制药机械的密封设计的重要性
制药机械安装需跨越不同洁净度级别的区域时,设备上应留出密封隔断的位置或装置。药膏均质机的抽真空工作方式,保证了物料的细腻和无菌生产。
外置型机械密封设计
- 外置型机械密封设计是最早的卫生泵机械密封设计方案,在机械密封只能采用石墨这种材料的时期,细微的石墨颗粒极易脱落且能透过除菌过滤器,外置机械密封的设计可以有效避免在泵体运行中所产生的石墨颗粒进入到物料中,从而避免机械密封带来的颗粒物污染。图2.35可以看出,外置型机械密封的静环部分完全浸润在物料内,而动环等组件暴露在泵外。
- 随着科技的发展,石墨等密封材质已被碳化硅等高强度材料所取代。向外置型机械密封设计也会带来一些无法解决的问题。
- 在泵盖和叶轮之间间隙非常狭小,如果物料是水则没有问题;如果介质是含有颗粒的药液、糖浆或含结晶体等,物料就极易积存在这个狭小的空间里,从而导致交叉污染并影响泵腔的清洗效果。
- 同时,在静环和泵轴之间的间隙非常狭小,机械密封的动环、静环在工作时摩擦会产生很高的温度,该间隙可保证相对低温的介质(如注射用水)对其进行冲洗与冷却,如果间隙受阻,则会影响密封面的冷却效果,容易使机械密封产生类似“干转”的状况并降低机械密封的使用寿命。
- 另外,物料压力的作用力和机械密封的弹力方向相反,当物料压力有波动、弹簧的补偿力不够时,会导致机械密封出现不稳定甚至严重的泄漏。为了解决上述问题,采用外置型机械密封设计的离心泵进行配液系统的物料输送时,只能采用外置型双端机械密封设计进行弥补。
图2.35外置型机械密封设计
外置型双端机械密封设计会导致泵的加工成本增加、配液會路安装相对复杂、运行成本和后期维护费用增加。同时,当物料端机械密封损坏而外置机械密封未损坏时,从外观上可能无法直接、快捷地发现。当药膏均质机的泵正常运行时,泵腔内压力高,物料可能会渗漏到内、外机械密封间的腔室内,对泵腔内的洁净不会产生影响;当泵停下来后,内、外机械密封腔室内流动的冲洗液可能会渗入到泵腔内部,造成不必要的污染。
内置型机械密封设计
内置型机械密封设计(图2.36)属于较先进的机械密封设计,其机械密封的动环、静环部分完全浸润在物料内,可实现良好的自清洗、自冷却效果,利用物料的压力保证良好的密封效果。
图2.36内置型机械密封设计
由于密封材料的改进,碳化硅材料取代了最早的石墨,使得机械密封的设计可以改进为内置型设计,从而弥补了外置型机械密封设计的缺陷。碳化硅非常脆弱,但其破损时会以块状出现并被除菌过滤器截留,从而避免了微粉状石墨颗粒带来的产品污染。
内置型机械密封在泵盖和叶轮之间的间隙非常开放,可以输送几乎所有的卫生行业的物料,包括产生少量结晶的药液和含有少量活性炭颗粒的物料等,而不必担心颗粒的积存。
即使是内置型机械密封设计,在一些特殊情况也需要使用双端机械密封设计,以便冲洗液进入该位置对动静环面进行冲洗,延长机械密封的使用寿命。例如,当药膏均质机中的物料存在一定的危险性或腐蚀性,内置型双端机械密封可实现双重保护,降低物料泄露风险;当物料中含有大量的糖分结晶或颗粒物时,需采用双端机械密封对间隙进行及时冲洗。双端机械密封(图2.37)管路连接相对简单,只需将外接软管或硬管与泵体双端机械密封的管路连接即可。
图2.37双端机械密封的安装