摘要：從翻袋式離心機的形成及特點出發，闡述了 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機結構、原理及過濾工藝周期等技術問題，使人們對此類設備在原料藥生產中的應用有更進一步的認識。

　　關鍵詞：翻袋式離心機；固液離心分離；原料藥；過濾工藝周期

　　原料藥生產工藝中離不開固液、液液分離等重要工藝過程，如原料藥生產行業的晶體母液分離、各種發酵液的菌體分離等生產都需要各種類型的離心分離設備。

　　離心機的種類很多，按其作用原理不同，可分為翻袋（ 過濾）式離心機和沉降式離心機兩大類。翻袋（ 過濾）式離心機的轉鼓上開有小孔，有過濾介質，在離心力作用下，液體穿過過濾介質經小孔流出而得以分離，主要用于處理懸浮液固體顆粒較大、固體含量較高的場合；而沉降式離心機的代表類型就是螺旋沉降式離心機，是一種連續操作式的離心機，其利用物料之間的密度不同達到分離的目的，離心機旋轉的離心力作用，使固體顆粒沉降到轉鼓內壁，利用螺旋與轉鼓之間存在轉速差，螺旋將固體顆粒推進到轉鼓的錐形部分固體出料端，液體通過轉鼓大端溢流口溢出，達到固液分離的目的。目前，原料藥生產行業的晶體母液分離方面的解決方案，大都應用翻袋（ 過濾）式離心機，本文試就過濾式離心機的特點、結構原理及應用作一闡述，以使此類設備在原料藥生產上發揮更大作用。

　　１ 翻袋式離心機的形成及特點

　　１．１ 翻袋式離心機的形成

　　從２０世紀６０年代起，制藥工業開始廣泛使用離心機，如三足式離心機、刮刀式離心機、吊帶式離心機、下出料式離心機、活塞推料式離心機等，這些離心機普遍存在勞動強度大、非密閉作業、安全保護差、離心機中殘余固體物料等缺點。已不能適應制藥工業的發展。

　　針對制藥行業的需求，從 ２０ 世紀 ７０ 年代開始，德國海因克爾（ＨＥＩＮＫＥＬ）公司開始著手研究和制造一種特殊的制藥工業用翻袋（ 過濾）式離心機，目的是能夠在全封閉、保證安全生產的條件下，全自動完成離心過濾、洗滌、下料全過程，并實現 １００％下料。

　　１９７１ 年，世界上第一臺翻袋式離心機問世并得到了制藥及化工行業的重視，隨著 ＧＭＰ、ＦＤＡ 等藥品生產規范的推廣，對制藥工業的生產過程的要求也越來越嚴格，翻袋式離心機以其獨特的優點、更加符合ＧＭＰ 的設計得到了制藥行業的認可。

　　１．２ 翻袋式離心機的特點

　　１．２．１ 在原料藥生產過程中，必須注意過濾設備的設計符合 ＧＭＰ 規范，由于 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機采用全密封設計，并且可以杜絕因正常生產過程中的每過濾一個批次物料都必須進行設備清洗的要求而要打開離心機的可能性。所以，ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機工作部分能確保潔凈要求，因為不可能有異物進入翻袋式離心機的加工區域。

　　另外，對于必須在潔凈間內過濾的物料，ＨＥＩＮＫＥＬ 還提供了穿墻設計，與物料有接觸的加工區域設在潔凈區域以內，而主機等驅動區域設在潔凈區域以外。

　　１．２．２ 從空間來說，ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機的與物料接觸區域為一個獨立的單元，和其他空間沒有接觸面。 然而，其它傳統的過濾設備，如三足式離心機在下料時，刮刀式離心機在濾袋被堵需要人工處理時，物料接觸區域和環境空間就會有接觸，所以環境的潔凈度有更高的要求。

　　１．２．３ ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機還可以實現就地清洗ＣＩＰ）和浸泡式清洗，同時在需要消毒滅菌時可用消毒液代替洗滌液進行化學消毒（ ＳＩＰ），達到滅菌的目的。 此外，ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機的密封材料和過濾介質均通過了 ＦＤＡ 認證。

    １．２．４ ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機可完全滿足多品種生產的要求，曾經用于同時生產 ２０ 多個產品的生產廠家。

    ２ 海因克爾（ Ｈ ＥＩＮ ＫＥＬ）翻袋式離心機結構和原理

    ２．１ 離心鼓結構

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

                    

     這種離心鼓的設計，在實現 １００％下料的同時也解決了離心機的振動問題。一般此結構的離心機在過濾時，由于濾餅旋轉在離心鼓內分布不均勻易造成振動。而 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機的離心鼓采用特殊平衡結構，其平動部分內有隨離心鼓同時旋轉的支撐桿，在填料時，物料（ 固液混合）被支撐桿打散（ 見圖 ２），可保證在濾袋上形成均勻的濾餅，從而使離心機在運行時沒有振動。ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機在正常運轉時的振動一般在 ０～２ｍｍ／ｓ，所以 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機的動態重量不超過 １００ｋｇ，這樣 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機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。

               

      此外，還可通過與配套的干燥、混料設備連線，構成完整的原料藥精烘包工藝模塊。

     ２．２ 翻袋式離心機的總體結構

     ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機從結構上可以分成加工區域和驅動區域兩部分。其中，加工區域（ 又稱物料接觸區域）可分為固體出料倉和過濾倉兩部分。

    在整體結構的設計上，ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機采用杠桿原理，翻袋式離心機固定于重心點，離心機可以沿重心點有一定幅度的擺動，因此在離心鼓內的重量變化和離心機尾部的位移成正比。在翻袋式離心機尾部安裝有壓力傳感儀可以將位移轉變為電信號（ 見圖 ３），通過可編程控制器進行信號處理，如實反映離心鼓內的重量變化。這種設計使 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機成為世界上唯一一種能夠直接顯示離心鼓內物料重量的離心機，這就是 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機的填料控制。

                 

    ３ 翻袋式離心機的過濾工藝周期

   ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機的過濾工作原理為間歇過濾，整個過濾周期（ 見圖 ４）可以分為以下幾個步驟。 

                  

                        圖 ４ ４ＨＦ 翻袋式離心機工藝周期

    ３．１ 填料

   物料通過水平的填料管被填入旋轉離心鼓，填料的同時母液被甩離離心鼓并形成濾餅，通過填料控制可以進行多次填料以達到最佳濾餅厚度，填料過程可以在低速條件下進行，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，離心鼓的轉速自動調節至由操作人員設置的速度（ 較高速度），這也是初步甩干步驟。

      ３．３ 洗滌

      當母液被甩離濾餅后，濾餅通常需要用一種或者多種洗滌液進行洗滌，洗滌液也是通過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，洗滌液通過濾餅被排出離心鼓，達到洗滌效果（ 在洗滌過程中要降低離心機轉速，以增加洗滌液與濾餅接觸時間）。

     ３．４ 甩干

     洗滌后，將離心鼓轉速提到最高，將濾餅甩干。

     ３．５ 下料

     最后，將離心鼓轉速調至下料轉速，離心鼓的水平平動部分被逐漸推出，濾餅被自動卸出離心鼓，濾袋在隨離心鼓轉動的同時被完全翻轉，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。下料后表示一個周期完成，離心鼓的平動部分被推回離心鼓，恢復原始位置，開始新的周期。

    ４ Ｈ ＥＩＮ ＫＥＬ 翻袋式離心機在原料藥生產中的運用

    ４．１ 在原料藥生產中翻袋式離心機運用的特點

    ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機 ＨＦ系列最大的特點為能夠在每一周期完成后自動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 翻袋式離心機在原料藥生產運行中能凸顯出以下特點：

    ４．１．１ 濾袋不會由于殘余濾餅而被堵

     因為 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機能夠在每一周期將所有物料甩離濾袋，這樣保證在下一個周期仍然有干凈的濾袋，不會影響下一周期的過濾效果。

     ４．１．２ 每周期的過濾質量和洗滌質量穩定

     由于 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機在每一周期的濾袋都是干凈的，不會被殘余濾袋堵住，所以能夠保證穩定的過濾和洗滌質量。

    ４．１．３ 保證固體晶型完整

    也由于 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機在下料時沒有任何輔助工具（ 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 全自動操作

    ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機可以進行全自動過濾，不會發生由于濾袋被堵而需要打開離心機進行人工處理余料，從而保證在過濾一批料之間不必打開離心機，更加符合 ＧＭＰ 生產要求。

    ４．１．５ 全封閉

    ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機的設計符合 ＤＩＮ２４４００ 氣體密封標準，即：在 ４０ｍｂａｒ 的壓力下，每小時壓力損失不超過 １５％，這樣也減少了保護氣體的消耗量。

    ４．１．６ 提高單位過濾面積的產量

    由于 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機保證下料的徹底性，而且下料過程為 ９０ｓ，打破了傳統的盡量多填料的過濾工藝。可以采用少量、少時、多次的方法，由于濾餅較薄，降低了過濾時間和濾餅濕度，提高了單位過濾面積的產量。

    基于以上優點，ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機 ＨＦ 系列特別適合于制藥工業，尤其是多品種生產，即在同一臺ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機上過濾不同的物料。

    ４．２ 翻袋式離心機在原料藥生產運用中填料控制

    ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機的填料控制可以正確的反映離心鼓內物料的重量，通過可編程控制器就可以優化填料量，并且對洗滌時間進行準確的控制。填料時通過計算填料量的最大值和最小值，易過濾的物料可以選擇多次填料曲線ａ進行填料（見圖 ５），當離心鼓內物料達到最大值時，填料閥門被關閉，母液在 離心力的作用下被排出離心鼓，當離心鼓內重量在認定的時間內達到最小值時，填料閥門被自動開啟，直到認定的時間內物料重量沒有達到最小值，或整個填料步驟超過認定的最大填料時間并開始進入下一工作周期。對于難過濾的物料可以按圖中曲線ｂ進行一次填料。

                

     ４．３ 翻袋式離心機在原料藥生產運用中加壓離心技術

     ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機的專利產品有加壓填料管。利用加壓過濾技術和填料管和離心鼓之間的動密封可以確保離心鼓密封，離心鼓內加壓可達 ６ｂａｒ。離心過濾和加壓過濾相結合，降低濾餅含水量，提高產量。

    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成毛細管，由于液體表面張力的作用，毛細管內始終有一定的液位，液位的高度和液體表面張力以及毛細管直徑有關。如果形成濾餅的固體顆粒越小，假設的毛細管直徑越小，液位越高，在離心機內，由離心力產生的離心壓力往往不能克服毛細管的液位，這也是固體顆粒細小的物料難過濾的原因。所以，離心機操作人員可以經常觀察到濾袋附近的濾餅比較濕，顆粒越小的物料越明顯。

    通過 ＨＥＩＮＫＥＬ 的加壓離心技術，６ｂａｒ 的壓力完全可以克服毛細管作用引起的液位，加壓離心時，通過可編程控制器監視離心鼓內的壓力變化，當離心鼓的壓力突然下降，說明了濾餅內的液體被壓力壓出，加壓離心就此完成。實踐證明，在加壓離心時，壓力對于過濾效果的影響要遠遠超過分離因數對于過濾的影響，在加壓離心時，離心鼓的轉速對產品的濕度已沒有明顯的影響

了。加壓離心過濾和普通離心過濾的效果對比見表 １。

                  

    ５ 小結

    本文就 ＨＥＩＮＫＥＬ 翻袋式離心機的特點、結構原理及應用作了闡述，從中可以看到翻袋式離心機有著獨特的優點，特別在原料藥生產行業的晶體母液分離方面運用有著更廣的前景。