施水華

（浙江美陽國際工程設(shè)計(jì)有限公司上海分公司，上海 201203）

按照醫(yī)藥工業(yè)GMP的要求，對(duì)衛(wèi)生級(jí)容器之一的攪拌反應(yīng)釜也提出相應(yīng)的要求，其主要內(nèi)容如下：

（1）攪拌元件，例如：釜內(nèi)聯(lián)軸節(jié)、槳葉、擋板等零部件表面應(yīng)光潔、容易清洗及滅菌。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)須作衛(wèi)生級(jí)設(shè)計(jì)的考慮；

（2）凡和物料直接接觸的設(shè)備內(nèi)件選材應(yīng)采用不與其反應(yīng)，不釋出微粒及不吸附物料的材料，一般可采用奧氏體不銹鋼制作，對(duì)用于注射劑及藥液配制的攪拌設(shè)備，應(yīng)盡量選用超低碳不銹鋼，即304L或316L，國產(chǎn)牌號(hào)為022Cr19Ni10或022Cr17Ni12Mo2；

（3）反應(yīng)釜的傳動(dòng)部件密封應(yīng)良好，嚴(yán)格防止?jié)櫥?、冷卻劑等泄漏對(duì)原料、半成品、成品和材料的污染；

（4）對(duì)傳動(dòng)裝置的噪聲要控制，一般室內(nèi)噪聲級(jí)小于75 dBA。

根據(jù)衛(wèi)生級(jí)攪拌容器的GMP要求，本文就衛(wèi)生級(jí)攪拌系統(tǒng)的軸封、釜內(nèi)聯(lián)軸節(jié)、攪拌漿葉、釜內(nèi)擋板以及需觀察釜內(nèi)攪拌狀況的帶燈視鏡等部件的衛(wèi)生級(jí)設(shè)計(jì)作一介紹，以供設(shè)計(jì)參考。

1 軸封設(shè)計(jì)

按ASME—BPE生物過程設(shè)備的要求，衛(wèi)生級(jí)密封可分為Ⅰ級(jí)密封、Ⅱ級(jí)密封和Ⅲ級(jí)密封。

1.1 Ⅰ級(jí)密封

Ⅰ級(jí)密封能承受小的泄漏，在連續(xù)衛(wèi)生級(jí)環(huán)境中使用，使用實(shí)例為單端面機(jī)械密封，填料密封、唇形密封和迷宮式密封。該類密封的旋轉(zhuǎn)速度及使用壓力均受到嚴(yán)格的限制。

1.2 Ⅱ級(jí)密封

對(duì)于攪拌容器來說，Ⅱ級(jí)密封一般為組合密封，實(shí)際使用的有雙端面機(jī)械密封，是由兩個(gè)密封部件組成，借助隔離液的作用，始終保持較工藝流體高的壓力；也可使用串聯(lián)密封，由兩個(gè)單端面密封組成，并安裝在同一方向，使用實(shí)例有注射用水和蔗糖溶液。

1.3 Ⅲ級(jí)密封

Ⅲ級(jí)密封主要用于毒性流體，高危險(xiǎn)流體和含有病原體和重組DNA有機(jī)體，該類機(jī)械密封應(yīng)該有帶屏蔽液體的組合密封，結(jié)構(gòu)上仍是雙端面機(jī)械密封及串聯(lián)密封。

目前，國內(nèi)對(duì)于衛(wèi)生級(jí)軸封設(shè)計(jì)尚無規(guī)定，設(shè)計(jì)上也沒有足夠的重視，一般衛(wèi)生容器設(shè)計(jì)中，也無嚴(yán)格要求，僅在個(gè)別工程設(shè)計(jì)文章上提及衛(wèi)生要求，按參考文獻(xiàn)[2]，對(duì)衛(wèi)生攪拌密封的要求，機(jī)械密封應(yīng)增設(shè)內(nèi)部集液環(huán)，集液環(huán)的高度應(yīng)高于機(jī)械密封磨擦付的高度，以便冷卻劑的泄漏不會(huì)對(duì)藥液造成污染，對(duì)單端面機(jī)械密封，宜增設(shè)軸承，增加機(jī)械密封處的支承性能，減少密封面的徑向撓度，以減少泄漏。2002 H型機(jī)械密封就是典型的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 2002 H型機(jī)械密封

對(duì)雙端面機(jī)械密封的衛(wèi)生設(shè)計(jì)和2005H型機(jī)構(gòu)，如圖2所示。

這二種機(jī)械密封已經(jīng)在有衛(wèi)生要求的攪拌容器設(shè)計(jì)中采用，達(dá)到較為滿意的效果，能防止密封面材料或密封沖洗液進(jìn)入容器內(nèi)，從而避免對(duì)藥液的污染。

2 釜內(nèi)聯(lián)軸器

目前，國內(nèi)尚無衛(wèi)生級(jí)釜內(nèi)聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)上常用的夾殼聯(lián)軸器及剛性凸緣聯(lián)軸器均不屬于衛(wèi)生級(jí)設(shè)計(jì)，一般不宜用于有衛(wèi)生要求的反應(yīng)釜。按照SAME—BPE的要求，衛(wèi)生級(jí)釜內(nèi)聯(lián)軸器必須具備：

圖2 2005 H型機(jī)械密封

（1）使用釜內(nèi)聯(lián)軸器需得到終端用戶的同意；

（2）釜內(nèi)聯(lián)軸節(jié)僅限用于液面以上；

（3）密封墊片盡可能用O形圈，不用平面墊片；

（4）應(yīng)使用可以自然排液的緊固件，如：蓋形螺母；

（5）不能露出螺紋，緊固用蓋形螺母，而不用六角螺母和螺釘；

（5）任何場合螺紋都不得暴露在外；

（7）釜內(nèi)聯(lián)軸器應(yīng)該在聯(lián)軸器上部用盲螺紋孔緊固，并用O形圈密封。

典型的衛(wèi)生級(jí)釜內(nèi)聯(lián)軸器如圖3所示。

該衛(wèi)生級(jí)釜內(nèi)聯(lián)軸器在國內(nèi)已有系列設(shè)計(jì)，可供設(shè)計(jì)工程師選用。

圖3 衛(wèi)生級(jí)釜內(nèi)聯(lián)軸器

3 槳葉

目前，國內(nèi)尚無衛(wèi)生級(jí)槳葉的設(shè)計(jì)，用于發(fā)酵罐攪拌的徑向流槳葉——弧葉類園盤渦輪式槳葉及部份軸向流的寬葉旋槳式槳葉，實(shí)質(zhì)上均未考慮衛(wèi)生設(shè)計(jì)，但已在發(fā)酵罐上獲得廣泛應(yīng)用。ASME——BPE對(duì)衛(wèi)生級(jí)槳葉有如下要求：

（1）輪轂和槳葉應(yīng)設(shè)計(jì)成焊接結(jié)構(gòu)；

（2）輪轂應(yīng)該有斜面，以防止積液；

（3）槳葉應(yīng)該帶有排液孔和斜面，以便排液；

（4）不得有水平平面；

（5）如果可能，槳葉應(yīng)和攪拌軸焊接成一體。

攪拌軸終端的槳葉衛(wèi)生設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 終端槳葉（衛(wèi)生級(jí)）

4 釜內(nèi)擋板

目前，國內(nèi)尚無專用的衛(wèi)生級(jí)擋板的設(shè)計(jì)，ASME—BPE推薦使用的半衛(wèi)生級(jí)設(shè)計(jì)及全衛(wèi)生級(jí)設(shè)計(jì)如圖5所示。

國內(nèi)某設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，衛(wèi)生級(jí)擋板設(shè)計(jì)成下列形式，見圖6。

圖5 非半、全衛(wèi)生級(jí)擋板

圖6 衛(wèi)生級(jí)擋板

5 衛(wèi)生級(jí)帶燈視鏡

目前，國內(nèi)尚無衛(wèi)生級(jí)帶燈視鏡的專用設(shè)計(jì)，HG/T 21575帶燈視鏡雖然在材料上采用全不銹鋼視鏡，密封墊片選用衛(wèi)生級(jí)的聚四氟乙烯倉復(fù)墊，但在結(jié)構(gòu)上尚未考慮到衛(wèi)生級(jí)要求，ASME—BPE對(duì)衛(wèi)生級(jí)帶燈視鏡提出了相關(guān)要求：

（1）視鏡玻璃最好融入金屬壓縮密封，熔融的玻璃在金屬框架內(nèi)成型；即為燒結(jié)式視鏡；

（2）熔融視鏡內(nèi)的氣泡是允許的，但是其大小和數(shù)量要得到控制，玻璃表面的氣泡不允許存在；

（3）玻璃熔融入金屬視鏡的密封點(diǎn)在表面，所以，視鏡表面應(yīng)是一個(gè)整體，具有連續(xù)性，沒有裂紋、縫隙和凹凸；

（4）不得使用有裂痕的玻璃；

（5）金屬框架的表面粗糙度為0.38～0.64 μm；

（6）視鏡應(yīng)該標(biāo)明其玻璃類型，最大承受壓力、溫度等。

典型的衛(wèi)生級(jí)帶燈視鏡如圖7所示。

圖7 衛(wèi)生級(jí)帶燈視鏡

上海一公司從歐洲引進(jìn)的衛(wèi)生級(jí)燒結(jié)視鏡，使用壓力為-0.1～2.5 MPa，使用溫度為-30℃～ +280℃，并符合ASME—BPE的要求，可使用于食品工業(yè)及醫(yī)藥工業(yè)，其結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 衛(wèi)生級(jí)卡箍式視鏡

其規(guī)格如下表。

6 尚待開發(fā)的其他攪拌零部件

（1）釜內(nèi)支撐軸承

在攪拌容器設(shè)計(jì)中，由于攪拌軸過長，或者轉(zhuǎn)速過高，需在釜內(nèi)設(shè)置支撐軸承。常用的支撐軸承型式有中間軸承、底軸承、吊軸承等。

中間軸承有三拉桿式、井字槽鋼式等，底軸承有三足式、底部法蘭式，迷宮三足式等，這些釜內(nèi)支撐軸承均沒有考慮到衛(wèi)生級(jí)要求，ASME—BPE對(duì)支撐軸承提出以下要求：

①應(yīng)盡量避免使用支撐軸承，如果使用支撐軸承，應(yīng)保證不影響排液；

②應(yīng)使用實(shí)心桿的軸承座支撐結(jié)構(gòu)，并保證容器的排液；

③排液孔的大小要適當(dāng)，以防止積液和阻塞容器的排液；

④支撐軸承和軸之間的空隙應(yīng)足夠大，以允許清潔劑進(jìn)入。

根據(jù)ASME—BPE的要求，如今國內(nèi)尚未進(jìn)行衛(wèi)生級(jí)釜內(nèi)支撐軸承的設(shè)計(jì)，屬研究開發(fā)的初階段。

（2）各種型式的衛(wèi)生級(jí)槳葉

槳葉種類繁多，常用的有十幾個(gè)大類，有槳式、開啟渦輪式、園盤渦輪式、推進(jìn)式、軸流式、螺桿式、錨框式等等，適合于不同粘度、不同用途的各式攪拌，這些槳葉的衛(wèi)生級(jí)設(shè)計(jì)目前尚未開發(fā)，有待于今后的需要，是否有必要再進(jìn)行深入的研討。

本文闡述了攪拌系統(tǒng)中的軸封、釜內(nèi)聯(lián)軸器，槳葉、擋板、帶燈視鏡及釜內(nèi)支撐軸承等零部件的衛(wèi)生級(jí)設(shè)計(jì)。隨著醫(yī)藥工業(yè)的GMP越來越深入的發(fā)展，勢必對(duì)衛(wèi)生型攪拌零部件會(huì)提出更嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求，本文作者作為衛(wèi)生級(jí)攪拌系統(tǒng)零部件的設(shè)計(jì)者，提出新的理念和廣大設(shè)計(jì)工作者共同探討。

衛(wèi)生級(jí)燒結(jié)視鏡規(guī)格表

[1] 全國醫(yī)設(shè)計(jì)信息中心站譯. 生物過程設(shè)備. ASME-BPE-2005版.

[2] 彭守興. 衛(wèi)生級(jí)容器的設(shè)計(jì)[J]. 醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)，2005，26(5)：1.