淺析磁力攪拌器在制藥設(shè)備中的應(yīng)用

 

攪拌器的類型、尺寸及轉(zhuǎn)速，對攪拌功率在總體流動和湍流脈動之間的分配都有影響。一般說來，渦輪式攪拌器的功率分配對湍流脈動有利，而旋槳式攪拌器對總體流動有利。對于同一類型的攪拌器來說，在功率消耗相同的條件下，大直徑、低轉(zhuǎn)速的攪拌器，功率主要消耗于總體流動，有利于宏觀混合。小直徑、高轉(zhuǎn)速的攪拌器，功率主要消耗于湍流脈動，有利于微觀混合。

 

由于生物制藥對攪拌器軸封的無菌性和風(fēng)險控制提出了更高要求，工業(yè)用下磁力攪拌器在20世紀(jì)80年代在瑞典應(yīng)運而生。現(xiàn)在，下磁力攪拌器成為市場的主流，并繼續(xù)朝著簡潔、大扭矩、大剪切力或者極低剪切力、軸承材質(zhì)安全、易于在線清洗、在線滅菌的方向發(fā)展。例如生物反應(yīng)器的下磁力攪拌器、高剪切力均質(zhì)用下磁力攪拌器等。是否能夠證明攪拌器可以在線清洗和在線滅菌、軸承材質(zhì)安全等成為生物制藥攪拌器選型前的金標(biāo)準(zhǔn)。

 

臺式磁力攪拌器的工作原理就是利用磁性物質(zhì)同性相斥的特性，通過不斷變換基座的兩端的極性來推動磁性攪拌棒轉(zhuǎn)動；缺點是能量轉(zhuǎn)化效率低，只適合小體積液體攪拌。

 

而工業(yè)用磁力攪拌器的工作原理是：由內(nèi)外兩個磁鋼，中間有隔離套隔開，靠電機驅(qū)動后內(nèi)外磁鋼產(chǎn)生磁耦合達(dá)到傳動的目的。應(yīng)用在泵類多，磁力泵可以達(dá)到*無泄漏、并且能量轉(zhuǎn)化高效。和下磁力攪拌器對應(yīng)的是上磁力攪拌器，由于仍然沒有*去除軸封帶來的風(fēng)險，應(yīng)用領(lǐng)域很局限。

 

由于攪拌是一門實驗科學(xué)，攪拌器的放大是與工藝過程有關(guān)的復(fù)雜問題，至今只能通過逐級經(jīng)驗放大，根據(jù)取得的放大依據(jù)，外推至工業(yè)規(guī)模。目前下磁力攪拌器的放大主要依靠制造企業(yè)的以常見緩沖液為主要模式溶液的模擬試驗、并在此基礎(chǔ)上做的定型和放大，所有定制型都是在標(biāo)準(zhǔn)型號基礎(chǔ)上的改進(jìn)，例如材料定制、功率定制、槳葉形狀定制等等。正確選型、選擇合適的攪拌器成為擺在使用者面前的一道必須解決的問題。

 

磁力攪拌器的應(yīng)用

 

臺式磁力攪拌器和磁力棒已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但只局限于研發(fā)、小規(guī)模的水平，人們往往對磁力攪拌器產(chǎn)生錯覺，認(rèn)為磁力攪拌器的力度弱、功率小，不能用于大體積，以及死角、在線清洗（CIP）和在線滅菌（SIP）等，然而，這種觀點早已經(jīng)在現(xiàn)實應(yīng)用中被推翻。目前，下磁力攪拌器已經(jīng)可以適合40t水的攪拌，甚至更大，應(yīng)用的種類也非常多。從結(jié)構(gòu)來看，一般下磁力攪拌器由帶陰軸承的轉(zhuǎn)頭；陽軸承、罐底焊接板、馬達(dá)組成。馬達(dá)驅(qū)動頭里有幾塊永磁鐵（不是環(huán)狀），轉(zhuǎn)頭里對應(yīng)的位置也有相同數(shù)量的永磁鐵，極性恰好相互吸引，當(dāng)安裝好以后，馬達(dá)驅(qū)動頭和轉(zhuǎn)頭里的永磁鐵相互之間磁力耦合，馬達(dá)驅(qū)動頭運轉(zhuǎn)，磁力帶動轉(zhuǎn)頭運轉(zhuǎn)，兩者被罐底板*隔開，沒有機械傳動軸貫穿罐體。

 

轉(zhuǎn)頭的設(shè)計、轉(zhuǎn)頭與軸承的銜接、轉(zhuǎn)頭與軸承之間的間隙直接關(guān)系到CIP/SIP的效果，一般轉(zhuǎn)頭越開放越好。轉(zhuǎn)頭的材料，是316L不銹鋼，內(nèi)包永磁鐵，軸承材料常用的是碳化硅陶瓷，*惰性，適合pH1~14，熱膨脹小，在有水潤滑的情況下，可以耐受高達(dá)5000~6000rpm的轉(zhuǎn)速不磨損，由于工作狀態(tài)下的磁力攪拌器，是*浸在溶液下，潤滑槽的存在可使溶液通過，從而使整個摩擦界面始終被水膜覆蓋，在旋轉(zhuǎn)時，摩擦力非常小，不會出現(xiàn)可以檢測到的顆粒，對終產(chǎn)品不會構(gòu)成威脅。

 

安裝的部位往往位于罐底斜底部，根據(jù)制造商的安裝指南進(jìn)行組裝，位置和人孔/手孔正對著罐底部，避開罐底閥的安裝位置，之所以這樣設(shè)計，可以形成渦流和湍流，從而達(dá)到更佳的攪拌效果，專家已經(jīng)作過這方面的實驗，有具體的參數(shù)可供參考，當(dāng)然這也和罐體的高徑比、溶液性質(zhì)、粘度、攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌器的配型等因素有關(guān)。