技术始终是关键--制药(设备)行业泵技术及其应用

作者:吴武通 文章来源:浙江迦南科技股份有限公司 发布时间:2013-05-09

在医药固体制剂领域,泵的应用相当广泛,无论是在水系统、工艺制粒设备还是辅助清洗设备中,在其工艺阶段,都在使用不同性能的泵。本文将站在用户的角度,就其应用阐述一些泵技术的发展前景和应用案例。

在医药固体制剂领域,泵的应用相当广泛,无论是在水系统、工艺制粒设备还是辅助清洗设备中,在其工艺阶段,都在使用不同性能的泵,比如清洗增压用的多级泵、辅助清洗用的磁力泵和气动隔膜泵、喷浆制粒用的蠕动泵、精确计量的计量泵、纯水输送系统的卫生级离心泵等等。本文就其应用,站在用户角度阐述一些泵技术的发展前景和应用案例。

泵性能与其应用控制

气动隔膜泵在某些特定领域有着明显的优势,采用压缩空气为动力源,对于各种腐蚀性(酸碱性)液体,带颗粒的液体,高粘度、易挥发、易燃、有毒性的液体,均能予以处理,所以通常其在清洗工艺中被用于清洗剂的添加,结构轻巧,特别是PTFE材质的壳体,体积小且易安装。连接十分简单,仅接入0.6MPa压缩空气即可。泵不会过热,也不会产生电火花,有自吸的功能,没有动密封,维修简便并避免了泄漏。

与气动隔膜泵形成对比的是磁力泵,磁力泵在入市之初,动力的无接触传递和以静密封取代动密封的特点,使泵达到完全无泄漏,很快在此领域大显身手,但随着气动隔膜泵的引入,磁力泵面临巨大的挑战,因其具有噪音大和热量高、干摩擦、电机的能效升级等劣势。

当然,气动隔膜泵在更高的精度要求面前,还需要在应用中串入更多的控制元素。理论上,气动隔膜泵在一定驱动气压下,输送同一种介质的能力是恒定的,但温度变化、粘稠度都是影响因素,所以在实际应用中,除了采用减压阀控制气源压力之外,还都会在PLC系统控制中加入 “标定”程序,以期实现清洗剂的定量加入,并能达到较高的精度。

而对于浆液输送的使用场合,往往会选择蠕动泵,其工作状态稳定,具备较高的计量精确性,并可方便整合成多通道输送的特点,受到很多用户的青睐。但其输送范围较窄,一般流量都在15L/min以下,所以对应更要求精确计量、流量选择范围宽的情况,更多用户还是会选择计量泵。

计量泵是跟控制紧密结合的,早期,大多采用了把普通电机加大功率当作变频电机使用的办法。这种方式虽然可以降低成本,但存在着调频范围窄,并且在低频情况下容易烧坏电机的问题,越来越多的用户也认识到这一点,现在这种情况已经越来越少。而采用变频电机加变频器的方式实现外控,与采用泵本身微电路设计实现的外控也存在区别,后者控制精度更高且可以同时实现脉冲信号控制;而前者只能接受模拟电流信号控制。

目前,国外注重技术研发的泵厂家,已经可以提供自身集成了外部控制功能的计量泵产品,不仅有脉冲和电流信号,甚至可以集成PROFIBUS、CAN-BUS控制功能,这些产品赢得了越来越多注重提高生产工艺自动化水平用户的青睐。同时,这也是未来泵产品的发展方向。

多级离心泵是目前使用最宽泛、最普遍的一种泵,有着较为稳定的性能曲线,扬程可选范围宽,从几米到几百米,密封可靠,结构紧凑,常规化安装,泵体过流材质可方便选配优质不锈钢(304&316),能适应轻度腐蚀性的介质范围。在实际应用中,往往会与变频器和压力传感器结合使用,以获得恒压的输出,满足一些工艺要求。但其自吸能力较弱,若安装位置稍稍偏高,或供水量不足,就会产生泵启动异常很快报警,甚至无法启动的现象,常常需要人工参与排除故障,最常见的是将泵体后端的排气阀拧开,使液体充入泵体,而将气体甩出泵体,这个过程需要进入辅机间或打开检修门,不仅繁琐,还会弄湿周围环境,很难清除。针对这类状况,除了选择其他类型的泵之外,还可通过辅助手段解决,这个辅助手段就是在排气口后端接入小口径自动阀门,引出排水管至指定排水点,同时将此自动阀门与PLC控制系统互锁。长时间停机后重新启动泵,则先将排气阀门开启一段时间,泵后压力传感器检测到持续的压力值后,判定泵已正常启动,则可顺利关闭排气阀,也可按实际情况,自动延时关闭排气阀。在特定环境下,这种非常规的配置,可使用户大大降低故障的几率,省去很多排除故障的工作。

对于纯水、注射用水等卫生级别要求更高的场所,就会选用卫生级离心泵,其设计中采用大圆弧过渡和可清洁轴封,泵体过流部件都会采用优质不锈钢316L或304,表面粗糙度达Ra<0.3μm,机械抛光甚至电解抛光,被行业认可为洁净泵,适用于CIP清洗。除医药行业外,饮料和乳品行业也广泛应用。其叶轮直接装在电机主轴上,同心度高,震动小,温度范围宽,在-10℃~+140℃(EPDM)之间,但扬程范围相对于立式多级泵要窄一些,一般不超过100m,当然用户也需考虑其市场价格。在实际应用中,可能对其轴封需要略微多加考虑。泵腔的快速排尽口,可以使残留液得到完全排放。轴封注水冷却和润滑的水源不用另设管路,可以直接从排尽口取用,管路中接上减压阀或针阀等限流元件,使其进入轴封系统下端的水尽量少,轴封上端出水口再设计流量计保护,以免工作异常,无注水持续开机,损坏密封。这种密封耗水量低,仅为0.3L/min左右。

小结

随着制药行业GMP改造的不断深入,泵的使用得到了很大程度的扩展和延伸,但同时也进行着更为紧凑的推陈布新的步伐。其中落后的、耗能的泵将很大程度上失去其终端土壤,而更节能、环保、卫生的要求正在提升这个市场的水平,以往单一的产品生产和销售已经不能满足日益提升的终端需求,结合技术指导的全方位服务则更能赢得未来。泵行业的竞争最终在于非价格因素,技术的领先才是正途,这也正是国产产品和进口品牌的差距所在。

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