1、過濾、洗滌、干燥三合一設(shè)備設(shè)計研究報告項目完成單位:總 裁：環(huán)保副總裁：項目負(fù)責(zé)人：報告編寫人： 報告完成時間：2012年3月共11頁第 2 頁目 錄1前言32設(shè)備工作原理及功能特點 32.1 設(shè)備工作原理32.2 設(shè)備功能特點53設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計及相關(guān)技術(shù)要求 63.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計63.2 相關(guān)技術(shù)要求84設(shè)備相關(guān)參數(shù)說明105應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性評價115.1 應(yīng)用115.2 經(jīng)濟(jì)性評價11共11頁第 3 頁1刖百過濾、洗滌、干燥是化工醫(yī)藥食品等行業(yè)十分重要的單元操作，一般由過濾機(jī)、打 漿槽以及干燥機(jī)等多個設(shè)備來完成。 這些設(shè)備分別對應(yīng)各自的配套裝置，因而占地面積 大、造價貴，單元與單元間物料的搬運

2、或輸送較困難，不但勞動強(qiáng)度大，還易造成物料 的走失和浪費，而對易燃易爆、有毒或劇毒的物料或不允許有污染的生物制品、藥品、 食品等，要求密閉操作，此時各單元操作間物料的輸送難度就更高， 有時常常會由此而 使整套裝置處于不能完全正常操作的狀態(tài)，有的裝置雖能操作，但勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)周期長、能耗大、效率低甚至影響產(chǎn)品質(zhì)量等。針對上述情況，瑞士、日本以及美國等國從20世紀(jì)80年代起曾先后研發(fā)具有過濾、 洗滌以及干燥等功能的設(shè)備，該類設(shè)備使物料的過濾、洗滌、干燥等多種操作在一臺設(shè) 備內(nèi)完成，大大縮短了工藝流程，減少了設(shè)備投資和廠房的投資，已在化工、制藥、食 品、冶金等領(lǐng)域得到廣泛使用。我國從20世紀(jì)90年

3、代開始研發(fā)生產(chǎn)這種集過濾、洗滌、 干燥于一體的多功能設(shè)備，目前，國內(nèi)一般通過測繪仿制自行研制、引進(jìn)技術(shù)等方法進(jìn) 行設(shè)備的研制，雖然可實現(xiàn)在同一臺設(shè)備中完成藥物結(jié)晶后的固液分離和干燥，但由于制造方式不同以及在如何符合GMP驗證的要求和藥廠內(nèi)部質(zhì)量管理規(guī)程方面，尤其是 把該設(shè)備應(yīng)用于無菌藥物的生產(chǎn)時，還有許多需改進(jìn)提高的地方。針對上述國內(nèi)過濾、洗滌和干燥三合一設(shè)備存在的問題，結(jié)合“過濾、洗滌、干燥 三合一設(shè)備的技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用”項目的研究要求，課題組進(jìn)行了全面細(xì)致的研究工作， 著重進(jìn)行了設(shè)備的程序控制系統(tǒng)及各種工作條件下設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝的設(shè)計，以達(dá)到量產(chǎn)化生產(chǎn)三合一設(shè)備的國家標(biāo)準(zhǔn)。通過科學(xué)細(xì)致的研究和

4、分析，課題組已基本完成了本項 目的設(shè)計研究任務(wù)，并編寫提交本設(shè)計研究報告。2設(shè)備工作原理及功能特點2.1 設(shè)備工作原理三合一 ”設(shè)備的工作原理：三合一 ”設(shè)備是在一個密閉容器中把結(jié)晶后的固液混合物利用濾餅前后的壓力差為推動力進(jìn)行固液分離，并在同一設(shè)備完成過濾一清洗一再過共11頁第 4 頁濾一再清洗一過濾或壓濾一干燥等工藝過程。因此，無論是初過濾還是清洗后的再過濾， 都是濾餅方式的過濾，即在一個壓力差為推動力的作用下，使結(jié)晶后的晶體與液體的固 液混合懸浮液經(jīng)過多孔燒結(jié)網(wǎng)板，使晶體（固體狀的顆粒）被截流在過濾介質(zhì)的上面， 而母液（液體）則經(jīng)過介質(zhì)而分離出來。（1）過濾速率的計算三合一 ”設(shè)備的過濾

5、原理為濾餅過濾，在過濾的過程中，晶體顆粒被截留在過濾介質(zhì)的一側(cè)，而不斷增厚的濾餅層也逐漸形成了一個過濾介質(zhì)層， 而在介質(zhì)的另一側(cè)是濾 出的精液。由于濾餅的可壓縮性，隨著濾餅層厚度的增加使其也越來越緊密， 與之產(chǎn)生 的過濾阻力也隨之增大，而對濾餅兩側(cè)外加的壓力差（或用壓縮氣體或抽真空）即為過濾過程的推動力，因此，可由下列公式中推算出過濾速率：、十痣、由垢過濾過程中的推動力P P過礁速率=過濾介質(zhì)層的阻力其中，過濾速率指的是在單位時間通過單位過濾面積所得的過濾后的液體量。推動力P可由施加于過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓差計算獲得。阻力來自于兩個方面，一是過濾網(wǎng)介質(zhì)層的阻力，另一個是濾餅層的阻力。各類結(jié)晶在過濾過

6、程中形成的濾餅層的阻力可以經(jīng)過小樣試驗求出。（2）洗滌與洗滌時間晶體洗滌的作用是把殘留在濾餅中的濾液或者把溶于洗滌劑中的可溶物逐步置換掉，保證藥物晶體的純度，它的原理是置換作用。然而，洗滌時間也可先做小樣試驗再 決定。洗滌階段一般分3個階段，初始洗滌階段，清洗出大部分母液；中間洗滌階段， 其洗滌劑中的母液含量越來越少； 后洗滌階段，濾餅中大部分母液已被置換出來，濾餅 層中的結(jié)晶顆粒為純凈的藥物結(jié)晶固形物。洗滌時間不是越長越好，而是從小樣試驗中 找出一個最經(jīng)濟(jì)合適的時間及洗滌次數(shù)。（3）濾餅厚度在選擇“三合一”設(shè)備（尤其在決定過濾面積大小）時，應(yīng)先推算一下晶體濾餅的 厚度，根據(jù)下列經(jīng)驗公式可以估

7、算出濾餅的厚度:共11頁第 5 頁H二工d3膜D式中，H為濕濾餅的厚度（mm） ； W為濕濾餅的重量（kg）； d為濕濾餅的比容，（g/ml）擬選定的三合一 ”過濾板的有效直徑D （m）；其中，W和d可以做小樣試驗得出， 計算出來的濾餅厚度可與下列表（參考數(shù)值）中經(jīng)驗數(shù)值比對，如果厚度值靠近選定 的規(guī)格，則說明選擇正確。若有偏差則再選擇其他數(shù)值的直徑，計算后進(jìn)行比對，找出 最佳濾板直徑。除了結(jié)晶非常松散極易過濾的物料外，當(dāng)濾餅厚度超過500mm以上,由于在濾餅層產(chǎn)生阻力也越來越大， 過濾時間加長，過濾效率下降，因此建議不宜隨意 增大濾餅的厚度。2.2 設(shè)備功能特點經(jīng)實際生產(chǎn)驗證，本項目開發(fā)的設(shè)

8、備具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便及一體化等特點，具 備在位清洗和在位滅菌功能，符合 GMP （Good Manufacturing Practice）對原料藥生產(chǎn) 設(shè)備的要求，避免了環(huán)境對物料可能產(chǎn)生的污染。具體可實現(xiàn)以下幾部分功能：攪拌過濾功能 結(jié)晶罐中結(jié)晶后的物料（固液混懸物）進(jìn)行攪拌均勻，然后過濾 進(jìn)行晶體與母液的固液分離。濾餅清洗過濾功能 濾餅的淋洗或置換清洗，對易清洗的物料，可以不翻起晶體的 濾餅層進(jìn)行清洗、過濾。對于難于清洗的物料，可攪起晶體的濾餅層，用洗滌劑進(jìn)行置 換清洗及過濾，可進(jìn)行一次，也可以反復(fù)進(jìn)行幾次，直到清洗干凈，達(dá)到工藝要求為止。脫液延展功能 對濾餅進(jìn)行壓碾，除去濾餅中的龜裂

9、縫，克服過濾中的斷路現(xiàn)象， 用壓空或真空方式，使過濾順利進(jìn)行，固液分離清晰。干燥出料功能 低溫真空干燥達(dá)到干燥標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)后，可以自動出料。真空干燥時， 抽真空可由罐體上面抽，也可以從罐體濾板下方抽，同時在筒體夾套、攪拌軸、漿葉通 入恒溫?zé)崴畬ξ锪线M(jìn)行加熱，從而達(dá)到干燥的目的。干燥后，開啟攪拌閥和排料閥進(jìn)行 自動出料。CIP和SIP功能 工藝操作結(jié)束后，在筒體內(nèi)和排料閥腔中對整個筒體和排料閥進(jìn) 行在位清洗（內(nèi)部均安裝旋轉(zhuǎn)噴淋球）清洗后再用蒸汽滅菌，完成 CIP和SIP功能過共11頁第 6 頁3設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計及相關(guān)技術(shù)要求3.1設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計本項目開發(fā)的過濾、洗滌、干燥“三合一”設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖

10、1所示，主要 有過濾、洗滌、干燥機(jī)組本體、攪拌裝置、過濾盤與底座、排料裝置、液壓裝置及控制 箱等組成。（1）過濾-洗滌-干燥機(jī)組本體過濾-洗滌-干燥機(jī)組本體稱為“筒體”，是一個帶有夾套裝置的受壓容器（夾套可 以是半管夾套或蜂窩夾套）。由橢圓形封頭及圓柱形筒體焊接而成，封頭頂部配有攪拌 裝置接口、（人/手）孔、燈視鏡、（壓力/真空）表口、進(jìn)料口、清洗劑或洗滌液的進(jìn)料圖1 ”三合一 ”設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖口、旋轉(zhuǎn)噴淋球安裝口、真空或壓縮氣體（凈化或惰性氣體）口及安全閥口等；筒體側(cè) 面有排料口（兼取樣與驗證用）。夾套外面有保溫層，最外層為304板材裝飾保持本體, 便于表面清潔。（2）攪拌裝置攪拌裝置由電機(jī)

11、、減速機(jī)、軸封裝置、攪拌軸、攪拌漿葉和變頻器組成。電機(jī)選用共11頁第 7 頁防爆電機(jī)；減速機(jī)的減速箱整體鍛造而成，齒輪采用優(yōu)質(zhì)合金經(jīng)滲碳淬火處理進(jìn)行加工， 用于增強(qiáng)減速機(jī)的承載能力；軸封裝置采用機(jī)械密封，為防止泄露，在主軸外面加一道 不銹鋼(316L)波紋管套，其兩端頭固定在機(jī)械密封裝置與攪拌漿葉上；攪拌軸采用 空心結(jié)構(gòu)，可通入熱媒介質(zhì)使其與空芯漿葉連通， 在筒體內(nèi)起到對物料干燥時的加熱作 用；根據(jù)過濾面積的大小，攪拌槳葉為“ S”型雙槳葉結(jié)構(gòu)；變頻器，安裝于控制箱內(nèi)， 用來控制攪拌軸的轉(zhuǎn)速。(3)過濾盤與底座過濾盤與底座組件由過濾板、支撐環(huán)、底盤(座)及腳輪組成。其中，過濾板采用固體性的多孔

12、物質(zhì)燒結(jié)而成的燒結(jié)板，單層結(jié)構(gòu)，材質(zhì)選用316L,孔徑在550仙m范圍內(nèi)(根據(jù)物料性狀決定)；支撐環(huán)由過濾花板及支撐架組成，用來支撐燒結(jié)過濾板， 二者焊接而成，然后固定在地盤上；底盤下置夾層可通入熱媒對干燥物料起加熱作用， 而過濾板(片)支撐環(huán)花板則全部與底盤聯(lián)結(jié)，底盤再通過卡箍與“三合一”機(jī)組本體 相連結(jié)。(4)排料裝置本體圓筒下側(cè)面設(shè)置排料閥，并與設(shè)備本體內(nèi)壁緊密吻合。其中，閥桿外面套有波紋管，材質(zhì)選用316L,在閥腔中配置自動清洗裝置，而閥腔下方出料口配有 卡箍式快開盲板，平時悶住排料閥出口，出料時打開。排料閥可全自動液壓開/閉，也可以手動操作。(5)液壓裝置液壓系統(tǒng)由液壓缸、分流閥、電

13、機(jī)、油泵、引導(dǎo)止逆閥、流量閥、濾油器空氣濾清 器、壓力表組、油箱、油路板及油路管組成。液壓系統(tǒng)用于自動打開或關(guān)閉底盤及排料 閥，控制底盤的上升或下降，同時用于攪拌軸在垂直方向的上升或下降。(6)控制箱控制箱一部分置于配電機(jī)中，一部分放在機(jī)組周圍，便于操作控制。共11頁第 8 頁3.2相關(guān)技術(shù)要求（1）設(shè)備選用要求由于本項目設(shè)計的設(shè)備為無菌級設(shè)備，因此，該產(chǎn)品需進(jìn)行無菌、熱源以及澄明度 等指標(biāo)檢測，且設(shè)備操作方式采用機(jī)電一體化的模塊式自動操作模式。（2）制造要求筒體材質(zhì)以及選用 316L不銹鋼制作，進(jìn)行表面拋光處理（機(jī)電拋光+電拋）Ra0.3小解筒體內(nèi)部設(shè)置的清洗球、攪拌軸、漿葉、攪拌軸套（耐壓

14、波紋管）及功能管接口的 材質(zhì)選用316L不銹鋼，進(jìn)行表面拋光處理（機(jī)電拋光 +電拋）Ra0.3 pni自動卸料閥為無積液結(jié)構(gòu)，具材質(zhì)選用 316L不銹鋼，并進(jìn)行表面拋光處理（機(jī)電 拋光+電拋）Ra0.3p四閥桿套選用聚四氟波紋管或耐壓不銹鋼波紋管。設(shè)備上部的攪拌裝置（電機(jī)、減速器等），材質(zhì)選用304不銹鋼，電機(jī)減速器為固 定式減速器，固定部分用304不銹鋼外罩殼包起來，便于清潔，使其更加符合 GMP規(guī) 范中無菌管理的清潔衛(wèi)生制度的要求。濾板、盤、支撐架，無菌級設(shè)備用 316L不銹鋼制作，進(jìn)行表面拋光處理（機(jī)電拋 光 + 電拋）Ra0.4mo（3）設(shè)備控制要求控制系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）集

15、中控制，并配備集散控制系統(tǒng)（DSC）?！叭?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，另一個是操作箱，為便于 現(xiàn)場（在潔凈室內(nèi)）操作及臨場控制，系統(tǒng)采用觸摸控制（HMI）,對工藝操作和整個 機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控。做法是：控制箱放在現(xiàn)場（潔凈區(qū)）防爆區(qū)域內(nèi)，所以必須使用防爆結(jié)構(gòu)，如果把觸摸屏放在潔凈區(qū)內(nèi)進(jìn)行操作， 則觸摸屏也必須是防爆型產(chǎn)品?？刂乒穹?在非防爆區(qū)域，采用非防爆結(jié)構(gòu)。三合一”設(shè)備的控制系統(tǒng)可控制攪拌漿葉的正轉(zhuǎn)（順時針）/反轉(zhuǎn)（逆時針），而漿葉的轉(zhuǎn)速調(diào)整則由機(jī)組的變頻調(diào)速器進(jìn)行直接控制。攪拌漿葉的升降、過濾板盤的升降、共11頁第卡箍的開/關(guān)、排料閥的開/關(guān)等工藝操作過程均由PLC

16、控制的液壓系統(tǒng)中的電磁閥來完 成。在控制系統(tǒng)中設(shè)有手動和自動控制功能。在手動狀況下，電機(jī)、電磁閥均可以按工 藝過程進(jìn)行控制和操作。在安裝完畢初期調(diào)試時，必須先用手動操作，對各類工藝參數(shù) 進(jìn)行測試、調(diào)整。另外，當(dāng)設(shè)備正常自動運行遇到意外情況時，需緊急停車，即可用手 動方式對故障進(jìn)行排除。整個控制過程包括：攪拌、過濾、清洗碾壓、抹平、干燥、排 料及排料閥的清洗等過程。在自動控制時，也應(yīng)該對工藝中每個工序都能有效地控制操 作，而每個工序也可以進(jìn)行組合，連續(xù)運行。（4）設(shè)備安裝及系統(tǒng)配置要求一笠-設(shè)備安裝于1萬級潔凈廠房，與結(jié)晶罐鄰近分開安置（也可以同置于一室），并由 衛(wèi)生級管路連結(jié)。凡進(jìn)入“三合二”

17、設(shè)音生物料人如廂匕睡混.合浮懸液、壓縮氣 體純化水、注射用水、清洗劑（溶劑）注藥涮五芯&過濾后方可加入筒體里面。系統(tǒng) 安裝流程圖，如圖2所示，主要外履N有面和加1及 圣不友氯氣進(jìn)入口、真空抽出管道、濾液排出管道、熱水進(jìn)出管道及固體物料口三室外還可根據(jù)工藝要求配備一定 種類的外接管道?？趫D2 ”三合一 ”設(shè)備安裝流程示意圖（5）設(shè)備控操作要求1）進(jìn)料過程開啟容器上部的進(jìn)料閥，把已經(jīng)在結(jié)晶罐或反應(yīng)罐中結(jié)晶好的物料放入“三合一”筒體內(nèi)，并攪拌均勻。2）過濾甩干過程可以選用加壓方式過濾或抽真空方式進(jìn)行抽濾，同時也把攪拌漿葉降到晶體濾餅表面，進(jìn)行壓碾并過濾；3）淋洗晶體（物料）由容器上部的清洗球中加入規(guī)

18、定的清洗球（ 液），噴淋球到晶體濾餅的表面進(jìn)行抽濾清洗（又稱置換清洗）；4）攪拌清洗淋洗后可以再從清洗噴淋球中加入清洗劑（液），并開啟攪拌順時針方向旋轉(zhuǎn)，把晶體濾餅粉碎松開使其與清洗液充分混合呈糊狀， 并通過攪拌對晶體進(jìn)行攪共11頁第 10 頁拌清洗；5）壓碾過濾、脫液；6）對晶體物料的表面進(jìn)行機(jī)械性壓碾，開始攪拌按逆時針旋轉(zhuǎn)，一邊壓碾晶體表面，平整并修復(fù)濾餅上的裂紋；一邊繼續(xù)進(jìn)行加壓過濾或抽真空過濾；7）開啟真空閥門對筒體內(nèi)進(jìn)行減壓，同時開夾套加熱循環(huán)系統(tǒng)（筒體、筒底、攪 拌軸、漿葉），按工藝規(guī)定的溫度進(jìn)行真空干燥，屆時也可以開攪拌，順時針轉(zhuǎn)動粉碎 松開濾餅加快干燥，或更換方式用通入干燥的熱空氣對物料進(jìn)行熱空氣干燥。8）按生產(chǎn)工藝規(guī)定的條件（時間、溫度、真空度、水分）進(jìn)行物料干燥，符合質(zhì) 量標(biāo)準(zhǔn)后，順時針啟動攪拌使干燥好的物料通過旋轉(zhuǎn)的漿葉移到排出口，經(jīng)排料閥自動排出。9）卸料完畢后，即可對筒體、排料閥進(jìn)行在位清洗與在位滅菌。4設(shè)備相關(guān)參數(shù)說明主軸：空心軸，需通入熱媒介質(zhì)；容器的表面處理：（機(jī)械拋光+電拋）Ra0.3軸套：圓弧形波紋管套功能性管接口：撥管（過度管）冉焊平接頭軸密封：單、雙端面機(jī)械密封排料閥：自動排料攪拌漿葉：S型雙漿葉或三漿葉設(shè)備主材料：316L （與物料接部分全部為 316L）過濾板材料：316L多層燒結(jié)板驅(qū)動部與軸的移動方式：驅(qū)動部件不動，僅主軸上下