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冻干制冷压缩机系统解决载冷剂循环的难点
来源:www.czyuanyue.com发表时间:2015-03-24

 由于物料中固体冰升华所需的热是由空气或其它加热介质通过传导的方式供给的,所以冷冻干燥也属于传导加热的真空干燥器。冷干要求高度的真空及低温,这就为热敏性粉针剂的制造有利条件。首先,将药物制成药液,在低温下冻成固体,再在一定的真空与低温下将水分从冻结状态下升华除去,达到干燥的目的。除药品干燥以外,还应用于疫苗菌苗的冻干产品上。此方法具有以下几个重要特点:能使微生物的新陈代谢基本停止,而获得理想的冻干存活性;能使微生物处于休眠状态,有利于冻干品在保存期的稳定性;能获得易于复水的粉状固态物,以保证其基本特性的稳定,并除去冻干制品中多余的溶剂,通常冻干苗的残余应指出:冻干系针剂原料药、注射针剂或疫苗菌苗生产中最后一个环节,分装后的药液是在最大活性(效价)时进入冷干,而疫苗菌苗应抑制其失效,冻干产品应视其特性加以控制,即用于疫苗菌苗冻干要求其冻干过程不具有可逆性、不具有重复性,其制品在贮存期中活性损失很少。此外,还应与其它冻干药品一样,具有多孔疏松的固态结构易于复水等物理性能、残余水分等要求。

  生产工艺对冷干机的性能指标要求首先,应满足生产的适用性:如产量、装量。若用于原料药、针剂或疫苗菌苗,应适应其生产条件的需要,如板层面积,冷阱面积,捕冰量等相关工艺条件,具体体现在如下的工艺参数。板层最高温度此系检验加热系统可否达到生产所需的最高温度,通常应冷阱降温速度该指标用以检验冷阱降温的冷冻系统配置的处理水平,此指标对于升速率,生产周期非常重要。极限真空用以检验真空配置水及系统密封性能,应/9:5,有些产品还应超过此值。

  冷冻干燥技术在药物生物工程中的应用人们更进一步掌握冷冻干燥技术在药物、生物工程应用中的注意问题。干燥箱体与干燥箱门干燥箱体的主要作用是形成一个密封的空间,制品在干燥腔室中,在一定的温度、压力等条件下完成冷冻、真空干燥、全压塞等操作。真空冷凝器适用的条件与之相同,箱体结构便于安装和搬运。

  干燥箱门是构成箱体的一个特殊部分,箱门外表面可选用材质为不锈钢,并经电化抛光,表面光滑平整。一般箱门可为手轮门,依靠手轮锁门,由无菌间中按钮操作的全自动机械锁。此种门的锁定装置可经旋转门上的锁柄圆周角度后开启或关闭。箱门上采用双层密封圈,门方向可任意选择左开或右开,门上应装有观察孔和照明灯,并设有一系列安全保证措施。工作状态,门应不能够打开。

  真空排气系统与进气系统真空泵组在干燥箱体和真空冷凝器内形成真空度,一方面促使干燥箱体内的水分在真空状态下蒸发(升华),另一方面在真空冷凝器和干燥箱体之间形成一个真空度梯度(压力差),将箱体内蒸发的水蒸气推向真空冷凝器(冷阱),由冷阱的冰面捕集。

  与真空泵组相对应调节干燥箱体压力的装置为进气系统。进气系统应设计配置引入气体除菌过滤装置,来控制空气或氮气中微生物。冻干机进气阀门引入定量的空气或氮气到干燥箱体内,使腔室内压力得以控制在一定范围内。为了把冻干过程控制在理想水平,进气量的精确控制靠电磁阀和微调式针形阀来实现。冻干机整机真空泄漏量应低于导热搁板搁板的冷却及加热是靠导热媒体在搁板板层内部的通道中强制循环实现的,冷或热的导热媒体在搁板内流动,均一地将能量传递给放置于搁板表面的制品容器,能量的传递贯穿整个冻干过程。导热媒体的循环可通过机械泵或磁驱动的无密封垫式循环泵实现。

  搁板加工工艺应能保证表面坚固平整,传热效率高,制作材料采用不锈钢板。搁板内部传热通道应相互平行,无荷载状态下搁板温度分布温差能达到(在范围内)。板层内部的导热媒体循环管道长度要均等,确保导热板层温度的均匀性,在长期热胀冷缩的工作条件下,不变形,不渗漏。

  导热搁板升降及压塞系统箱体内冻干完成后,在控制压力的无菌干燥空气或惰性气体状态下,对小瓶压塞封口。压塞装置的压板由设在箱体顶部或底部的液压缸或气缸驱动。随压板的下降或上升,搁板逐层上下移动,将胶塞压进瓶口。用于制剂生产用的设备,应配备搁板升降机构,便于西林瓶压塞和装料及托盘冻干进出料。控制搁板升降机构出入于箱体内部的活塞,应具有蒸汽或其它方法灭菌的能力。最好用不锈钢材质的波纹管保护夹套,使活塞杆与干燥箱体内完全隔离,能彻底消除液压油的泄漏。

  真空冷凝器目前真空冷凝器多采用垂直和水平卧式设计两种方式,不同的设计对冷凝器的捕冰能力有较大的影响,也影响水汽进入真空泵的程度。冷凝器要有强大阻止真空泵回油的能力,并且盘管焊接点应尽量少,盘管换热面积应有富余,保证捕冰量有足够的富余量。若真空冷凝器采用外置垂直设计,上盖设计应注意可以拆卸便于维修。真空冷凝器应位于干燥箱体的后方,配有窥视镜便于观察。真空冷凝器内可设计配置数组盘管,以便能量调节。捕冰面管材可用无缝不锈钢管,盘管之间的距离以最大限度地利用盘管的凝结容冰量并避免相互粘连为原则。真空冷凝器外壳上应配有冷却盘管制冷剂的进出口,蒸汽进口,压力、安全阀接口,凝结水、化霜水排水口,真空管、真空计接口、在线灭菌气体入口,验证孔等。

  在普通冻结温度和正常真空状态下,有机溶剂混合液不易以固相存在,有机溶剂混合蒸气不能被普通冷凝盘管凝结捕获。为凝结捕集含有有机溶剂的冷凝溶剂,可在真空冷凝器底部设计配置有机溶剂收集器。收集器内配有内置蒸发盘管,通过制冷压缩机制冷,将收集器内温度降至足够低,足以阻止在升华干燥阶段真空冷凝器中已捕获的有机溶剂混合液凝结冰再次蒸发。在进行二次干燥(蒸发解吸附)时,通过关闭阀门,使有机溶剂收集器与主冷凝器完全隔离,使二次干燥如常进行。

  冷冻是通过制冷剂在系统内的循环来实现的,制冷剂在制冷机内压缩,边冷却边压缩的方式从气态变换为液体,进入冷凝器中,液体了的制冷剂由一副冷却器继续冷却,此后,它通过膨胀阀,以喷雾的形式进入蒸发器,在液体转换为气体时,吸收大量的蒸发潜热而制冷。在完成这一步后,被蒸发的制冷剂(气体)又按上述方式返回到制冷机内,如此循环,连续制冷。此循环称为卡诺循环。冻结真空干燥工艺的缺点之一,就是干燥过程的能耗高。其中,能耗高主要就体现在整个干燥工艺过程中制冷负荷的剧烈变化。例如,导热搁板系统中,对冻干工艺的不同阶段,需要对导热媒体进行预备冻结制冷、干燥时又需要将导热媒体升温、温度超过干燥工艺的控制范围时还需要再冷却等。而对真空冷凝器系统,需要连续将温度控制在以下。

  制冷机长期运行在低效率的无负荷状态下:因为冻干工艺的一、二次干燥阶段时间很长。在干燥阶段内,只需要少量的冷源就可以满足干燥过程的低温控制要求。在冻干工艺过程中,制冷机需要在真空状态下低负荷或无负荷状态下长时间运转。

  在冻干全过程中,必须将系统控制在供货厂商规定的条件下运行。冻干机常用的制冷形式直接膨胀式制冷的真空冷凝器:直接膨胀方式制冷的真空冷凝器,其主要的制冷原理是使制冷剂在冷却管内直接膨胀、蒸发,蒸发的制冷剂气体通过制冷压缩机压缩、冷凝。通常,采用制冷贮液器的设置、压缩机高温排气管的旁通。无负荷时,将高温排气作为模拟负荷直接引至制冷机来调控制冷负荷,提高制冷机的效率。冻干机的制冷机、冷凝器系统由两套以上制冷系统的多回路构成。

  载冷剂间接冷却单一制冷方式的真空冷凝器:让制冷剂在冷却器内膨胀、蒸发,间接冷却载冷剂,通过导热媒体泵输送载冷剂液体,流过真空冷凝器内的热交换器,控制冷凝器的温度。由于冷凝器内的温度是由已经调控均匀的载冷剂循环完成的,冷凝器内温度均匀,制冷系统得以稳定运行。

  载冷剂间接冷却单一制冷方式的冻干机系统,制冷剂回路从预备冻结到干燥结束为止由单一回路构成,其优点是制品的导热搁板和冷阱可以同时冷却,冷阱融冰和搁板冷却也可以同时完成,搁板亦可冷却调节温度。同时,制冷机内部的冷媒液体不会出现直接膨胀制冷方式的反流问题。可以有效的防止制冷机的超负荷运转。

  三重热交换系统制冷的冻干机:三重热交换系统制冷的特点是,制冷剂回路与前述单一制冷系统相类似,从预备冻结到干燥结束为止由单一回路构成,制冷剂与载冷剂的热交换器配置在真空冷凝器的内部。冷媒与热媒、冷媒与蒸汽、热媒与水蒸汽之间的媒体能够有效地发挥其功能。制冷机的稳定性导致的事故、故障减少,能有效控制搁板温度、箱体内真空度、冷阱温度,使制品干燥匀速恒定。另外,三重热交换系统通过调整载冷剂的节流开度,与三重热交换冷凝器相互作用,稳定地控制真空冷凝器内温度,可以正确的测定干燥箱内的空气泄漏率,解决了冻干工艺干燥过程中,由于制冷负荷较低,制冷工作运行情况偏离设定条件的难题。它通过载冷剂循环解决了直接膨胀系统的缺点,又解决了载冷剂循环的难点。

  冻干制冷压缩机系统的每台制冷压缩机都应有液体中间冷却器和自动温控装置。每一组压缩机都连接、配以阀门和单独控制的系统。压缩机一方面与板式或盘管式换热器相连接,通过换热媒体来冷却制品的导热搁板;另一方面与真空冷凝器内盘管连接,为捕冰盘管制冷。每台制冷压缩机的下方都应配置一个不锈钢的凝结水托盘,从而使压缩机上的凝冰融化后经托盘排走,避免损害下部机件。冻干工艺要求制冷效果:空载搁板最低温度应导热媒体换热加热装置间接交换来自制冷或电加热器的冷或热量,给导热搁板上的制品提供能量。

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