“三合一”设备的主要结构和工作原理
撰稿人：田耀华摘编
1“三合一”设备的主要结构
“三合一”设备的内部结构见图1，它主要有过滤－洗涤－干燥机组本体、搅拌装置、过滤盘与底座、排料装置、液压装置及控制箱等组成。
1.1筒体
过滤－洗涤－干燥机组本体机组本体又称为“筒体”，是一个带有夹套装置的受压容器（夹套可以是半管夹套或蜂窝夹套）。由椭圆形封头及圆柱形筒体焊接而成，封头顶部配有搅拌装置接口、（人/手）孔、灯视镜、（压力/真空）表口、进料口、清洗剂或洗涤液的进料口、旋转喷淋球安装口、真空或压缩气体（净化或惰性气体）口及安全阀口等；筒体侧面有排料口（兼取样与验证用）。夹套外面有保温层，最外层为304板材装饰保持本体，便于表面清洁。
1.2搅拌装置
搅拌装置由电机、减速机、轴封装置、搅拌轴、搅拌浆叶和变频器组成。
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1.3过滤盘与底座
过滤盘与底座组件由过滤板、支撑环、底盘（座）及脚轮组成。
1.3.1过滤板（片）
又称过滤介质，有织物介质（即用合成纤维编织成的网状物），还有固体性的多孔物质烧结而成的烧结板、烧结金属网（见图3）或用聚合物烧结的过滤板，烧结金属网可分单层网和多层网。常用多层为4～6层烧结而成，这种烧结网，钢性好，孔径准确，可以反复清洗，长期使用，经常被药厂选用的孔径为5～50μm（孔径可以依据物料性状而决定）。
（1）过滤板的材质：金属为304、316L；特殊材料为哈氏合金、磷铜网、黄铜网；聚合物为合成纤维编织网、尼龙、聚四氟乙烯、聚丙烯等。
（2）过滤烧结板的层数：可为单层网板，也可做成多层网板。同时，也可以做成不同孔径，分上、下两层孔径不同的烧结板。
（3）过滤烧结板的包边：烧结板大部分为圆形片状结构，周边的包边材料可以选用铝合金、铜镀镍或不锈钢，无菌级设备的过滤板包边大部分为不锈钢包边。
不锈钢烧结网过滤板直径与过滤面积经验对照如表1所示。
表1 过滤板直径与过滤面积对照
常用滤板（片）孔径μm
5；10；15；20；30；50；60；100；
烧结滤板的直径：m
0.6
0.85
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.3
2.6
2.8
相对应的滤板面积：m2
0.3
0.6
0.8
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
4.0
5.0
6.0
滤板的实际过滤面积m2
0.28
0.56
0.78
1.13
1.53
2.0
2.54
3.14
4.15
5.30
6.15
1.3.2支撑环
支撑环由过滤花板及支撑架组成，用来支撑烧结过滤板，二者焊接或三者焊接，然后固定在底盘上。
1.3.3底盘与支腿脚轮
底盘下置夹层可通入热媒对干燥物料起加热作用，而过滤板（片）支撑环花板则全部与底盘联结，底盘再通过卡箍与“三合一”机组本体相连结（也可通过螺栓与本体连结）。当底盘从本体卸下来后，可以用支腿脚轮从筒体下面移出来，完成滤盘的清洗工作，除去积存在滤板上的少量物料，完成批次间的清场工作。
1.3.4排料装置
多数“三合一”设备在本体圆筒下侧面设置排料阀，并与设备本体内壁紧密吻合。其中，阀杆外面套有波纹管，材质可用316L或聚四氟乙烯，在阀腔中配置自动清洗装置，而阀腔下方出料口配有卡箍式快开盲板，平时闷住排料阀出口，出料时打开。排料阀可全自动液压开/闭，也可以手动操作，无菌级设备的排料阀应具备CIP和SIP功能。
1.5液压装置
液压系统由液压缸、分流阀、电机、油泵、引导止逆阀、流量阀、滤油器空气滤清器、压力表组、油箱、油路板及油路管组成。若采用人工操作，则除了搅拌轴的升降使用液压外其余可以不配置液压系统。液压系统用于自动打开或关闭底盘及排料阀，控制底盘的上升/下降，同时用于搅拌轴在垂直方向的上升/下降。
1.6控制箱
控制箱一部分置于配电机中，一部分放在机组周围，便于操作控制。
2“三合一”设备的工作原理
2.1“三合一”设备的工作原理
“三合一”设备是在一个密闭容器中把结晶后的固液混合物利用滤饼前后的压力差为推动力进行固液分离，并在同一设备完成过滤→清洗→再过滤→再清洗→过滤或压滤→干燥等工艺过程。因此，无论是初过滤还是清洗后的再过滤，都是滤饼方式的过滤，即在一个压力差为推动力的作用下，使结晶后的晶体与液体的固液混合悬浮液经过多孔烧结网板，使晶体（固体状的颗粒）被截流在过滤介质的上面，而母液（液体）则经过介质而分离出来。
2.2 过滤速率的计算
“三合一”设备的过滤原理为滤饼过滤，在过滤的过程中，晶体颗粒被截留在过滤介质的一侧，而不断增厚的滤饼层也逐渐形成了一个过滤介质层，而在介质的另一侧是滤出的清液。由于滤饼的可压缩性，随着滤饼层厚度的增加使其也越来越紧密，与之产生的过滤阻力也随之增大，而对滤饼两侧外加的压力差（或用压缩气体或抽真空）即为过滤过程的推动力，因此，可由下列公式中推算出过滤速率：
过滤过程中的推动力△P
过滤速率 = ————————————
过滤介质层的阻力
其中，过滤速率指的是在单位时间通过单位过滤面积所得的过滤后的液体量。
推动力△P可由施加于过滤介质两侧的压差计算出来；
阻力来自于两个方面，一是过滤网介质层的阻力，另一个是滤饼层的阻力。各类结晶在过滤过程中形成的滤饼层的阻力可以经过小样试验求出。
2.3洗涤与洗涤时间
晶体洗涤的作用是把残留在滤饼中的滤液或者把溶于洗涤剂中的可溶物逐步置换掉，保证药物晶体的纯度，它的原理是置换作用。
然而，洗涤时间也可先做小样试验再决定。洗涤阶段一般分3个阶段，初始洗涤阶段，清洗出大部分母液；中间洗涤阶段，其洗涤剂中的母液含量越来越少；后洗涤阶段，滤饼中大部分母液已被置换出来，滤饼层中的结晶颗粒为纯净的药物结品固形物。洗涤时间不是越长越好，而是从小样试验中找出一个最经济合适的时间及洗涤次数。
参考文献：周立法、过滤、洗涤、干燥“三合一”设备的原理及要求. 中国制药装备[J].总7期.2004(6)
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