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技術(shù)文章

凍干制冷壓縮機系統(tǒng)解決載冷劑循環(huán)的難點

發(fā)布時間:2026-3-20

    由于物料中固體冰升華所需的熱是由空氣或其它加熱介質(zhì)通過傳導(dǎo)的方式供給的,所以冷凍干燥也屬于傳導(dǎo)加熱的真空干燥器。冷干要求高度的真空及低溫,這就為熱敏性粉針劑的制造有利條件。首先,將藥物制成藥液,在低溫下凍成固體,再在一定的真空與低溫下將水分從凍結(jié)狀態(tài)下升華除去,達(dá)到干燥的目的。除藥品干燥以外,還應(yīng)用于疫苗菌苗的凍干產(chǎn)品上。此方法具有以下幾個重要特點:能使微生物的新陳代謝基本停止,而獲得理想的凍干存活性;能使微生物處于休眠狀態(tài),有利于凍干品在保存期的穩(wěn)定性;能獲得易于復(fù)水的粉狀固態(tài)物,以保證其基本特性的穩(wěn)定,并除去凍干制品中多余的溶劑,通常凍干苗的殘余應(yīng)指出:凍干系針劑原料藥、注射針劑或疫苗菌苗生產(chǎn)中個環(huán)節(jié),分裝后的藥液是在活性(效價)時進(jìn)入冷干,而疫苗菌苗應(yīng)抑制其失效,凍干產(chǎn)品應(yīng)視其特性加以控制,即用于疫苗菌苗凍干要求其凍干過程不具有可逆性、不具有重復(fù)性,其制品在貯存期中活性損失很少。此外,還應(yīng)與其它凍干藥品一樣,具有多孔疏松的固態(tài)結(jié)構(gòu)易于復(fù)水等物理性能、殘余水分等要求。

  生產(chǎn)工藝對冷干機的性能指標(biāo)要求首先,應(yīng)滿足生產(chǎn)的適用性:如產(chǎn)量、裝量。若用于原料藥、針劑或疫苗菌苗,應(yīng)適應(yīng)其生產(chǎn)條件的需要,如板層面積,冷阱面積,捕冰量等相關(guān)工藝條件,具體體現(xiàn)在如下的工藝參數(shù)。板層溫度此系檢驗加熱系統(tǒng)可否達(dá)到生產(chǎn)所需的溫度,通常應(yīng)冷阱降溫速度該指標(biāo)用以檢驗冷阱降溫的冷凍系統(tǒng)配置的處理水平,此指標(biāo)對于升速率,生產(chǎn)周期非常重要。極限真空用以檢驗真空配置水及系統(tǒng)密封性能,應(yīng)/9:5,有些產(chǎn)品還應(yīng)超過此值。

  冷凍干燥技術(shù)在藥物生物工程中的應(yīng)用人們更進(jìn)一步掌握冷凍干燥技術(shù)在藥物、生物工程應(yīng)用中的注意問題。干燥箱體與干燥箱門干燥箱體的主要作用是形成一個密封的空間,制品在干燥腔室中,在一定的溫度、壓力等條件下完成冷凍、真空干燥、全壓塞等操作。真空冷凝器適用的條件與之相同,箱體結(jié)構(gòu)便于安裝和搬運。

  干燥箱門是構(gòu)成箱體的一個特殊部分,箱門外表面可選用材質(zhì)為不銹鋼,并經(jīng)電化拋光,表面光滑平整。一般箱門可為手輪門,依靠手輪鎖門,由無菌間中按鈕操作的全自動機械鎖。此種門的鎖定裝置可經(jīng)旋轉(zhuǎn)門上的鎖柄圓周角度后開啟或關(guān)閉。箱門上采用雙層密封圈,門方向可任意選擇左開或右開,門上應(yīng)裝有觀察孔和照明燈,并設(shè)有一系列安全保證措施。工作狀態(tài),門應(yīng)不能夠打開。

  真空排氣系統(tǒng)與進(jìn)氣系統(tǒng)真空泵組在干燥箱體和真空冷凝器內(nèi)形成真空度,一方面促使干燥箱體內(nèi)的水分在真空狀態(tài)下蒸發(fā)(升華),另一方面在真空冷凝器和干燥箱體之間形成一個真空度梯度(壓力差),將箱體內(nèi)蒸發(fā)的水蒸氣推向真空冷凝器(冷阱),由冷阱的冰面捕集。

  與真空泵組相對應(yīng)調(diào)節(jié)干燥箱體壓力的裝置為進(jìn)氣系統(tǒng)。進(jìn)氣系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計配置引入氣體除菌過濾裝置,來控制空氣或氮氣中微生物。凍干機進(jìn)氣閥門引入定量的空氣或氮氣到干燥箱體內(nèi),使腔室內(nèi)壓力得以控制在一定范圍內(nèi)。為了把凍干過程控制在理想水平,進(jìn)氣量的精確控制靠電磁閥和微調(diào)式針形閥來實現(xiàn)。凍干機整機真空泄漏量應(yīng)低于導(dǎo)熱擱板擱板的冷卻及加熱是靠導(dǎo)熱媒體在擱板板層內(nèi)部的通道中強制循環(huán)實現(xiàn)的,冷或熱的導(dǎo)熱媒體在擱板內(nèi)流動,均一地將能量傳遞給放置于擱板表面的制品容器,能量的傳遞貫穿整個凍干過程。導(dǎo)熱媒體的循環(huán)可通過機械泵或磁驅(qū)動的無密封墊式循環(huán)泵實現(xiàn)。

  擱板加工工藝應(yīng)能保證表面堅固平整,傳熱效率高,制作材料采用不銹鋼板。擱板內(nèi)部傳熱通道應(yīng)相互平行,無荷載狀態(tài)下擱板溫度分布溫差能達(dá)到(在范圍內(nèi))。板層內(nèi)部的導(dǎo)熱媒體循環(huán)管道長度要均等,確保導(dǎo)熱板層溫度的均勻性,在長期熱脹冷縮的工作條件下,不變形,不滲漏。

  導(dǎo)熱擱板升降及壓塞系統(tǒng)箱體內(nèi)凍干完成后,在控制壓力的無菌干燥空氣或惰性氣體狀態(tài)下,對小瓶壓塞封口。壓塞裝置的壓板由設(shè)在箱體頂部或底部的液壓缸或氣缸驅(qū)動。隨壓板的下降或上升,擱板逐層上下移動,將膠塞壓進(jìn)瓶口。用于制劑生產(chǎn)用的設(shè)備,應(yīng)配備擱板升降機構(gòu),便于西林瓶壓塞和裝料及托盤凍干進(jìn)出料??刂茢R板升降機構(gòu)出入于箱體內(nèi)部的活塞,應(yīng)具有蒸汽或其它方法滅菌的能力。用不銹鋼材質(zhì)的波紋管保護(hù)夾套,使活塞桿與干燥箱體內(nèi)隔離,能消除液壓油的泄漏。

  真空冷凝器目前真空冷凝器多采用垂直和水平臥式設(shè)計兩種方式,不同的設(shè)計對冷凝器的捕冰能力有較大的影響,也影響水汽進(jìn)入真空泵的程度。冷凝器要有*阻止真空泵回油的能力,并且盤管焊接點應(yīng)盡量少,盤管換熱面積應(yīng)有富余,保證捕冰量有足夠的富余量。若真空冷凝器采用外置垂直設(shè)計,上蓋設(shè)計應(yīng)注意可以拆卸便于維修。真空冷凝器應(yīng)位于干燥箱體的后方,配有窺視鏡便于觀察。真空冷凝器內(nèi)可設(shè)計配置數(shù)組盤管,以便能量調(diào)節(jié)。捕冰面管材可用無縫不銹鋼管,盤管之間的距離以限度地利用盤管的凝結(jié)容冰量并避免相互粘連為原則。真空冷凝器外殼上應(yīng)配有冷卻盤管制冷劑的進(jìn)出口,蒸汽進(jìn)口,壓力、安全閥接口,凝結(jié)水、化霜水排水口,真空管、真空計接口、在線滅菌氣體入口,驗證孔等。

  在普通凍結(jié)溫度和正常真空狀態(tài)下,有機溶劑混合液不易以固相存在,有機溶劑混合蒸氣不能被普通冷凝盤管凝結(jié)捕獲。為凝結(jié)捕集含有有機溶劑的冷凝溶劑,可在真空冷凝器底部設(shè)計配置有機溶劑收集器。收集器內(nèi)配有內(nèi)置蒸發(fā)盤管,通過制冷壓縮機制冷,將收集器內(nèi)溫度降至足夠低,足以阻止在升華干燥階段真空冷凝器中已捕獲的有機溶劑混合液凝結(jié)冰再次蒸發(fā)。在進(jìn)行二次干燥(蒸發(fā)解吸附)時,通過關(guān)閉閥門,使有機溶劑收集器與主冷凝器隔離,使二次干燥如常進(jìn)行。

  冷凍是通過制冷劑在系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)來實現(xiàn)的,制冷劑在制冷機內(nèi)壓縮,邊冷卻邊壓縮的方式從氣態(tài)變換為液體,進(jìn)入冷凝器中,液體了的制冷劑由一副冷卻器繼續(xù)冷卻,此后,它通過膨脹閥,以噴霧的形式進(jìn)入蒸發(fā)器,在液體轉(zhuǎn)換為氣體時,吸收大量的蒸發(fā)潛熱而制冷。在完成這一步后,被蒸發(fā)的制冷劑(氣體)又按上述方式返回到制冷機內(nèi),如此循環(huán),連續(xù)制冷。此循環(huán)稱為卡諾循環(huán)。凍結(jié)真空干燥工藝的缺點之一,就是干燥過程的能耗高。其中,能耗高主要就體現(xiàn)在整個干燥工藝過程中制冷負(fù)荷的劇烈變化。例如,導(dǎo)熱擱板系統(tǒng)中,對凍干工藝的不同階段,需要對導(dǎo)熱媒體進(jìn)行預(yù)備凍結(jié)制冷、干燥時又需要將導(dǎo)熱媒體升溫、溫度超過干燥工藝的控制范圍時還需要再冷卻等。而對真空冷凝器系統(tǒng),需要連續(xù)將溫度控制在以下。

  制冷機長期運行在低效率的無負(fù)荷狀態(tài)下:因為凍干工藝的一、二次干燥階段時間很長。在干燥階段內(nèi),只需要少量的冷源就可以滿足干燥過程的低溫控制要求。在凍干工藝過程中,制冷機需要在真空狀態(tài)下低負(fù)荷或無負(fù)荷狀態(tài)下長時間運轉(zhuǎn)。

  在凍干全過程中,必須將系統(tǒng)控制在供貨廠商規(guī)定的條件下運行。凍干機常用的制冷形式直接膨脹式制冷的真空冷凝器:直接膨脹方式制冷的真空冷凝器,其主要的制冷原理是使制冷劑在冷卻管內(nèi)直接膨脹、蒸發(fā),蒸發(fā)的制冷劑氣體通過制冷壓縮機壓縮、冷凝。通常,采用制冷貯液器的設(shè)置、壓縮機高溫排氣管的旁通。無負(fù)荷時,將高溫排氣作為模擬負(fù)荷直接引至制冷機來調(diào)控制冷負(fù)荷,提高制冷機的效率。凍干機的制冷機、冷凝器系統(tǒng)由兩套以上制冷系統(tǒng)的多回路構(gòu)成。

  載冷劑間接冷卻單一制冷方式的真空冷凝器:讓制冷劑在冷卻器內(nèi)膨脹、蒸發(fā),間接冷卻載冷劑,通過導(dǎo)熱媒體泵輸送載冷劑液體,流過真空冷凝器內(nèi)的熱交換器,控制冷凝器的溫度。由于冷凝器內(nèi)的溫度是由已經(jīng)調(diào)控均勻的載冷劑循環(huán)完成的,冷凝器內(nèi)溫度均勻,制冷系統(tǒng)得以穩(wěn)定運行。

  載冷劑間接冷卻單一制冷方式的凍干機系統(tǒng),制冷劑回路從預(yù)備凍結(jié)到干燥結(jié)束為止由單一回路構(gòu)成,其優(yōu)點是制品的導(dǎo)熱擱板和冷阱可以同時冷卻,冷阱融冰和擱板冷卻也可以同時完成,擱板亦可冷卻調(diào)節(jié)溫度。同時,制冷機內(nèi)部的冷媒液體不會出現(xiàn)直接膨脹制冷方式的反流問題??梢杂行У姆乐怪评錂C的超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。

  三重?zé)峤粨Q系統(tǒng)制冷的凍干機:三重?zé)峤粨Q系統(tǒng)制冷的特點是,制冷劑回路與前述單一制冷系統(tǒng)相類似,從預(yù)備凍結(jié)到干燥結(jié)束為止由單一回路構(gòu)成,制冷劑與載冷劑的熱交換器配置在真空冷凝器的內(nèi)部。冷媒與熱媒、冷媒與蒸汽、熱媒與水蒸汽之間的媒體能夠有效地發(fā)揮其功能。制冷機的穩(wěn)定性導(dǎo)致的事故、故障減少,能有效控制擱板溫度、箱體內(nèi)真空度、冷阱溫度,使制品干燥勻速恒定。另外,三重?zé)峤粨Q系統(tǒng)通過調(diào)整載冷劑的節(jié)流開度,與三重?zé)峤粨Q冷凝器相互作用,穩(wěn)定地控制真空冷凝器內(nèi)溫度,可以正確的測定干燥箱內(nèi)的空氣泄漏率,解決了凍干工藝干燥過程中,由于制冷負(fù)荷較低,制冷工作運行情況偏離設(shè)定條件的難題。它通過載冷劑循環(huán)解決了直接膨脹系統(tǒng)的缺點,又解決了載冷劑循環(huán)的難點。

  凍干制冷壓縮機系統(tǒng)的每臺制冷壓縮機都應(yīng)有液體中間冷卻器和自動溫控裝置。每一組壓縮機都連接、配以閥門和單獨控制的系統(tǒng)。壓縮機一方面與板式或盤管式換熱器相連接,通過換熱媒體來冷卻制品的導(dǎo)熱擱板;另一方面與真空冷凝器內(nèi)盤管連接,為捕冰盤管制冷。每臺制冷壓縮機的下方都應(yīng)配置一個不銹鋼的凝結(jié)水托盤,從而使壓縮機上的凝冰融化后經(jīng)托盤排走,避免損害下部機件。凍干工藝要求制冷效果:空載擱板溫度應(yīng)導(dǎo)熱媒體換熱加熱裝置間接交換來自制冷或電加熱器的冷或熱量,給導(dǎo)熱擱板上的制品提供能量。

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