翻袋式離心機(jī)在原料藥固液離心分離工藝上的應(yīng)用

摘要：從翻袋式離心機(jī)的形成及特點(diǎn)出發(fā)，闡述了 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)結(jié)構(gòu)、原理及過(guò)濾工藝周期等技術(shù)問(wèn)題，使人們對(duì)此類(lèi)設(shè)備在原料藥生產(chǎn)中的應(yīng)用有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

　　關(guān)鍵詞：翻袋式離心機(jī)；固液離心分離；原料藥；過(guò)濾工藝周期

　　原料藥生產(chǎn)工藝中離不開(kāi)固液、液液分離等重要工藝過(guò)程，如原料藥生產(chǎn)行業(yè)的晶體母液分離、各種發(fā)酵液的菌體分離等生產(chǎn)都需要各種類(lèi)型的離心分離設(shè)備。

　　離心機(jī)的種類(lèi)很多，按其作用原理不同，可分為翻袋（ 過(guò)濾）式離心機(jī)和沉降式離心機(jī)兩大類(lèi)。翻袋（ 過(guò)濾）式離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓上開(kāi)有小孔，有過(guò)濾介質(zhì)，在離心力作用下，液體穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)經(jīng)小孔流出而得以分離，主要用于處理懸浮液固體顆粒較大、固體含量較高的場(chǎng)合；而沉降式離心機(jī)的代表類(lèi)型就是螺旋沉降式離心機(jī)，是一種連續(xù)操作式的離心機(jī)，其利用物料之間的密度不同達(dá)到分離的目的，離心機(jī)旋轉(zhuǎn)的離心力作用，使固體顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，利用螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間存在轉(zhuǎn)速差，螺旋將固體顆粒推進(jìn)到轉(zhuǎn)鼓的錐形部分固體出料端，液體通過(guò)轉(zhuǎn)鼓大端溢流口溢出，達(dá)到固液分離的目的。目前，原料藥生產(chǎn)行業(yè)的晶體母液分離方面的解決方案，大都應(yīng)用翻袋（ 過(guò)濾）式離心機(jī)，本文試就過(guò)濾式離心機(jī)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用作一闡述，以使此類(lèi)設(shè)備在原料藥生產(chǎn)上發(fā)揮更大作用。

　?。?nbsp;翻袋式離心機(jī)的形成及特點(diǎn)

　?。保?nbsp;翻袋式離心機(jī)的形成

　　從２０世紀(jì)６０年代起，制藥工業(yè)開(kāi)始廣泛使用離心機(jī)，如三足式離心機(jī)、刮刀式離心機(jī)、吊帶式離心機(jī)、下出料式離心機(jī)、活塞推料式離心機(jī)等，這些離心機(jī)普遍存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、非密閉作業(yè)、安全保護(hù)差、離心機(jī)中殘余固體物料等缺點(diǎn)。已不能適應(yīng)制藥工業(yè)的發(fā)展。

　　針對(duì)制藥行業(yè)的需求，從 ２０ 世紀(jì) ７０ 年代開(kāi)始，德國(guó)海因克爾（ＨＥＩＮＫＥＬ）公司開(kāi)始著手研究和制造一種特殊的制藥工業(yè)用翻袋（ 過(guò)濾）式離心機(jī)，目的是能夠在全封閉、保證安全生產(chǎn)的條件下，全自動(dòng)完成離心過(guò)濾、洗滌、下料全過(guò)程，并實(shí)現(xiàn) １００％下料。

　?。保梗罚?nbsp;年，世界上第一臺(tái)翻袋式離心機(jī)問(wèn)世并得到了制藥及化工行業(yè)的重視，隨著 ＧＭＰ、ＦＤＡ 等藥品生產(chǎn)規(guī)范的推廣，對(duì)制藥工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，翻袋式離心機(jī)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)、更加符合ＧＭＰ 的設(shè)計(jì)得到了制藥行業(yè)的認(rèn)可。

　?。保?nbsp;翻袋式離心機(jī)的特點(diǎn)

　?。保玻?nbsp;在原料藥生產(chǎn)過(guò)程中，必須注意過(guò)濾設(shè)備的設(shè)計(jì)符合 ＧＭＰ 規(guī)范，由于 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)采用全密封設(shè)計(jì)，并且可以杜絕因正常生產(chǎn)過(guò)程中的每過(guò)濾一個(gè)批次物料都必須進(jìn)行設(shè)備清洗的要求而要打開(kāi)離心機(jī)的可能性。所以，ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)工作部分能確保潔凈要求，因?yàn)椴豢赡苡挟愇镞M(jìn)入翻袋式離心機(jī)的加工區(qū)域。

　　另外，對(duì)于必須在潔凈間內(nèi)過(guò)濾的物料，ＨＥＩＮＫＥＬ 還提供了穿墻設(shè)計(jì)，與物料有接觸的加工區(qū)域設(shè)在潔凈區(qū)域以?xún)?nèi)，而主機(jī)等驅(qū)動(dòng)區(qū)域設(shè)在潔凈區(qū)域以外。

　?。保玻?nbsp;從空間來(lái)說(shuō)，ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)的與物料接觸區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)獨(dú)立的單元，和其他空間沒(méi)有接觸面。 然而，其它傳統(tǒng)的過(guò)濾設(shè)備，如三足式離心機(jī)在下料時(shí)，刮刀式離心機(jī)在濾袋被堵需要人工處理時(shí)，物料接觸區(qū)域和環(huán)境空間就會(huì)有接觸，所以環(huán)境的潔凈度有更高的要求。

　?。保玻?nbsp;ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)就地清洗ＣＩＰ）和浸泡式清洗，同時(shí)在需要消毒滅菌時(shí)可用消毒液代替洗滌液進(jìn)行化學(xué)消毒（ ＳＩＰ），達(dá)到滅菌的目的。 此外，ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)的密封材料和過(guò)濾介質(zhì)均通過(guò)了 ＦＤＡ 認(rèn)證。

    １．２．４ ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)可完全滿(mǎn)足多品種生產(chǎn)的要求，曾經(jīng)用于同時(shí)生產(chǎn) ２０ 多個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)廠(chǎng)家。

    ２ 海因克爾（ Ｈ ＥＩＮ ＫＥＬ）翻袋式離心機(jī)結(jié)構(gòu)和原理

    ２．１ 離心鼓結(jié)構(gòu)

     ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)的離心鼓為水平轉(zhuǎn)軸，翻袋式離心機(jī)將普通離心機(jī)的離心鼓分成兩部分，一部分為沿主軸旋轉(zhuǎn)的離心鼓部分，另一部分為除了沿主軸旋轉(zhuǎn)并且可以沿轉(zhuǎn)軸平動(dòng)的水平平動(dòng)部分，濾袋的兩端分別固定在離心鼓部分和水平平動(dòng)部分，水平平動(dòng)部分的水平移動(dòng)可以將濾袋翻轉(zhuǎn)，濾袋原來(lái)朝里的一面在翻轉(zhuǎn)后就完全朝外（見(jiàn)圖 １）。

                    

     這種離心鼓的設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn) １００％下料的同時(shí)也解決了離心機(jī)的振動(dòng)問(wèn)題。一般此結(jié)構(gòu)的離心機(jī)在過(guò)濾時(shí)，由于濾餅旋轉(zhuǎn)在離心鼓內(nèi)分布不均勻易造成振動(dòng)。而 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)的離心鼓采用特殊平衡結(jié)構(gòu)，其平動(dòng)部分內(nèi)有隨離心鼓同時(shí)旋轉(zhuǎn)的支撐桿，在填料時(shí)，物料（ 固液混合）被支撐桿打散（ 見(jiàn)圖 ２），可保證在濾袋上形成均勻的濾餅，從而使離心機(jī)在運(yùn)行時(shí)沒(méi)有振動(dòng)。ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)一般在 ０～２ｍｍ／ｓ，所以 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)的動(dòng)態(tài)重量不超過(guò) １００ｋｇ，這樣 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)就不需要任何防震地基，減少了土建成本，而且可以安裝在高層作業(yè)。

               

      此外，還可通過(guò)與配套的干燥、混料設(shè)備連線(xiàn)，構(gòu)成完整的原料藥精烘包工藝模塊。

     ２．２ 翻袋式離心機(jī)的總體結(jié)構(gòu)

     ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)從結(jié)構(gòu)上可以分成加工區(qū)域和驅(qū)動(dòng)區(qū)域兩部分。其中，加工區(qū)域（ 又稱(chēng)物料接觸區(qū)域）可分為固體出料倉(cāng)和過(guò)濾倉(cāng)兩部分。

    在整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)采用杠桿原理，翻袋式離心機(jī)固定于重心點(diǎn)，離心機(jī)可以沿重心點(diǎn)有一定幅度的擺動(dòng)，因此在離心鼓內(nèi)的重量變化和離心機(jī)尾部的位移成正比。在翻袋式離心機(jī)尾部安裝有壓力傳感儀可以將位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)（ 見(jiàn)圖 ３），通過(guò)可編程控制器進(jìn)行信號(hào)處理，如實(shí)反映離心鼓內(nèi)的重量變化。這種設(shè)計(jì)使 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)成為世界上唯一一種能夠直接顯示離心鼓內(nèi)物料重量的離心機(jī)，這就是 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)的填料控制。

                 

    ３ 翻袋式離心機(jī)的過(guò)濾工藝周期

   ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)的過(guò)濾工作原理為間歇過(guò)濾，整個(gè)過(guò)濾周期（ 見(jiàn)圖 ４）可以分為以下幾個(gè)步驟。 

                  

                        圖 ４ ４ＨＦ 翻袋式離心機(jī)工藝周期

    ３．１ 填料

   物料通過(guò)水平的填料管被填入旋轉(zhuǎn)離心鼓，填料的同時(shí)母液被甩離離心鼓并形成濾餅，通過(guò)填料控制可以進(jìn)行多次填料以達(dá)到最佳濾餅厚度，填料過(guò)程可以在低速條件下進(jìn)行，以保證最初濾餅形成，且減少漏料。

    ３．２ 初步甩干

      一般在填料后需要將母液盡快甩離離心鼓，離心鼓的轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)至由操作人員設(shè)置的速度（ 較高速度），這也是初步甩干步驟。

      ３．３ 洗滌

      當(dāng)母液被甩離濾餅后，濾餅通常需要用一種或者多種洗滌液進(jìn)行洗滌，洗滌液也是通過(guò)填料管被送入離心鼓，被支撐桿打散，在濾餅上形成均勻的液膜，在離心力的作用下，洗滌液通過(guò)濾餅被排出離心鼓，達(dá)到洗滌效果（ 在洗滌過(guò)程中要降低離心機(jī)轉(zhuǎn)速，以增加洗滌液與濾餅接觸時(shí)間）。

     ３．４ 甩干

     洗滌后，將離心鼓轉(zhuǎn)速提到最高，將濾餅甩干。

     ３．５ 下料

     最后，將離心鼓轉(zhuǎn)速調(diào)至下料轉(zhuǎn)速，離心鼓的水平平動(dòng)部分被逐漸推出，濾餅被自動(dòng)卸出離心鼓，濾袋在隨離心鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)被完全翻轉(zhuǎn)，濾餅被全部甩離濾袋，固體由于自身重量滑入下一道工藝，如：干燥器、料筒。下料后表示一個(gè)周期完成，離心鼓的平動(dòng)部分被推回離心鼓，恢復(fù)原始位置，開(kāi)始新的周期。

    ４ Ｈ ＥＩＮ ＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)在原料藥生產(chǎn)中的運(yùn)用

    ４．１ 在原料藥生產(chǎn)中翻袋式離心機(jī)運(yùn)用的特點(diǎn)

    ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī) ＨＦ系列最大的特點(diǎn)為能夠在每一周期完成后自動(dòng)將離心鼓的物料完全甩離濾袋而不在濾袋上保存殘余濾餅，故 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)在原料藥生產(chǎn)運(yùn)行中能凸顯出以下特點(diǎn)：

    ４．１．１ 濾袋不會(huì)由于殘余濾餅而被堵

     因?yàn)?nbsp;ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)能夠在每一周期將所有物料甩離濾袋，這樣保證在下一個(gè)周期仍然有干凈的濾袋，不會(huì)影響下一周期的過(guò)濾效果。

     ４．１．２ 每周期的過(guò)濾質(zhì)量和洗滌質(zhì)量穩(wěn)定

     由于 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)在每一周期的濾袋都是干凈的，不會(huì)被殘余濾袋堵住，所以能夠保證穩(wěn)定的過(guò)濾和洗滌質(zhì)量。

    ４．１．３ 保證固體晶型完整

    也由于 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)在下料時(shí)沒(méi)有任何輔助工具（ 如刮刀），濾餅在離心力的作用下被甩離濾袋，不可能破壞固體晶型。

    ４．１．４ 全自動(dòng)操作

    ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)可以進(jìn)行全自動(dòng)過(guò)濾，不會(huì)發(fā)生由于濾袋被堵而需要打開(kāi)離心機(jī)進(jìn)行人工處理余料，從而保證在過(guò)濾一批料之間不必打開(kāi)離心機(jī)，更加符合 ＧＭＰ 生產(chǎn)要求。

    ４．１．５ 全封閉

    ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)的設(shè)計(jì)符合 ＤＩＮ２４４００ 氣體密封標(biāo)準(zhǔn)，即：在 ４０ｍｂａｒ 的壓力下，每小時(shí)壓力損失不超過(guò) １５％，這樣也減少了保護(hù)氣體的消耗量。

    ４．１．６ 提高單位過(guò)濾面積的產(chǎn)量

    由于 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)保證下料的徹底性，而且下料過(guò)程為 ９０ｓ，打破了傳統(tǒng)的盡量多填料的過(guò)濾工藝?？梢圆捎蒙倭?、少時(shí)、多次的方法，由于濾餅較薄，降低了過(guò)濾時(shí)間和濾餅濕度，提高了單位過(guò)濾面積的產(chǎn)量。

    基于以上優(yōu)點(diǎn)，ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī) ＨＦ 系列特別適合于制藥工業(yè)，尤其是多品種生產(chǎn)，即在同一臺(tái)ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)上過(guò)濾不同的物料。

    ４．２ 翻袋式離心機(jī)在原料藥生產(chǎn)運(yùn)用中填料控制

    ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)的填料控制可以正確的反映離心鼓內(nèi)物料的重量，通過(guò)可編程控制器就可以?xún)?yōu)化填料量，并且對(duì)洗滌時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。填料時(shí)通過(guò)計(jì)算填料量的最大值和最小值，易過(guò)濾的物料可以選擇多次填料曲線(xiàn)ａ進(jìn)行填料（見(jiàn)圖 ５），當(dāng)離心鼓內(nèi)物料達(dá)到最大值時(shí)，填料閥門(mén)被關(guān)閉，母液在 離心力的作用下被排出離心鼓，當(dāng)離心鼓內(nèi)重量在認(rèn)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最小值時(shí)，填料閥門(mén)被自動(dòng)開(kāi)啟，直到認(rèn)定的時(shí)間內(nèi)物料重量沒(méi)有達(dá)到最小值，或整個(gè)填料步驟超過(guò)認(rèn)定的最大填料時(shí)間并開(kāi)始進(jìn)入下一工作周期。對(duì)于難過(guò)濾的物料可以按圖中曲線(xiàn)ｂ進(jìn)行一次填料。

                

     ４．３ 翻袋式離心機(jī)在原料藥生產(chǎn)運(yùn)用中加壓離心技術(shù)

     ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)的專(zhuān)利產(chǎn)品有加壓填料管。利用加壓過(guò)濾技術(shù)和填料管和離心鼓之間的動(dòng)密封可以確保離心鼓密封，離心鼓內(nèi)加壓可達(dá) ６ｂａｒ。離心過(guò)濾和加壓過(guò)濾相結(jié)合，降低濾餅含水量，提高產(chǎn)量。

    其中，濾餅是由很多固體顆粒堆積而成，固體顆粒之間的縫隙可以假設(shè)成毛細(xì)管，由于液體表面張力的作用，毛細(xì)管內(nèi)始終有一定的液位，液位的高度和液體表面張力以及毛細(xì)管直徑有關(guān)。如果形成濾餅的固體顆粒越小，假設(shè)的毛細(xì)管直徑越小，液位越高，在離心機(jī)內(nèi)，由離心力產(chǎn)生的離心壓力往往不能克服毛細(xì)管的液位，這也是固體顆粒細(xì)小的物料難過(guò)濾的原因。所以，離心機(jī)操作人員可以經(jīng)常觀(guān)察到濾袋附近的濾餅比較濕，顆粒越小的物料越明顯。

    通過(guò) ＨＥＩＮＫＥＬ 的加壓離心技術(shù)，６ｂａｒ 的壓力完全可以克服毛細(xì)管作用引起的液位，加壓離心時(shí)，通過(guò)可編程控制器監(jiān)視離心鼓內(nèi)的壓力變化，當(dāng)離心鼓的壓力突然下降，說(shuō)明了濾餅內(nèi)的液體被壓力壓出，加壓離心就此完成。實(shí)踐證明，在加壓離心時(shí)，壓力對(duì)于過(guò)濾效果的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)分離因數(shù)對(duì)于過(guò)濾的影響，在加壓離心時(shí)，離心鼓的轉(zhuǎn)速對(duì)產(chǎn)品的濕度已沒(méi)有明顯的影響

了。加壓離心過(guò)濾和普通離心過(guò)濾的效果對(duì)比見(jiàn)表 １。

                  

    ５ 小結(jié)

    本文就 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機(jī)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用作了闡述，從中可以看到翻袋式離心機(jī)有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，特別在原料藥生產(chǎn)行業(yè)的晶體母液分離方面運(yùn)用有著更廣的前景。