淺析磁力攪拌器在制藥設備中的應用

 

攪拌器的類型、尺寸及轉速，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險控制提出了更高要求，工業用下磁力攪拌器在20世紀80年代在瑞典應運而生。現在，下磁力攪拌器成為市場的主流，并繼續朝著簡潔、大扭矩、大剪切力或者極低剪切力、軸承材質安全、易于在線清洗、在線滅菌的方向發展。例如生物反應器的下磁力攪拌器、高剪切力均質用下磁力攪拌器等。是否能夠證明攪拌器可以在線清洗和在線滅菌、軸承材質安全等成為生物制藥攪拌器選型前的金標準。

 

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

 

而工業用磁力攪拌器的工作原理是：由內外兩個磁鋼，中間有隔離套隔開，靠電機驅動后內外磁鋼產生磁耦合達到傳動的目的。應用在泵類多，磁力泵可以達到*無泄漏、并且能量轉化高效。和下磁力攪拌器對應的是上磁力攪拌器，由于仍然沒有*去除軸封帶來的風險，應用領域很局限。

 

由于攪拌是一門實驗科學，攪拌器的放大是與工藝過程有關的復雜問題，至今只能通過逐級經驗放大，根據取得的放大依據，外推至工業規模。目前下磁力攪拌器的放大主要依靠制造企業的以常見緩沖液為主要模式溶液的模擬試驗、并在此基礎上做的定型和放大，所有定制型都是在標準型號基礎上的改進，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。

 

磁力攪拌器的應用

 

臺式磁力攪拌器和磁力棒已經得到廣泛應用，但只局限于研發、小規模的水平，人們往往對磁力攪拌器產生錯覺，認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，這種觀點早已經在現實應用中被推翻。目前，下磁力攪拌器已經可以適合40t水的攪拌，甚至更大，應用的種類也非常多。從結構來看，一般下磁力攪拌器由帶陰軸承的轉頭；陽軸承、罐底焊接板、馬達組成。馬達驅動頭里有幾塊永磁鐵（不是環狀），轉頭里對應的位置也有相同數量的永磁鐵，極性恰好相互吸引，當安裝好以后，馬達驅動頭和轉頭里的永磁鐵相互之間磁力耦合，馬達驅動頭運轉，磁力帶動轉頭運轉，兩者被罐底板*隔開，沒有機械傳動軸貫穿罐體。

 

轉頭的設計、轉頭與軸承的銜接、轉頭與軸承之間的間隙直接關系到CIP/SIP的效果，一般轉頭越開放越好。轉頭的材料，是316L不銹鋼，內包永磁鐵，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5000~6000rpm的轉速不磨損，由于工作狀態下的磁力攪拌器，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，在旋轉時，摩擦力非常小，不會出現可以檢測到的顆粒，對終產品不會構成威脅。

 

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