過(guò)濾洗滌干燥三合一設(shè)備的工程設(shè)計(jì)探討

張靜

摘要：基于過(guò)濾洗滌干燥三合一設(shè)備的構(gòu)造、功能、工作原理，探討在工程設(shè)計(jì)階段對(duì)過(guò)濾洗滌干燥三合一設(shè)備的設(shè)計(jì)選型、設(shè)備管道布置以及制造方面的要求。

關(guān)鍵詞：過(guò)濾;洗滌;干燥;三合一

0 ? ?引言

在制藥行業(yè)，藥品在結(jié)晶釜內(nèi)結(jié)成懸浮液，用離心機(jī)進(jìn)行固體和液體的分離，得到濾餅，然后進(jìn)入洗滌罐進(jìn)行清洗，再進(jìn)入單錐干燥機(jī)或烘箱進(jìn)行干燥。物料需要通過(guò)幾個(gè)設(shè)備，在物料轉(zhuǎn)換過(guò)程中無(wú)法完全密封，為解決這一難題，近年研發(fā)的過(guò)濾洗滌干燥三合一設(shè)備（下文簡(jiǎn)稱“三合一設(shè)備”）集晶體的固液分離、洗滌過(guò)濾和低溫真空干燥功能于一體，在一個(gè)密封的容器內(nèi)完成上述工藝操作，從而有效地防止了人為污染，保證了藥品內(nèi)在質(zhì)量。這種新的三合一設(shè)備具有操作過(guò)程簡(jiǎn)便密封、物料轉(zhuǎn)換方便、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好等特點(diǎn)，因此已逐漸為原料藥生產(chǎn)廠所采用。

1 ? ?三合一設(shè)備的構(gòu)造與功能

1.1 ? ?三合一設(shè)備的構(gòu)造

三合一設(shè)備有兩種，分別為平板式三合一設(shè)備和筒錐式三合一設(shè)備，圖1所示為平板式三合一設(shè)備，使用較為廣泛，它的主要構(gòu)件包括三合一設(shè)備本體、攪拌裝置、過(guò)濾盤(pán)與底盤(pán)、排料裝置及控制箱等。

三合一設(shè)備本體是一個(gè)壓力容器，并帶有夾套，包括一個(gè)封頭和圓柱形筒體，內(nèi)部具備控溫夾套和保溫層。本體上設(shè)有上測(cè)溫接口、清洗口/溶劑入口（3個(gè)均布）、壓力傳感器接口、帶燈視鏡、壓力表接口、攪拌裝置接口、人孔、燈視鏡、壓力表接口、吹掃閥進(jìn)氣口、原料進(jìn)口、帶視鏡手孔、氣體進(jìn)口、真空口/捕集口、備用口、上罐體熱水進(jìn)出口、攪拌槳熱水進(jìn)出口、封頭熱水進(jìn)出口、捕集器熱水進(jìn)出口、出料閥側(cè)出料口/下料口、取樣口、爆破片接口、濾液出口、罐底熱水進(jìn)出口、反吹口、平衡口、下測(cè)溫口、捕集器清洗口、出料閥清洗口、出料閥清洗液排放口、驗(yàn)證口/波紋管清洗口。

攪拌裝置包括電機(jī)、減速機(jī)、軸封結(jié)構(gòu)、攪拌軸、攪拌槳葉和變頻器幾個(gè)部分。攪拌軸分空心軸和實(shí)心軸，在機(jī)組中起到帶動(dòng)槳葉正反轉(zhuǎn)和上下移動(dòng)的作用。攪拌槳葉的數(shù)目可以根據(jù)過(guò)濾面積的大小而定，一般在2 m2以下設(shè)備常用S型雙槳葉，過(guò)濾面積大于3 m2可選用三槳葉形式。變頻器用來(lái)控制攪拌軸的轉(zhuǎn)速。

過(guò)濾盤(pán)和底盤(pán)的組件包括過(guò)濾板、支撐環(huán)、底盤(pán)及腳輪幾個(gè)部分。底盤(pán)下置夾層可通入熱媒，對(duì)干燥物料起加熱作用，而過(guò)濾板（片）支撐環(huán)花板則全部與底盤(pán)連接，底盤(pán)再通過(guò)卡箍或快接螺栓與三合一機(jī)組本體相連接。當(dāng)?shù)妆P(pán)從本體卸下來(lái)后，可以用支腿腳輪從筒體下面移出來(lái)，完成濾盤(pán)的清洗工作，除去積存在濾板上的少量物料。過(guò)濾板又稱為“過(guò)濾介質(zhì)”，有織物介質(zhì)、多孔物質(zhì)燒結(jié)而成的燒結(jié)板、燒結(jié)金屬網(wǎng)、用聚合物燒結(jié)的過(guò)濾板等。過(guò)濾燒結(jié)板可為單層網(wǎng)板，也可做成多層網(wǎng)板，同時(shí)也可以做成不同孔徑、分上下兩層的燒結(jié)板。過(guò)濾燒結(jié)板大部分為圓形片狀結(jié)構(gòu)，支撐環(huán)用來(lái)支撐燒結(jié)過(guò)濾板，焊接固定在底盤(pán)上。

排料裝置，內(nèi)嵌式出料機(jī)構(gòu)，出料無(wú)殘留設(shè)計(jì);配備鎖緊機(jī)構(gòu)，確保密封及出料操作安全。多數(shù)三合一設(shè)備在本體圓筒下側(cè)面設(shè)置排料閥，并與設(shè)備本體內(nèi)壁緊密吻合，其中，在閥腔中配置自動(dòng)清洗裝置，而閥腔下方出料口配有卡箍式快開(kāi)盲板，平時(shí)蒙住排料閥出口，出料時(shí)打開(kāi)。排料閥可全自動(dòng)液壓開(kāi)閉，也可以手動(dòng)操作，無(wú)菌級(jí)設(shè)備的排料閥應(yīng)具備CIP和SIP功能。

三合一設(shè)備控制部分按常規(guī)配置，分為兩部分，一是控制箱，二是操作箱。三合一設(shè)備的控制系統(tǒng)可控制攪拌槳葉的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，而槳葉的轉(zhuǎn)速調(diào)整則由機(jī)組的變頻調(diào)速器直接進(jìn)行控制。攪拌槳葉的升降、過(guò)濾板盤(pán)的升降、卡箍的開(kāi)關(guān)、排料閥的開(kāi)關(guān)等工藝操作過(guò)程均由PLC控制的液壓系統(tǒng)中的電磁閥來(lái)完成。

1.2 ? ?三合一設(shè)備的功能

三合一設(shè)備的主要功能包括過(guò)濾功能、清洗功能、干燥功能、CIP和SIP功能。

（1）過(guò)濾功能：將結(jié)晶釜中結(jié)晶后的物料（固液混懸物）攪拌均勻，然后過(guò)濾，實(shí)現(xiàn)晶體與母液的固液分離。

（2）清洗功能：對(duì)易清洗的物料，可以不攪起晶體的濾餅層進(jìn)行清洗、過(guò)濾;對(duì)于難以清洗的物料，可攪起晶體的濾餅層，用洗滌劑進(jìn)行置換清洗及過(guò)濾;可進(jìn)行一次，也可反復(fù)進(jìn)行幾次，直到清洗干凈，達(dá)到工藝要求為止。淋洗后可以從清洗噴淋球中加入清洗劑，并開(kāi)啟攪拌順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，把晶體濾餅粉碎松開(kāi)，使其與清洗液充分混合呈糊狀，并通過(guò)攪拌對(duì)晶體進(jìn)行攪拌清洗。

（3）干燥功能：開(kāi)啟真空閥門(mén)對(duì)筒體內(nèi)進(jìn)行減壓，同時(shí)開(kāi)夾套加熱循環(huán)系統(tǒng)（筒體、筒底、攪拌軸、槳葉），按工藝規(guī)定的溫度進(jìn)行真空干燥，屆時(shí)也可以開(kāi)攪拌，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，粉碎松開(kāi)濾餅，加快干燥，或更換方式，用通入干燥的熱空氣對(duì)物料進(jìn)行熱空氣干燥。低溫真空干燥達(dá)到干燥標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)后，可以自動(dòng)出料。真空干燥時(shí)，抽真空可由罐體上面抽，也可以從罐體濾板下方抽，同時(shí)在筒體夾套、攪拌軸、槳葉通入恒溫?zé)崴畬?duì)物料進(jìn)行加熱，從而達(dá)到干燥的目的。干燥后，開(kāi)啟攪拌閥和排料閥進(jìn)行自動(dòng)出料。

（4）CIP和SIP功能：工藝操作結(jié)束后，在筒體內(nèi)和排料閥腔中對(duì)整個(gè)筒體和排料閥進(jìn)行在位清洗，清洗后再用蒸汽滅菌。凡與物料接觸的部件均可以進(jìn)行全自動(dòng)在位清洗，包括本體、管道、管接件、排料閥等;在自動(dòng)清洗后，可在不移動(dòng)及拆開(kāi)零部件的狀態(tài)下進(jìn)行在位滅菌，便于做好設(shè)備的清洗驗(yàn)證和空罐的滅菌驗(yàn)證。

在位清洗（Clean-in-Place，CIP）是一種不需要拆卸的清潔管道、容器、工藝設(shè)備、過(guò)濾器及相關(guān)配件內(nèi)部表面的方法。使用CIP技術(shù)的好處是：清洗速度更快，勞動(dòng)強(qiáng)度更小，可重復(fù)性更強(qiáng)，對(duì)人類造成的化學(xué)暴露風(fēng)險(xiǎn)更小。CIP最初是手工操作的，包括平衡罐、離心泵和與被清洗系統(tǒng)的連接。

在位滅菌（Sterilization-in-Place，SIP）系統(tǒng)負(fù)責(zé)反復(fù)對(duì)產(chǎn)品接觸區(qū)域進(jìn)行蒸汽處理，包括容器、流動(dòng)路徑和取樣口。這可能是為了減少系統(tǒng)上的生物負(fù)荷，或在批次結(jié)束時(shí)殺死有害物質(zhì)。典型的SIP系統(tǒng)將確保所有被蒸的區(qū)域都暴露在活蒸汽中足夠的時(shí)間。蒸汽系統(tǒng)必須能夠測(cè)量和控制蒸汽的溫度、壓力和/或流量，以確保有足夠的蒸汽。