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衛(wèi)生級隔膜閥是藥廠在進行物料輸送時經(jīng)常會用到的重要組件之一，其溫度耐受性能和使用壽命對保障物料輸送至關(guān)重要。溫度、壓力和使用頻率都會使膜片加速老化、破損，從而影響工廠的平穩(wěn)運行以及產(chǎn)品的質(zhì)量。只有具備強勁耐溫性能和長久使用壽命的膜片才能完美地勝任物料輸送任務(wù)。

XS制藥公司是抗生素、他汀類藥物和抗真菌類藥物領(lǐng)域的可持續(xù)領(lǐng)導(dǎo)者，同時也是中間體、活性藥物成分（API）、以及片劑、膠囊劑和其他成品制劑（FDF）的主要供應(yīng)商，它的旗下工廠遍布全球。

XS制藥公司的生產(chǎn)工藝中需要用到大量的高溫飽和純蒸汽（一般為140℃的蒸汽）進行管路保溫和在線循環(huán)滅菌，以保證發(fā)酵過程不會有雜菌進入反應(yīng)器（圖1展示了其典型的蒸汽密封工藝）。因此基于該工藝的閥門選擇就變得非?？量蹋枰y門在滿足潔凈衛(wèi)生的同時，還能夠承受高溫蒸汽的長時間浸潤。隔膜閥是最佳的衛(wèi)生級閥門選擇，但膜片是否能在如此長的時間內(nèi)承受這樣的高溫蒸汽，則需要設(shè)計者和用戶慎重考量。為此，XS制藥公司對市場上主流的隔膜閥都進行了測試，發(fā)現(xiàn)即便是選用雙層結(jié)構(gòu)的膜片，其使用壽命仍然無法達(dá)到預(yù)期效果，甚至部分使用點（過熱蒸汽點，溫度為180℃，壓力為8?bar）的膜片僅能維持1周，就會出現(xiàn)鼓包、破損或雙層膜片脫膠的問題。

圖1  蒸汽密封工藝

如此短的使用壽命會帶來兩個隱患：一是如果在生產(chǎn)期間發(fā)生膜片破損，則無法保證蒸汽密封效果，一旦微生物進入反應(yīng)器，物料受污染后只能進行報廢處理，公司的經(jīng)濟損失嚴(yán)重；二是每次更換膜片，需要對整個系統(tǒng)進行停機、降溫處理，更換膜片后再升溫（如圖2所示），這個過程耗時耗能，不僅成本巨大，更無法實現(xiàn)連續(xù)型生產(chǎn)，也會使公司的整體經(jīng)濟收益受損。

圖2  膜片更換流程圖

隸屬于克瑞集團的桑德斯公司于1933年創(chuàng)建于英國Cwmbran市，是世界知名的衛(wèi)生隔膜閥和流體解決方案供應(yīng)商，90多年來一直致力于向制藥行業(yè)提供專業(yè)和高品質(zhì)的隔膜閥及膜片。桑德斯公司在了解到客戶的困擾后，對XS制藥公司進行了深度拜訪，并對客戶需求進行了詳細(xì)咨詢，提出了專業(yè)的解決方案：使用配備SR系列蒸汽型膜片的桑德斯隔膜閥（如圖3所示）。

圖3  桑德斯SR系列蒸汽型膜片

該膜片采用TFM (改性聚四氟乙烯，其晶體結(jié)構(gòu)水平高于傳統(tǒng)的聚四氟乙烯)材料作為接液層，背襯為EPDM（三元乙丙橡膠）材質(zhì)，不使用膠水粘合（非粘合結(jié)構(gòu)），實測結(jié)果符合桑德斯公司給出的技術(shù)參數(shù)（140℃蒸汽下連續(xù)工作2000?h不破損，如圖4所示），完美地契合了XS制藥公司的生產(chǎn)規(guī)劃（每個季度檢修一次設(shè)備，同時更換膜片），實現(xiàn)了連續(xù)型生產(chǎn)。

圖4  在140℃連續(xù)蒸汽下膜片的測試效果

XS制藥公司每批次生產(chǎn)需10天，以一個季度（90天）為例，使用桑德斯方案和其他方案的區(qū)別如表1所示。

表1  桑德斯方案與其他方案的對比

通過表1可以清晰地看出，桑德斯方案不僅能保障客戶的連續(xù)生產(chǎn)和生產(chǎn)安全，更能在看不見的地方給客戶帶來更多的成本節(jié)約（人工、材料、停/開機的能耗）和產(chǎn)能提升（多生產(chǎn)一個批次），最終桑德斯公司憑借優(yōu)異的產(chǎn)品表現(xiàn)，獲得了XS制藥公司的青睞，10多年來一直為客戶穩(wěn)定運行保駕護航。

合理的膜片材質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計

EPDM是制藥行業(yè)最常用的膜片彈性體材料之一，這是因為它具有許多優(yōu)異特性：對水性介質(zhì)具有優(yōu)異的耐受性、耐熱性、耐臭氧性以及耐蒸汽性能。目前大部分廠家都會在EPDM材質(zhì)中加入一層編織層，用以獲得更高的回彈性能和使用壽命。桑德斯新型ER彈性膜片在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上再次改進了設(shè)計結(jié)構(gòu)和配比，采用復(fù)合型編織層結(jié)構(gòu)提高了彈性（如圖5所示），其抗壓縮變形能力提高了30%。另外，通過優(yōu)化原料配比，ER彈性膜片獲得了更佳的表面光潔度和完整性，這有助于進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。

圖5  新型ER彈性膜片的復(fù)合型編織層結(jié)構(gòu)

挑戰(zhàn)超高溫蒸汽和超長使用壽命

若想獲得性能優(yōu)異的隔膜閥膜片，制造商需要從設(shè)計、配比、制造、工藝流程以及質(zhì)量控制等各方面深入研究、不斷改進，才能提供符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的膜片。而符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對桑德斯而言僅僅只是個開始，前文中提到的SR系列膜片，是業(yè)內(nèi)第一款采用TFM材料的膜片，在蒸汽應(yīng)用中抗變形能力極佳，同時具有優(yōu)異的防粘性能，具有里程碑意義，這款膜片憑借著優(yōu)異的表現(xiàn)獲得了廣大客戶的信任。

膜片的使用壽命是隔膜閥的重要參數(shù)，也是保障連續(xù)生產(chǎn)的核心。桑德斯閥門并沒有滿足于2000?h的使用壽命，而是向更高的溫度耐受性和更長的使用壽命發(fā)起了挑戰(zhàn)。在采用固化硅膠作為背襯材料并重新設(shè)計結(jié)構(gòu)和調(diào)整配比后，EX系列膜片在175℃的測試條件下突破了5000?h的實測壽命，如表2所示。

表2  SR系列膜片和EX系列膜片的耐高溫測試結(jié)果

*測試結(jié)束時，膜片未發(fā)生故障

測試條件：SR為140℃蒸汽，EX為175℃蒸汽；

連續(xù)蒸汽：24?h內(nèi)氣缸運行10次，每次啟動10?min；

間歇蒸汽：一個循環(huán)內(nèi)通60?min蒸汽，間歇30?min，氣缸每分鐘運行4次，測試期間重復(fù)該循環(huán)

結(jié)       語

在對詳細(xì)工程設(shè)計進行設(shè)備選型時，需要結(jié)合具體的操作工況、工藝特點、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及運營成本等多方面因素選擇合適的隔膜閥和膜片，并在安裝過程中考慮所選閥門及膜片的特性，從而規(guī)避膜片破損帶來的物料污染的風(fēng)險，有效地節(jié)約運營成本。桑德斯公司作為膜片領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，近百年來一直致力于探索研發(fā)新型膜片并不斷提升其性能，確保滿足各類工況的需求，更大程度地保障客戶的安全生產(chǎn)，并幫助他們提高運營效率。