生物制药设备之流体输送设备

制药车间管道管件

（一）制药用管道的材质1.金属材料美国标准中国标准UNS编码3040Cr18Ni9S30400304L00Cr19Ni10S304033160Cr17Ni12Mo2S31600316L00Cr17Ni14Mo2S316030Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢牌号对照表

合金冶炼时加入适量铬、钼、钛、铜、钴、镍、铌、锰等元素，可得不锈钢。一、管道和管件

（一）制药用管道的材质1.金属材料美国标准中国标准UNS编码3040Cr18Ni9S30400304L00Cr19Ni10S304033160Cr17Ni12Mo2S31600316L00Cr17Ni14Mo2S316030Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢牌号对照表

合金冶炼时加入适量铬、钼、钛、铜、钴、镍、铌、锰等元素，可得不锈钢。一、管道和管件2.非金属材料

用于制造制药设备的非金属材料可分为有机合成高分子材料和陶瓷材料塑料陶瓷玻璃植物纤维（二）管道和管件1.常用管道表示钢管外径是壁厚是内径是316L或316Ti不锈钢管2.管件

大小头、三通、弯头、法兰、阀门、卡箍等，其中阀门有蝶阀、球阀、止回阀、隔膜阀、换向阀、取样阀、呼吸式调节阀

气动隔膜阀用途较广，可防止药液被微生物污染。

弹性膜，当将汽缸中气体放出时，隔膜向回收缩，工作室空间增大，液体经进口活门向出口活门流出，当向汽缸中充气时，气室内压力增大，隔膜向工作室凸出，工作室空间减小直至全封闭，流体被截止。离心泵一、离心泵的结构和工作原理卧式离心泵立式离心泵（一）离心泵的结构1.泵壳

泵壳设计成蜗壳形，其内有一逐渐扩大的流道。在输送流体过程中，泵壳起着汇聚流体、动能转化、减少能量损失的作用。2.叶轮开式半闭式全闭式

开式、半闭式叶轮不易堵塞，常用于固含量高的悬浮液或浆液的输送，但其工作效率低。全闭式叶轮的后盖板与泵壳之间的缝隙内，液体的压力较入口侧为高，使叶轮遭受到向入口端推移的轴向推力。为了减弱轴向推力，可在后盖板上钻几个小孔，称为平衡孔，让一部分高压液体漏到低压区以降低叶轮两侧的压力差。全闭式叶轮适合于输送清洁性液体，泵的工作效率较高。叶轮的性能和应用3.轴封（1）填料密封

填料密封又称为压盖密封，所用材料俗称盘根。主要材料是石墨纤维、碳素纤维、芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维等。聚四氟乙烯纤维石墨纤维碳素纤维芳纶纤维（2）机械密封

在流体压力和补偿机构弹力作用下，在辅助密封的配合下，垂直于旋转轴线的端面保持贴合并相对滑动，防止流体泄漏的装置。主要部件：动环和静环、密封圈、弹簧、推环、弹箕座及键或各种螺钉。分体式集装式（二）工作原理

当启动离心泵后，泵轴带动叶轮高速旋转，泵壳内流体从叶轮获得能量并随之旋转作圆周运动，同时在离心力作用下作径向运动，从叶轮中心高速移动到泵壳。流体进入泵壳后由于流道增大，其速度减小，大部分动能转化为静压能，使汇聚到泵壳的流体形成高压液流从泵出口排出。1.工作原理

当泵内流体被叶轮甩向泵壳时，在叶轮中心区域形成低压区，达到一定的真空度，进口阀处的流体在大气压力推动下，经吸入管吸入泵内。叶轮连续转动，流体就会被不断地吸入并排出，达到流体输送的目的。2.气缚现象

如果泵壳内有空气，因空气密度小，所产生的离心力小，在吸入口处所形成的真空度不高，不能将液体吸入泵内，导致离心泵空转不能输送液体。这种现象称为离心泵的“气缚”现象。

二、离心泵的性能参数和特性曲线（一）离心泵性能参数1.流量Q单位时间内排送出管路系统的流体体积称为流量，以Q表示，单位为m3/s，或者m3/h。2.扬程H离心泵对单位重量（1N）流体所提供的有效能量称为扬程，用H表示，单位为m。3.轴功率N离心泵的轴功率是指泵轴所需要的功率。如用电动机直接驱动离心泵，它就是电动机传给泵轴的功率，用N表示。单位是w或者kw。4.有效功率离心泵的有效功率是指液体从叶轮获得的能量，用表示。5.效率离心泵有效利用轴功率的程度称为效率，无因次。轴功率、有效功率、效率三者相互之间的关系（二）离心泵的特性曲线扬程与流量的关系，流量越大扬程越小

离心泵轴功率与流量的关系，流量越大轴功率越大

离心泵效率与流量的关系，流量增大效率也增大。（三）影响离心泵特性曲线的因素1.液体性质的影响离心泵的能量及扬程与液体密度无关，效率也不随密度变化而变化。泵的轴功率与液体的密度有关.

黏度增大泵内能量损失增大，导致扬程、流量下降，轴功率增大，泵的特性曲线发生改变。2.离心泵叶轮外径的影响当转速一定时，扬程、流量与叶轮外径之间的关系为称为离心泵的切割定律。3.转速对离心泵特性曲线的影响

当离心泵的转速从被改变到时，离心泵的性能参数与转数之间的关系可用比例定律来描述三、离心泵的安装高度1.离心泵的气蚀现象

由于泵内真空度太高，流体发生大量汽化，气泡破裂后引起泵结构件材料受到破坏的过程，称为气蚀现象。

为防止气蚀现象的发生，离心泵低压区的绝对压强必须大于液体的饱和蒸汽压，并超过一定的数值，这个数值称为离心泵的气蚀余量。用表示，单位是m.(1)气蚀余量(2)允许吸上真空度离心泵入口处允许达到的最低绝对压强，或者最高真空度。2.离心泵的允许安装高度

用表示离心泵的允许安装高度，根据柏努利方程式可得允许安装高度的计算公式吸入管路的阻力损失，单位是m储液槽上方的压强，单位是

在安装过程中，实际安装高度要比计算值小0.5～1m，否则有发生气蚀现象的危险。四、离心泵的类型和选用（一）离心泵的类型1.清水泵IS用于输送清水的泵叫清水泵。清水泵单吸泵叶轮的一面吸入流体。双吸泵叶轮的两面吸入流体。扬程范围流量范围多级离心泵

离心泵的轴上串联了多个叶轮，液体在几个叶轮中反复多次接受能量，因而能达到较高的压头扬程范围流量范围2.耐腐蚀型泵

泵与液体接触部分由耐腐蚀材料制造成，采用机械密封装置，其密封性好。代号为

“F”。3.油泵

输送石油产品的离心泵叫油泵，其系列代号为“Y”，油泵密封性能好，具有冷却装置。

4.杂质泵

杂质泵用于输送悬浮液或浆液等，其系列代号为“P”。可分为污水泵和泥浆泵两大类型。

5.卫生级泵

卫生级泵主要用于食品和药品的输送，与食品或药品直接接触的部分由316L不锈钢材料制成。离心泵的选择步骤为：1.根据被输送液体的理化性质和操作条件，确定类型。2.根据管路系统对流量和扬程提出的要求，从泵的样本产品目录或者系列特性曲线选出合适的型号。3.选好型号后，要列出泵的有关性能参数和转速。4.若被输送液体的密度大于水的密度，则要核算泵的轴功率是否符合要求。（二）离心泵的选用五、离心泵的操作规程1.启动离心泵前必须给泵壳内灌满被输送液体，并关闭出口阀门。

2.启动离心泵后待电动机运转正常，再逐渐打开出口阀门。

3.泵停止工作前要先关闭出口管阀门再断开电机电源开关，以免管路液体倒流损坏叶片，烧坏电机。

4.离心泵运转时要定期检查和维修保养，以防出现液体泄漏和泵轴发热等情况；若长期停泵不用，应放尽泵和管道内的液体，拆泵擦静后涂油防锈。往复泵旋转泵隔膜泵和蠕动泵目录一、往复泵1.往复泵的结构和工作原理2.往复泵的特性（1）流量不均匀性

（2）扬程无限制性

往复泵的扬程与泵的几何尺寸无关，理论上可以达到热和要求，但实际上由于摩擦阻力的存在，往复泵的扬程有一定的限度。（3）生产能力特性

往复泵的排液能力只与泵的几何尺寸和活塞的往复次数有关，而与泵的压头及管路情况无关，即无论在什么压头下工作，只要往复一次，泵就排出一定体积的液体。

工作室容积越大，活塞冲程越大，单位时间内活塞往复次数越多，则吸入和排出的液体量就越多，排液能力就越强。二、柱塞式计量泵柱塞式计量泵的结构柱塞式计量泵的性能和应用

柱塞式计量泵又称比例泵，本质上就是往复泵。柱塞式计量泵是通过偏心轮把电机的旋转运动变成柱塞的往复运动。由于偏心轮的偏心距离可以调整，使柱塞的冲程随之改变。若单位时间内柱塞的往复次数不变时，则泵的流量与柱塞的冲程成正比，所以可通过调节冲程精确控制流量的目的。

柱塞式计量泵适用于按精确体积输送而又便于调整的场合。不适用于输送腐蚀性的液体或含有固体粒子的悬浮液。在制药生产中，柱塞泵常用于注射剂、大输液的配制和灌装。三、旋转泵1.齿轮泵齿轮泵的结构和工作原理主要部件：泵壳、齿轮

工作原理：当主动轮转动时，吸入空间内两轮的齿互相拨开，形成了低压而将液体吸入，随着齿轮的继续转动，液体被齿穴衔住分两个方向沿泵壳内壁到达排出空间，排出空间内两轮的齿互相合拢，形成高压将液体排出。

齿轮泵扬程高而流量小，流速均匀，适用于输送粘稠性液体，不能用于输送含有固体颗粒的悬浮液体。2.螺杆泵螺杆泵单螺杆：只有一根螺旋转子双螺杆：有两根转向相反的螺旋转子螺杆泵的结构组成部件：泵壳、转子、定子单螺杆泵内部结构螺杆泵的性能和应用

螺杆泵的安装位置可以任意倾斜，在输送过程中，流量与泵的转速成正比，能进行变量调节，而且转速越低，流量越均匀压力越稳定。螺杆泵具有扬程高，效率高，不发热，体积小，重量轻、噪声低，结构简单，维修方便优点。也可一泵多用，可输送不同粘度的介质，还可以输送热敏性的流体。

齿轮泵和螺杆泵都是旋转泵，属于正位移泵，只要单位时间内旋转速度恒定，则排液能力也固定。旋转泵的流量调节按往复泵所采用的方法进行。四、旋涡泵（一）旋涡泵的结构和工作原理1.结构：旋涡泵是叶片离心泵，由泵壳、泵盖和叶轮构成。2.工作原理

当叶轮在泵壳内旋转时，在离心力的作用下，叶轮凹槽内液体的圆周速度大于流道内液体的圆周速度，形成环形流动，流道中液体被叶轮带动沿流道前进，两种运动形成了纵向旋涡。在纵向旋涡运动过程中，液体质点多次进入叶轮凹槽内，液体质点在接受了叶轮叶片传递的能量后又不时地返回到流道。性能和应用

旋涡泵适用于高压头、低流量的场合，不适宜输送高粘度液体或含固体粒子的液体。

由于旋涡泵运行时泵内液体多次获得能量，因而旋涡泵的扬程较其他泵扬程高。由于流道内液体是通过液体撞击而传递能量。同时也造成较大撞击损失，因此旋涡泵的效率比较低。五、隔膜泵隔膜泵电动式：由电机驱动液动式：由液体压缩驱动气动式：由压缩气体驱动气动式电动式（一）结构和工作原理1.结构主要部件：泵壳、泵缸、单向阀、隔膜、动力传输系统2.工作原理

隔膜泵通过隔膜的扩张和收缩运动实现流体输送。隔膜被固定在泵缸内不移动，但隔膜具有良好的弹性，在动力传输系统作用下，隔膜将产生形变而扩张或收缩，从而引起泵缸体积的增大或减小。体积增大时产生真空而将液体吸入泵缸、减小时产生压力而将液体排出泵缸。（二）性能和应用

由于流体在泵缸内不与动力机械接触，因而避免了流体被动力机械的润滑油污染的情况，且隔膜具有弹性，因而流体中有颗粒时不会产生堵塞现象。

能输送强酸强碱、易燃易爆、有毒有害强腐蚀性流体，也能用于卫生输送过程，如发酵液、糖浆、糖蜜、花生酱、泡菜、土豆泥、小红肠、果酱、巧克力等的输送。

六、蠕动泵蠕动泵的主要部件是动力传输系统、挤压辊、软管。

动力传输系统是一无级调速电动机，电动机的传动轴带动挤压辊转动，挤压辊挤压弹性软胶管，随着辊的转动，软胶管内形成负压，流体向前移动，在两个辊之间的胶管内，流体形成所谓的“枕”，转速越大形成的枕越多，从而连续平稳地排出流体。结构和工作原理

蠕动泵具有双向同等流量输送能力，无液体空运转情况下不会对泵的任何部件造成损害，能产生达98%的真空度，由于其结构特点，没有产生泄漏和维护的因素，无需阀、机械密封和填料密封装置，降低了机械成本。性能压缩机

气体输送机械通风机鼓风机压缩机真空泵按出风压力大小分类离心式轴流式离心式轴流式回转式往复式离心式水环式、悬片式、喷射式（二）往复泵的特性一、通风机1.离心式通风机的结构和工作原理

离心通风机一般由进风口、叶轮、蜗壳、出风口、传动轴、底座及电动机等部件组成

2.离心式通风机的性能参数

单位时间内从风机出口排出的气体体积（以风机进口处的气体状态计），又称送风量或流量，其单位为或。（2）风压

单位体积气体流过风机时所获得的能量称为风压强，其单位为或。由于其单位与压强的单位相同，故称为风压。

通风机低压通风机出口风压中压通风机出口风压高压通风机出口风压（1）风量Q（3）轴功率与效率：离心通风机轴功率为效率，因按全风压定出，故又称为全压效率。风压单位是或PaＱ——风量，3.离心式通风机的选用

离心式通风机一般用于车间通风换气，要求输送的是自然空气或其他无腐蚀性气体，且气体温度不超过80℃，硬质颗粒物含量不超过。

离心式通风机的叶片直径大、数目多，形状可分平直型、前弯型和后弯型。若要求风量大、效率低则选用前弯型叶片的通风机，如要求输送效率高则应选用后弯型叶片的通风机。

先根据被输送气体的性质选取不同性能的风机，根据所需的风量，风压及已确定风机的类型，由通风机产品样本的性能表或性能曲线中选取所需要的风机。二、离心式鼓风机

出风压为15kPa～0.2MPa或压缩比e=1.15～3

的通风机叫鼓风机。其工作原理与离心式通风机相同。1.离心式鼓风机的结构

离心式鼓风机又称涡轮鼓风机或透平鼓风机，一般由进风口、叶轮、蜗壳、出风口、传动轴、底座及电动机等部件组成2.离心式鼓风机的性能和应用

离心式鼓风机的风压大于离心式通风机的风压，但不高于离心式鼓风机的压缩比不高，产生的热量不大。

离心式鼓风机的性能特点适合于远距离输送气体，故在制药生产中，常用于空调系统的送风设备。三、离心式压缩机

离心式压缩机是一种叶片旋转式压缩机，又称透平压缩机。主要结构和工作原理与离心鼓风机相类似。离心压缩机的叶轮级数要比离心鼓风机的级数多，通常在10级以上，且转速高于离心鼓风机，可达5000～8000r/min,采用大直径大宽度叶轮，按直径和宽度逐段减小排列，以利于提高风压。离心式压缩机产生的风压要大于离心式鼓风机所产生的风压，可达到0.4～10MPa。1.多级离心式空气压缩机内部结构结构特点：

叶轮按直径和宽度逐段减小排列。2.离心式空气压缩机的性能和应用

压缩比高，气体体积缩小，温度升高较快，体积较小，风压高，流量大，供气均匀，运动平稳，无润滑油的污染。应用于洁净空气的输送等。四、往复式压缩机无油静音往复式空气压缩机无油往复式空气压缩机

主要部件：机体、汽缸、活塞、单向阀、填料密封。辅助系统：润滑系统、冷却系统、调节系统、部分产品还具有消音系统。

（一）往复压缩机的结构1.机体

机体的结构形式可分为立式、卧式、角度式和对置等多种形式。由机身、中体和曲轴箱（机座）三部分组成。2.气缸

压缩机产生压缩气体的工作空间，设计有活塞运动的死点，形成气体的余隙，降低汽缸内部的真空度便于活塞的往复运动的启动。4.填料密封环

填料密封环是阻止气缸内的压缩气体沿活塞杆泄漏和防止润滑油随活塞杆进入气缸内的密封部件。5.气阀吸气阀和排气阀

由活塞、活塞环、活塞杆等部件组成。活塞与气缸内壁缝隙小，形成密封的运动空间。3.活塞组件

工作原理与往复泵类似，依靠活塞的往复运动将气体吸入和压出。当活塞由汽缸底部死点向气缸口的死点运行时，气缸内压力降低，余隙里的气体体积膨胀，排出阀关闭。当活塞继续运行到一定位置时，气缸内形成一定程度的真空，吸气阀打开，开始吸入气体，吸入气体的过程持续到活塞运行到死点为止。随后，活塞由汽缸口死点向汽缸底部死点运行，此时汽缸中的气体被压缩，体积缩小，压力增大，吸入阀关闭。当活塞运行到一定位置时，气缸内压力等于或大于排气管路压力，排气阀打开，开始排气。排气过程一直持续到活塞运行到底部死点时为止。随后活塞进行下一轮膨胀、吸入、压缩、压出四个阶段的循环过程。（二）工作过程

性能和应用排气量大，出口压力大，润滑油污染气体。适合于远程输送。

在生物制药中常选用无油静音空压机生产和输送洁净空气。如发酵罐所需要的空气生产和输送等。真空泵真空泵循环水真空泵悬片式真空泵水力喷射泵1.旋转式循环水真空泵

循环水真空泵主要部件有泵壳、偏心叶轮、气体进出口、动力传输系统。

当叶轮旋转时，在离心力作用下，叶片将水甩出，叶轮中心部位即成局部真空，从而将外界的气体吸入。被甩出的水沿蜗壳形流道形成环形水幕。水幕紧贴叶片，将两叶片间的空间密封成大小不同的空气小室。当小室增大时，小室内成真空，气体从吸入口吸入；当小室变小时，小室内压力增大，气体由压出口排出。

水环真空泵的特点是结构简单、紧凑，易于制造和维修，使用寿命长、操作可靠。它适用于抽吸含有液体的气体。其缺点是效率低，所产生的真空度受泵内水温高低的控制。循环水真空泵广泛用于真空过滤、真空蒸馏、减压蒸发等操作。2.旋片式真空泵

旋片式真空泵主要由壳体、转子、旋片、排气阀、吸入阀、排气管、定子、定盖、弹簧等零部件组成。

旋片式真空泵在转动时，旋片在弹簧的张力和转动的离心力作用下，始终紧贴腔室内壁上滑动，从而将圆筒形壳体内腔分割成两个气室。在转动过程中，两个旋片在交替地伸缩，气室也不断地扩大和缩小。扩大时，气室成真空而从吸气管吸入气体；缩小时，气室压力增大，将气体压出排气阀，如此往复，吸气和排气连续进行，从而起到抽真空的作用。

旋片式真空泵旋片式真空泵使用一段时间后，弹簧性能降低，旋片不能紧贴气室内壁产生漏气现象，抽真空的能力降低，或者不工作，如有水蒸气混入到真空油中，则真空油的密封性能很快下降，将严重影响旋片式真空泵的性能，所产生的真空度降低，甚至不能产生真空。使用注意事项3.水力喷射泵

结构：喷射泵由吸入口、喷嘴、喉管、扩散管组成。工作原理：高压工作水以很高的速度从喷嘴喷出，在喷射过程中，水的静压能转变为动能，在喷嘴附近产生低压，而将气体从吸入口吸入。吸入的气体与水在喉管混合后进入扩散管，使部分动能转变为静压能，而后从压出口排出。性能和应用

单级蒸汽喷射泵抽真空能力可达到90%的真空度，若要获得更高的真空度，可以采用多级水力喷射泵相互串联，级数越多产生的真空度越大。水力喷射泵广泛用于产生真空蒸馏、真空蒸发和真空过滤所需要的真空通风机气体输送机械通风机鼓风机压缩机真空泵按出风压力大小分类离心式轴流式离心式轴流