告知离心机制造商,提出密闭要求。对离心机的密闭性能进行改进设计,并在制造时充分体现,应在以下几个方面进行考虑:
1.1 机盖的密封
机盖一般为翻转式,机盖与机壳接合面应有可靠的密封措施,如果因密封结构或材质防腐失效,就可能造 成液、气相的泄漏,对环境、人员造成伤害。
在机盖法兰上加工燕尾槽,安装密封条,以保证密封条的定位可靠性,密封条为梯形中空结构,以保证其密闭性能。密封条采用硅橡胶等材质,按所处理物料的防腐要求来确定密封条材质。

1.2 轴承位的密封
主轴螺母、轴承位的密封,以前的传统机型在此密封措施比较简易,只能做到相对密封。如主轴螺母部位,主轴螺母与转鼓接合面,一般不设置密封圈,离心机在运行过程中易发生液相或气相的渗入,对主轴锥面产生腐蚀,甚至渗入轴承中,对轴承产生破坏,从而影响机器的正常使用。上轴承盖一般都设置骨架式密封等结构,但上轴承盖至转鼓锥面之间的一部分则暴露在外,离心机内腔中的气雾,则可能对主轴暴露面产生腐蚀。
制药工业所用的离心机,其所分离的物料中大多有溶媒等有机溶剂或酸碱等介质,因此在订购设备时应充分考虑到这些部位的密封要求。在设计时,应考虑上述结构的改进,如主轴上端的紧固与密封,采用 2 块轴端挡圈叠装,2 个 O 型圈隔离安装方式,以消除渗液的可能。对上轴承盖上侧的密封,可以考虑更改上轴承盖的结构型式,如设置迷宫密封装置,减少或消除气雾对主轴的侵蚀。也可以将暴露面加涂镍磷合金,以消除或减小产生腐蚀的可能。

1.3 传动带工作区域的密封
传统离心机其传动带是敞开式的,只是在电机端设置 1 个防护罩,主要是从安全角度出发。但对于摩擦所产生的粉尘对环境的污染则没有加于控制,如在洁净区内使用是不可行的。因此,必须对传动带工作区域加以密闭,以防止摩擦粉尘的外泄。

1.4 其它部位的密封
离心机的外接管道,如进料管、洗涤管、清洗管等管道,一般情况下选用法兰安装方式,以保证其接口的密封性能。对洁净度要求很高的场合,其接口应选用卫生级快开式接口装置,以便于清洗。
较为复杂的密封部位是下部卸料离心机的固相出口,因其出料口较大,且接口形状的特殊性,给设计与制造带来了很大的难度。通常的做法是接料斗从离心机底部出口过渡至 1 个直径适合的圆口,接装 1 个蝶阀,有法兰安装面加装密封垫,来实现密闭要求。尔后,蝶阀出口外接柔性接管至料仓。如果主要产品是分离出的固相,对固相物的要求很高,即使是在线清洗管的清洗孔中滴出的液相进入固相中也是不允许的。因此,在线清洗管的设计上应采用卫生级快开式接口装置,以便在完成一次分离后将清洗管拆下,对其管内彻底清洗。

2 防爆要求
制药工业生产中有很多有防爆要求,因其介质有甲醇、乙醇、甲苯等有机溶剂,离心机在运行过程中的安全性成为选型的首要要求。

2.1 产生爆炸的几个要素
产生爆炸的 3 个要素为温度、火源、氧气。其中:(1)温度,对于具体的某一介质,无论是液相还是气相,在进行工艺设计时应考虑离心机工作温度,因是工艺问题,在此不作详析;(2)火源,在离心机设计时,对于运动件应用足够的安全空间,以消除可能产生的机械摩擦和撞击,机器必须有消除静电的措施。同时,对于制动装置,一般均采用能耗制动的形式(非接触式制动,缺点是制动时间要比接触式要长一点,尤其是在满载时转动惯量较大的情况下更是如此),不得采用机械摩擦式制动装置。另外,对于传动带,则选用防静电带,以消除或减少静电产生的可能。

2.2 可实施防爆措施
涉及到防爆场合,可以考虑采用氮气保护,但有的离心机的氮气保护,实际上只是在机壳上设置了一个氮气进气管,一个氮气出气管,离心机在工作时,对内腔中充入氮气。至于氮气浓度能否达到安全范围则没有定量的控制,因此,其氮气保护的可靠性很差。在氮气保护系统中加入在线氧气检测装置,对运行过程中的离心机内腔的氧气进行检测,控制其氧气含量在安全范围以内,即达到了定量的控制。一般在订货时,应提出防爆要求,对离心机的配置提出更精确的制造要求,比如:配置防爆电机、现场防爆按钮、防静电皮带、变频器控制、防爆电磁阀、防爆接近开关、防爆隔离栅、静电接地、能耗制动、氮气保护、氧气含量在线检测等。然而,并不是所有的有防爆要求的场合都要配置,应按实际工艺、环境等适当的配置。

3 清洗要求
在离心机内腔,设置多个清洗头或清洗管,离心机可在不开盖或运转过程中对离心机内部进行清洗。重点有以下几个部位:
(1)转鼓底面及轴承座部位的清洗;
(2)拦液板表面及转鼓筒体外表面;
(3)转鼓筒体内表面;
(4)翻盖内表面及进料、刮刀等装置表面;(5)外壳内表面。

4 防腐要求及表面处理
制药工业一般应选用不锈钢材结构,一些外部的零部件尽管不与物料直接接触,但还是选用不锈钢材质为宜,对表面的清洗、洁净车间的环境保持更有利。
按所分离物料的腐蚀数据(化学性质、温度、浓度等),选用合适的材料,如 304、321、316L、钛材等材料。所用的管材,对一些洁净度要求高的场合,应选用卫生级管和卫生级快开式结构,以消除管道可能带来的污染,
也便于清洗。另外,对于一些不与物料直接接触,或只是起支承的结构件,也可以采用包衬不锈钢的制造形式。
在结构设计和制作时表面平整、过渡圆滑,消除卫生死角,消除积液、积料等死角。所有的不锈钢表面应经打磨抛光处理,表面光洁。

5 气源要求
离心机配置的气动动作元件,如气动刮刀、气体辅助刮刀、气体反冲装置等,其动力源是气体(压缩空气或压缩氮气),应对气源进行净化处理,以保证药品不被气体中的杂质污染。如应用于防爆场合,其气源应使用氮气。

6 残余滤饼清理与滤布再生的要求
在制药工业上常用离心机中,卸料离心机(人工上部卸料或吊袋卸料),是常见机型之一,其每次卸料都将滤袋提出,相对来说其残余滤饼容易清理一些,滤布再生也更方便一点,在此不作更多的介绍。这里主要谈一下另一种常见机型,即刮刀卸料离心机的残余滤饼清理和滤布再生的方法。

刮刀卸料离心机(LGZ、GK 等机型),因其为自动刮料型的离心机,滤布安装于转鼓壁上,拆卸与安装相对于上部卸料离心机来说困难一些,刮刀与滤布之间有一安全距离(5~10 mm),以防止刮刀刮坏滤布,这一残余滤饼层的存在,对于一般化工产品而言,没有太大的问题。但在制药工业中,残余滤饼的存在不能满足消除批次间污染的要求。为达到清理残余滤饼的目的,在刮刀上设置一气体辅助刮刀。转鼓过滤孔外侧设置气体反冲喷嘴,在进行刮料时,高压气体通过转鼓过滤孔由外向内冲击滤布和残余滤饼层,使滤布产生脉冲振荡,并向内产生一位移,以一柔性推力使滤布贴近刮刀刃口,减少残余滤饼层的厚度,同时,气体反冲辅助刮刀喷出的高压气体吹去滤布上的残余滤饼。通过这一装置可有效降低或消除残余滤饼,同时在一定程度上对滤布进行再生,残余滤饼的清理对一些颗粒度较小或粘度较大的物料,可消除下一次过滤时残余滤饼所产生的过滤阻力,提高过滤效率。

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