第二章制藥設(shè)備材料與管路

第二章制藥設(shè)備材料與管路第1頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第2頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料23

一、材料的常用性能

材料的性能可分為兩類：工藝性能:工藝性能也稱制造性能，反映材料在加工制造過程中所表現(xiàn)出來的特性.使用性能：反映材料在使用過程中所表現(xiàn)出來的特性，包括物理性能、化學(xué)性能和力學(xué)性能。。第3頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月使用性能包括：物理性能：是材料所固有的屬性，包括密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性和磁性等。例如，熔點(diǎn)低的金屬工藝性能好，便于加工；熔點(diǎn)高的金屬可用于制造耐高溫零件?；瘜W(xué)性能：是指材料抵抗各種化學(xué)介質(zhì)作用的能力，包括高溫抗氧化性、耐腐蝕性等。對制藥設(shè)備而言，材料的化學(xué)性能，特別是耐腐蝕性，不僅影響設(shè)備本身的壽命，而且會(huì)影響藥品質(zhì)量。力學(xué)性能：指材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的性能。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第4頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月力學(xué)性能：包括強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、疲勞極限等。強(qiáng)度

強(qiáng)度反映材料抵抗外力作用不失效、不被破壞的能力。這里的破壞對應(yīng)兩種情況：一是發(fā)生較大的塑性變形，在外力去除后不能恢復(fù)到原來的形狀和尺寸；另一種情況是發(fā)生斷裂。若將斷裂看成變形的極限，則強(qiáng)度簡稱為變形的抵抗能力。不論哪一種情況發(fā)生，都將導(dǎo)致零部件不能正常工作。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第5頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月硬度

硬度是反映材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)，是材料表面抵抗比它更硬的物體壓入時(shí)所引起的塑性變形的能力。常用的硬度試驗(yàn)指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度三種，以符號(hào)HB、HR、HV表示。一般情況下，硬度高的材料強(qiáng)度高，耐磨性好，但塑性、切削加工性較差。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第6頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性

塑性是指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力，如果材料能發(fā)生較大的塑性變形而不斷裂，則稱材料的塑性好。材料塑性的好壞，對零件的加工和使用都具有十分重要的意義。韌性

是指材料在塑性變形和斷裂的全過程中吸收能量的能力，是材料強(qiáng)度和塑性的綜合變現(xiàn)。評定材料韌性的指標(biāo)一般用沖擊韌性，沖擊韌性值越大，則材料的沖擊韌性越好。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第7頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月疲勞極限

在制藥機(jī)械常用零部件中，如各種軸、齒輪、彈簧、壓片機(jī)的沖頭等，都是在大小、方向隨時(shí)發(fā)生周期性變化的交變載荷作用下工作的。這種交變載荷常常會(huì)使材料在應(yīng)力小于其強(qiáng)度極限，甚至小于其彈性極限的情況下，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后，在無顯著的外觀變形的情況下，突然發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象叫做材料的疲勞。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第8頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月剛度

是指金屬材料在受外力時(shí)抵抗彈性變形的能力。絕大多數(shù)機(jī)械零件在工作時(shí)基本上都處于彈性變形階段，均會(huì)發(fā)生一定量的彈性變形，但若彈性變形量過大,則工件就不能正常工作。要說明的是，金屬材料可通過熱處理改變其組織，使材料的強(qiáng)度、硬度發(fā)生很大的變化，但其剛度卻不會(huì)因熱處理而發(fā)生明顯的變化。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第9頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月二、常用金屬材料第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料金屬材料：由金屬元素或以金屬元素為主形成的材料稱為金屬材料；非金屬材料：由非金屬元素或以非金屬元素為主形成的材料稱為非金屬材料；復(fù)合材料：由兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同組織的材料組合成的材料稱為復(fù)合材料；第10頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月在制藥設(shè)備中，金屬材料應(yīng)用最為廣泛鐵和以鐵為基礎(chǔ)的合金(黑色金屬)，如鋼、鑄鐵和鐵合金等；非鐵合金(有色金屬)，如銅及其合金、鋁及其合金、鉛及其合金等。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第11頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬材料第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料一碳鋼二鑄鐵四有色金屬三合金鋼第12頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）碳鋼第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料

碳鋼是含碳量小于2.11％的鐵碳合金。碳鋼分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼等。第13頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼碳含量較低，一般為0.06%～0.38%，對性能要求及硫、磷和其他殘余元素含量的限制較寬。由于價(jià)格低廉，又具有良好的強(qiáng)度、塑性、焊接性、切削加工性等，在制藥設(shè)備制造中應(yīng)用廣泛。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第14頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于機(jī)械制造，是以其含碳量的多少來區(qū)分的。其牌號(hào)以鋼中平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)(兩位數(shù)字)表示。如45表示優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，平均含碳量為萬分之四十五，即0.45％。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第15頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼有10、15、20、25、30、35、40、45、55、65、70等，常按含碳量不同分為三類。低碳鋼:含碳量C≤0.25％，常用鋼號(hào)有10、15、20、25等。低碳鋼強(qiáng)度較低但塑性較好，冷沖壓及焊接性能良好，在制藥設(shè)備中廣泛應(yīng)用。中碳鋼:含碳量0.25％＜C≤0.60％，中碳鋼的強(qiáng)度與塑性適中，焊接性能較差，不適于制造設(shè)備殼體，多用于制造各種機(jī)械零件如軸、齒輪、連桿等。常用牌號(hào)有30、35、40、45、50、55、60等，在制藥機(jī)械中以45號(hào)鋼應(yīng)用最廣泛。高碳鋼:含碳量C>0.60％，鋼的強(qiáng)度和硬度均較高，塑性差，常用來制造彈簧。常用的牌號(hào)有60、65、70號(hào)鋼。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第16頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）鑄鐵

鑄鐵含碳量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))一般在2.11％以上，并含有S、P、Si、Mn等雜質(zhì)。鑄鐵是脆性材料，成本低廉。鑄鐵可分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、高硅鑄鐵等?；诣T鐵:制造承受壓應(yīng)力及要求消振、耐磨的零件，如支架、閥體、泵體(機(jī)座、管路附件等)。球墨鑄鐵:球墨鑄鐵在強(qiáng)度、塑性和韌性方面大大超過灰鑄鐵，甚至接近鋼材。在過去用碳鋼和合金鋼制造的重要零件(如曲軸、連桿、主軸、中壓閥門等)，目前不少已改用球墨鑄鐵。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第17頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）合金鋼合金鋼:是指在碳鋼基礎(chǔ)上有目的地加入某些元素所形成的鋼種。合金鋼按其含合金元素量的多少可分為低合金鋼(含合金元素總量小于2.5％)、中合金鋼(含合金元素總量（5％～10％）和高合金鋼(含合金元素總量大于10％)。按用途分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。特殊性能鋼分為不銹鋼和耐熱鋼等。目前在合金鋼中常用的合金元素有鉻(Cr)，錳(Mn)，鎳(Ni)，硅(Si)，硼(B)，鎢(W)，鉬(Mo)，釩(V)，鈦(Ti)和稀土元素(Re)等。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第18頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月鉻提高耐腐蝕性能和抗氧化性能，提高鋼的淬透性，顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但使塑性和韌性降低。錳提高強(qiáng)度和提高低溫沖擊韌性。鎳提高淬透性，有很高的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性。硅提高強(qiáng)度、高溫疲勞強(qiáng)度、耐熱性及耐H2S等介質(zhì)的腐蝕性。鋁強(qiáng)脫氧劑,顯著細(xì)化晶粒,提高沖擊韌性，降低冷脆性。鈦強(qiáng)脫氧劑，在不銹鋼中穩(wěn)定碳，防止晶間腐蝕，提高耐熱性。稀土元素提高強(qiáng)度，改善塑性、低溫脆性、耐腐蝕性及焊接性能。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第19頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造各種機(jī)械零件，大多須經(jīng)熱處理后才能使用。（1）合金調(diào)質(zhì)鋼:是制藥機(jī)械零件用鋼的主體,廣泛用于制造軸、齒輪、連桿、螺栓、螺母等。（2）合金滲碳鋼:滲碳鋼通常經(jīng)滲碳并淬火、低溫回火后使用，具有外硬內(nèi)韌的性能，主要用于制造承受強(qiáng)烈沖擊載荷和摩擦磨損的機(jī)械零件，如變速齒輪，凸輪軸等。（3）滾動(dòng)軸承鋼:滾動(dòng)軸承鋼主要用于制造滾動(dòng)軸承。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第20頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月合金工具鋼用于制造刃、模、量具等工具，要求高硬度和耐磨性，并有一定韌性和較小的變形。分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼三類。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第21頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月特殊性能鋼

指對某些特殊的物理、化學(xué)性能和力學(xué)性能具有較高指標(biāo)的鋼，主要有不銹鋼、耐熱鋼和高溫合金及低溫用鋼，主要介紹不銹鋼。不銹鋼:一般把能夠抵抗空氣、蒸汽和水等弱腐蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼稱為不銹鋼。能夠抵抗酸、堿、鹽等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。在日常習(xí)慣上把不銹鋼和耐酸鋼統(tǒng)稱為不銹鋼.不銹鋼按化學(xué)成分可分為鉻不銹鋼鉻鎳不銹鋼（更具耐蝕性）第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第22頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料不銹鋼在制藥設(shè)備中的應(yīng)用第23頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料(四)有色金屬

1.鋁及其合金

耐腐蝕性好，導(dǎo)熱性能好，不污染物品和不改變物品顏色，并可代替不銹鋼做有關(guān)設(shè)備。第24頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2.銅及其合金

銅合金按主要合金元素的種類分為黃銅、青銅等。黃銅是以鋅為主要合金元素的銅合金；青銅是以鋅以外的其他元素為主要合金元素的銅合金。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第25頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

工業(yè)純銅和黃銅具有極好的導(dǎo)熱性，優(yōu)越的低溫力學(xué)性能和耐腐蝕性能深度冷凍設(shè)備和換熱器。

青銅具有良好的耐腐蝕性和耐磨性，主要用來制造軸瓦、蝸輪等機(jī)械零件和泵殼、閥門等制藥設(shè)備。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第26頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月三、非金屬材料非金屬材料:由非金屬元素或以非金屬元素為主形成的材料。非金屬材料主要有各類高分子材料(簡稱高聚物，如塑料、橡膠、合成纖維及部分膠粘劑等)、陶瓷材料(各種陶器、耐火材料、玻璃、水泥及近代無機(jī)非金屬材料等)和各種復(fù)合材料（玻璃鋼、不透性石墨等）。目前，制藥機(jī)械材料仍將以金屬材料為主，但隨著高科技的發(fā)展，高分子材料及陶瓷材料將會(huì)越來越多的為制藥機(jī)械所應(yīng)用。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第27頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）常用工程塑料1.熱塑性塑料這類塑料的特點(diǎn)是加熱時(shí)軟化，可塑造成形，冷卻后則變硬；此過程具有可逆性，可反復(fù)進(jìn)行。

優(yōu)點(diǎn):加工成形簡便，具有較高的機(jī)械性能；

缺點(diǎn):是耐熱性和剛性較差。典型品種有聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯、聚苯乙烯等。第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第28頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2.熱固性塑料特點(diǎn)是加入添加劑后在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而固化，但固化后再加熱將不再軟化，也不溶于溶劑。

優(yōu)點(diǎn):耐熱性高，受壓不易變形；

缺點(diǎn):機(jī)械性能不好。熱固性塑料的典型品種有酚醛塑料、環(huán)氧樹脂、氨基塑料以及近年來新研制開發(fā)的聚苯二甲酸二丙烯樹脂制成的熱固性塑料。

第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第29頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）工業(yè)陶瓷常用的工業(yè)陶瓷主要有傳統(tǒng)工業(yè)陶瓷、特種陶瓷及金屬陶瓷3大類。傳統(tǒng)的工業(yè)陶瓷:主要是指絕緣瓷、化工瓷和多孔過濾陶瓷特種陶瓷:也叫新型陶瓷，具有極強(qiáng)的耐高溫而又不被氧化的優(yōu)點(diǎn)，是很好的高溫耐火結(jié)構(gòu)材料。金屬陶瓷:是指由金屬與陶瓷組成的非均質(zhì)復(fù)合材料,兼具金屬和陶瓷的優(yōu)點(diǎn)。

第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第30頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）復(fù)合材料玻璃鋼:又叫玻璃纖維增強(qiáng)塑料。玻璃鋼按其成形性能不同，可分為熱塑性玻璃鋼與熱固性玻璃鋼兩個(gè)大類。涂料:是一種高分子膠體的混合物溶液，涂在物體表面，然后固化形成薄涂層，用來保護(hù)物體免遭大氣腐蝕及酸、堿等介質(zhì)的腐蝕。大多數(shù)情況下用于涂刷設(shè)備、管道的外表面，也可用于設(shè)備內(nèi)壁的防腐涂層。不透性石墨:是由各種樹脂浸漬石墨消除孔隙后制成。具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的導(dǎo)熱性，熱膨脹系數(shù)小，耐溫度急變性好；不污染介質(zhì)，能保證產(chǎn)品純度；加工性能良好，相對密度小。它的缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度較低，韌性較差。.第一節(jié)制藥設(shè)備常用材料第31頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)制藥工業(yè)管道一、制藥工業(yè)中常用管子的種類（一）金屬管1.鋼管鋼管的優(yōu)點(diǎn)是耐高壓、韌性好，管段長而接口少；缺點(diǎn)是價(jià)格高、易腐蝕，故使用壽命較短。鋼管按制造方式分為有縫鋼管和無縫鋼管。(1)有縫鋼管又稱焊接鋼管或水煤氣管，是指用鋼帶或鋼板彎曲變形為圓形、方形等形狀后再焊接成的、表面有接縫的鋼管。

(2)無縫鋼管分為普通無縫鋼管和不銹鋼無縫鋼管第32頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2.有色金屬管生產(chǎn)中常用的有色金屬管有鉛管、鋁管、銅管等鉛管:具有良好的可焊性和耐腐蝕性鋁:具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性銅:具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，但可焊性較差。第二節(jié)制藥工業(yè)管道第33頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)制藥工業(yè)管道（二）非金屬管1.塑料管優(yōu)點(diǎn):耐蝕性能好、質(zhì)量輕、成型方便、加工容易；缺點(diǎn):強(qiáng)度較低，耐熱性差。主要有：(1)硬聚氯乙烯管（UPVC）(2)聚丙烯管（PP）(3)酚醛塑料管（PF）第34頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)制藥工業(yè)管道2.玻璃鋼管又稱玻璃纖維增強(qiáng)塑料管，是以玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)材料，以合成樹脂為粘結(jié)劑，經(jīng)過一定的成型工藝制作而成。3.陶瓷管

陶瓷管的耐腐蝕性能很好，結(jié)構(gòu)致密，表面光滑平整，硬度較高。4.橡膠管橡膠管是用天然橡膠或合成橡膠制成。

第35頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)制藥工業(yè)管道二、管件和閥門（一）管件1.彎頭

第36頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)制藥工業(yè)管道2.三通、四通及異徑管異徑管三通四通第37頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)制藥工業(yè)管道第38頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)制藥工業(yè)管道（二）閥門1.截止閥

工作原理:通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，帶動(dòng)閥桿和閥芯作軸線方向的升降，改變閥芯與閥座之間距離，從而改變流體通道面積的大小，使得流體的流量改變或截?cái)嗤ǖ?。?9頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)制藥工業(yè)管道截止閥第40頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)制藥工業(yè)管道

2.閘閥

1-手輪；2-填料壓蓋；3-填料；

4-閥桿；5-閥體；6-閘板；7-密封面工作原理:相當(dāng)于在管道中插入一塊閘板,閘板與管內(nèi)流體流動(dòng)方向垂直，閘板密封面與閥座密封面高度光潔、平整且相互貼合，阻止介質(zhì)流過。第41頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)制藥工業(yè)管道閘閥第42頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)制藥工業(yè)管道3.蝶閥手動(dòng)蝶閥1-閥體；2-閥門蝶閥工作時(shí)，是利用一可繞軸旋轉(zhuǎn)的圓盤來控制管路的啟閉，轉(zhuǎn)角大小反映閥門的開啟程度.常用作截?cái)嚅y，不能用于高溫高壓場合，適用于大口徑水、蒸汽、空氣等管路。

第43頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)制藥工業(yè)管道4.旋塞閥旋塞閥俗稱考克，其閥芯是一帶孔的錐形塞繞中心線旋轉(zhuǎn)來控制閥門的啟閉、分配和改向。第44頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)制藥工業(yè)管道5.球閥球閥由旋塞閥演變而來，都是靠旋轉(zhuǎn)閥芯使閥門暢通或閉塞。不同之處是以一個(gè)中間開孔的球體作為閥芯，通過旋轉(zhuǎn)球體實(shí)現(xiàn)閥門的啟閉。

第45頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)制藥工業(yè)管