大型发酵罐的改进设计.pdf

药 I ： 程设计杂志P h a r ma c e u t i c a l E n g i n e e r i n g D e s i g n 2 0 0 2， 2 3 ( 3 ) ： 、 ) 已 ) 埏 年) 单 元设 备设计 _ ， ： = j 啊 大 型 发 酵 罐 的 改 进 设 计 上 海医药工业设计院( 2 o o o o ) 彭守兴 摘要本文介绍大型发酵罐设备设计的 9点改进。发酵罐作为制药工厂的关键设备 ， 使之在设计上更合理 ， 操作上更可 靠 、 方便 更严格的 杜绝 染菌 ， 更能满 足发酵工艺的要求 。 关键词 卧式电机输人式减速机卫生级人孔光视组合带冲洗视镜染菌轴向流部分径 向流的旋浆式浆叶 随着生化技术 和生化产品 的不断发展 ， 制药设 备越来越严格 的 G MP要求 ， 对发 酵罐 的大型化 ， 结 卡 句 设计 、 搅拌通气效 率以及防止发酵罐 的染 菌 也提 出了越来越高 的要求 。在 发酵罐 的设备设计 中， 不 但要严格按照发酵工艺 的需要 ， 严格的不染菌 ， 而且 还要提高发酵水平 ， 降低 能耗 。本人在某 工程 的大 型发酵罐的设计 中， 从过去长期设计 的基础上 ， 对此 作了较大的改进 ， 使之和传统发酵罐 有很大的不 同， F面就改进部分作一介绍 。 1 减速 机 过去大型发 酵罐设计选用 的减速机 ， 大 多为皮 带减速机 ； 这是由于皮带减速机造价 比较低廉 、 噪声 小 ， 尤其是操作 和维修 比较方便 ， 运转一段时 间后， 易损 的零件只有皮带 ， 更换十分方便 ， 对机修人员要 求不高。因此许多制药厂乐意使用。但皮带减速机 外形尺寸较大 ， 传动效率相对较低 ， 速 比也不能严格 控制 所 以， 近年来有些工程设计 人员采用立式齿 轮减速机 ， 但带来 的新 问题是 大功率 的立式齿轮减 速机组装后高度很高 ， 几 乎绝 大多数发酵工厂在厂 房高度上很难接受。 同时 ， 大功率齿轮减速机 目前 国产的噪声较大 ， 操作人 员长期在高噪声 的环境 下 操作 带来环保上 的问题 ， 所 以也不受用户 的欢 迎。 因此 本人在该大型发酵罐设计中 ， 选用了釜用卧式 电机输入式减速机 ， 即发酵罐专用的型圆柱 、 圆锥齿 轮减速机 。 目前 ， 国外引进 的大型搅拌设备 ， 采用这 种型式的减速机较 多。由于电机 卧式安置 ， 使 整个 减速系统 的高度大幅 下降 ( 详 见“ 釜用卧式 电机输 入式减速机及稳定器的使用” 一文 ， 医药工程设计杂 志 1 9 9 8年第 l 期 ) ， 满足发酵工厂厂房高度 的要求。 同时 ， 该种型式减速 机的搅拌轴 的挠 曲和减速机 的 传动 ， 这二部分互不 干涉 ， 即搅拌 轴的挠 曲( 这是不 可避免的) 不会影响减速机的传动。因此 ， 获得 了用 户的欢迎。本人已在苏州某化工厂 、 上海某味精厂 、 诛海某制药厂等许多设计项 目中选用 ， 效果显著 ， 值 得推广。浙江长城减速机有 限公 司已有 系列 产品， 并有丰富的实际使用经验 。图 1为这种减速机标准 型 的外形 图 。 E c = = = l 0 f f u - r 园l 囡 。： f l I 1 l b 一 储 工 n -d o 、 ： l 工 。 f i 【I D l 图 1 F J 型 ( 标准型 ) 2三分式联轴节 三分式联轴节上 半部分 凸缘式联 轴节 ， 下半部 为夹壳式联 轴节 ， 中 间留有装 拆 密封 环座 的 间隙。 保 留凸缘式联 轴节容易对 中 ， 夹壳 式联轴节装 卸方 便 的特点 。更换 密封环时 ， 只须 拆掉下 半部的夹壳 式联轴节 ， 将传动轴下移一段小距离 ， 而方便地更换 密封环 ， 可不必起 吊减速机。 目前 ， 这种型式联轴节 已广泛采用 。 3机械 密 封 以往大型发酵罐 的设计 ， 搅 拌轴 的密封 常采用 单端面非平衡型 的机械密 封 ， 这种密封 能基 本上满 足发酵罐的要求 ， 但密封液会不可避免地漏人罐 内， 造成对发 酵液 的污染 。本 人 这次 设计 的大 型发酵 罐 ， 在所选用 的机械密封 时 ， 在 结构上作 了改进 ， 即 增加一 只收集器 ， 并对其高度有一定要求 ， 以至确保 密封液不漏人发酵罐 内， 而被引至罐外 ， 改进前后 的 结构图如图 2所示。 维普资讯 医药 I = 程设计 杂志P h a r ma c e u t i c a l E n b fi n e e r i n g D e s i g n 2 0 0 2 2 3 ( 3 ) 改进后 的结构图 下端增设收 集器 改进前的 结构图 ( 半圆弧 圆盘涡轮式 ) 图3 ( a ) 图2 4 浆 叶 以往大型发酵罐的搅 拌浆叶 ， 几乎全采用 圆盘 蜗轮式直叶或弯叶浆叶。通过数个 ( 一般 为 3个浆 叶 ) 径向流的蜗轮式浆叶 ， 达 到循环培养介质 ， 分布 气泡 、 传热等方面的 目的。本人设计 的发酵罐 ， 下部 采用半圆弧对 开圆盘涡轮式浆叶 ， 上部二档采 用 四叶旋浆式浆 叶， 分别如图 3 ( a 、 b ) 所示。 这种浆叶的选择及组合更能保持整个发酵液的 均匀， 将下端 的径向流和上端 的轴 向流 、 少量径向流 结合起来 ， 使气体分散更平稳 、 均匀。该种组合型式 ( 四叶旋 桨式搅拌器 ) 图3 ( b) 浆叶在发酵罐 中使用的趋势 日益增多 。 叶旋浆式 浆叶能提高传质效率 、 降低剪切 速率 ， 增进 混合 ， 降 低能耗。据有关资料报道 ， 旋 浆式 浆叶要 比径 向流 的蜗轮式浆叶提高 3 0 以上 的传质效率 ， 而降低能 耗约 4 5 ， 同时可提高产量约 1 O1 5 。据 国外资 料报道 ， 它特别适用于发 酵罐 。 目前浙江长城减速 维普资讯 药 - 一 J 设计 杂志P h a r ma c e u t i c a l E n g i n e e r i n g D e s i g n 2 0 0 2 ， 2 3 ( 3 ) 机有限公司已有 系列产品 ， 可供设计工程师选用 。 5釜内联轴节 由 j ： 检修如厂房高度等方 面的原 因。考虑到轴 吊装的可能性 ， 在 大型发 酵罐 内一般增 设联 轴节。 以往常规的发酵罐设计 ， 大多数采用夹壳式联轴节 ， 该型式联轴节装卸方便 ， 但表 面 料， 死角很多 ， 易染菌， 不适宜发酵罐 内使用 。本 人在 陔发酵罐设 计中 采用了锻造的法兰盘式联轴节 ， 外表 绎抛光 后无死角 不积料 ， 适用于发酵罐内使J lJ 6作冷却盘管的挡板 为了及时地带走发酵热 ， 以往在大型发酵罐的 没汁， 罐 内常设 4 8组冷却盘管 。罐 内冷却盘管及 其 支撑架 必定 占据罐 内体积 ， 减少发酵容量 ， 并会 产生许多死角 ， 造成积料 ， 大大增加染 菌的可能性 。 本人设计的发酵罐将挡板设计成冷却盘管的直排结 卡 句 ， 如图4所示。诸管子之间用扁钢支撑 ， 采用全焊 透结构 ， 焊缝磨圆。即作全挡板 ， 又可作冷却盘管。 I 高 I 图4 7 半圆夹套 近年来 ， 半圆夹套代替整体夹套 ， 在大型发酵罐 中已经十分普遍 。这是 由于大型发酵罐 ， 直径较大 ， H D较长 ， 采用整体夹套使得发酵罐体的壁厚增 加 ， 工程造价较高。采用半 圆夹套 ， 即可减薄罐体厚度 ， 又可强化传热。目前大型发酵罐采用半圆夹套的居 多 而且 ， 对于半 圆夹套 的设计计算 已有规定 ， 可以 按规范进行设计 。 因此会获得越来越广泛的应用。 8卫生级 快 开人 孔 以往大型发酵罐的人孔 ， 均选用水平 吊杆式不 锈 钢 人孔 ， 一 只 D N 6 0 0的 人 孔 ， 重 量 为 2 6 0 k g ， 螺 栓 数为 l 6只 M 2 0 。本人设计 的发酵罐 ， 选用 了卫生级 全不锈钢制快开人孔 ， 该人孔充分 考虑到医药工业 设备的持点 ： 压力不高 ； 温度 不高 ； 而卫生洁净要求 较高 ， 内外壁光滑 、 易清洗。选用 的人孔 同样是一只 D N 6 0 0 ， 重量 为 5 1 k g ， 螺柱数为 1 0只 M1 6 。垫 片采 用卫生级橡胶 ， 人孔结构充分考虑到不染菌的要求 ， 内外壁均抛光 ， 达到卫生容器 的要 求。有关卫生级 人孔 的详细介绍请见 “ 卫 生级人 、 手孔 ” 一文 ( 医药 工程设计杂志 ， 2 0 0 1年第 1 期 ) 。该卫生级人 、 手孔 自试生产以来 ， 深受用 户欢迎。已经在许 多设计项 目中采用 ， 其价格约为进 口的一半。卫生级人 、 手孔 作为专业化生产 的产品 ， 越来越受到用户的采纳。 9 带 灯 视镜 以往大 型发酵罐 的设计 ， 均采用二 只 D NI O 0 1 5 0的视镜 ， 其中一 只视镜 配 白炽灯 ， 以观察罐 内发 酵情况 。自化工部标准 H G T 2 1 5 7 59 4实施以来 。 带灯视镜获得 了普遍 的采用。受到用 户的肯定 。本 人设计 的发酵 罐采用 了光视 组合带 冲洗 的带灯 视 镜 ， 由于发酵罐体直径较大 ， 高度较高。因此特意设 计 了一 台 D N 2 2 5视镜 ， 配以上海威勒机 电设 备有 限 公司进 口的 U S L视镜 灯 ， 组成光 视组合 。 如图 5所 不 。 图5 D N 2 2 5视镜配以 1 0 0 W U S L视镜射灯 ， 亮度大 ， 光束集中 ， 能十分清晰地窥视到整个发酵罐 ， 新设计 的视镜带有 冲洗 口， 可省去罐体 内部附设 的冲洗管 ， 也减少 了染菌原 ， 无疑是一种改进设 计。有关带灯 视镜 的详情 ， 可参阅“ 带灯视镜 ” 一文 ( 医药工程设 计杂志 ， 2 0 0 0年第 4期 ) 。 带灯视镜 自化 工部标 准 HG T 2 1 5 7 59 4实施 至今 ， 已经在国内推广使用 ， 但 由于视镜灯制造的局 限性 ， 尤其是防爆型视镜灯 由于内装变压器的缘故 。 体积较大 ， 所 以小直径的视镜往往还不能实现光视 维普资讯 医药工程 没汁杂志P h a r ma c e u t i c a l E n g i n e e r i n g D e s i g n 2 0 0 2 2 3 ( 3 视镜灯和视镜的组合表 灯代号 配用视镜规格 所配视镜 型式 电压 ( V) 功率 ( W) 防腐 型 防爆 型 单独光孔 光视组合 F 2 1 2 5 ， 1 5 0 法兰盘式视镜 2 2 0 l 2 5 0 1目J ： 灯 B J D 1 O 0， 1 2 5， 1 5 0 法 兰盘式视镜 2 2 0 1 2 2 0 8 0， 1 0 0， 1 2 5 2 0， 5 0 鲁米 射灯 法 兰盘式视镜 2 4 ( 1 2 0 ) l 5 0 2 2 5 l o o 6 5， 8 0 2 0， 5 0 S I M射灯 螺纹式视镜 2 4 ( 1 2 0 ) l O 0 1 2 5 7 5， 1 O 0 馋 8 0 ， 1 0 0 ， 1 2 5 法兰盘式视镜 US I 一0 3 6 5 2 4 2 0 5 0 闲 l 5 0 2 2 5 螺纹式视镜 进 0 5 2 0 5 0 J U S I 一O 6 8 0， 1 O 0 1 2 5 ， 1 5 0， 2 2 5 同上 2 4 7 5 ，1 O 0 灯 0 7 US 1 一EX l 2 8 0， 1 O 0 1 2 5 ， 1 5 0 ， 2 2 5 同上 5 2 0 0 5 2 4 US I 一EX l 2 l O 0 1 2 5 1 5 0 ， 2 2 5 同上 2 0 5 0 0 6 2 4 组合 。上海威勒机 电设 备有 限公司从德 国引进 的视 镜灯基本上均能实现光视组合 。目前许 多用户来 电 询问视镜规格与光视组合 的条件 ， 现借此文汇总如 下 以供用户参考 。并解决设计 中遇到的实际问题 。 上述大型发酵罐 的改 进设计 ， 是将原先 的发酵 罐作 了较 大程度的改进 。随着发 酵工业 的发 展 ， 发 酵罐 的设计必将受到人们高度的重视 。 收稿 日期： 2 0 0 2 0 4一 O l 为中药生产现代化 开发节能低温高效率的中药生产线 上海三明干燥研究所( 2 o o 2 3 2 ) 沈善明 摘要论述 目前中药生产流程设备不足， 介绍一种节能低温高收率的中药生产线。 关键词低温综合经济性收率 1 前 言 中国是 中药 的发源地 ， 也是中药生产 的大国 ， 中 药生产厂不计其数 ， 中药品种繁多 ， 产量 巨大。可是 我 国中药生产几乎千篇一律 采用多能提取罐 、 外循 环升膜蒸发器生产浸膏 ， 浸膏干燥设备类 型较多 ， 有 热风循环烘箱 、 喷雾 干燥 和流化喷雾 干燥 制粒。许 多年来都沿用 这样 的流程和设备不 变， 是不是这样 的流程和设备已尽善尽美而形成极雷 同格局 ， 若 稍 加分析研究就会觉得并不如此 。总会感觉 到与 中药 原材料物性 、 药品质量要求 ， 以及药品收率之 间缺少 了些有机联系 ， 在整 体