Labconco制藥凍干機(jī)冷阱捕冰能力的改進(jìn)

　　

　　真空凍干技術(shù)憑借其它干燥方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用到醫(yī)藥、生物制品、活性物質(zhì)等領(lǐng)域，其應(yīng)用規(guī)模和領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大中。凍干設(shè)備主要有間歇式凍干設(shè)備和連續(xù)式凍干設(shè)備。冷阱是在冷卻的表面上以凝結(jié)方式捕集氣體的阱。對(duì)制藥凍干機(jī)冷阱捕冰能力的改進(jìn)進(jìn)行綜述。

　　

　　1 Labconco制藥凍干機(jī)存在的主要問(wèn)題

　　

　　冷阱捕冰是指樣品在升華階段，水蒸汽從壓力高的前箱流向低壓的冷阱，并在其表面被凍結(jié)。造成冷阱捕冰性能較差的主要原因：大量水蒸汽流向冷阱時(shí)，入口處附近的冷阱表面結(jié)冰較多，而離入口處越遠(yuǎn)的表面則結(jié)冰越少甚至不結(jié)冰。由此造成冷阱表面結(jié)冰很不均勻，前后差別很大，致使離入口處最近的盤繞式冷凝管表面上的冰霜越結(jié)越厚并逐步向入口方向堆積，最終導(dǎo)致入口堵塞，后面的氣體不能通過(guò)，即形成了“冰堵”現(xiàn)象。產(chǎn)生冰堵現(xiàn)象后，后續(xù)氣流出不來(lái)，凍干中斷。這樣冷阱不但影響了凍干樣品的質(zhì)量，還降低設(shè)備的利用率。“冰堵”現(xiàn)象導(dǎo)致沒(méi)有發(fā)揮其最大的捕冰能力，還會(huì)因冷阱化冰、開(kāi)機(jī)預(yù)冷次數(shù)的增加而減少樣品凍干數(shù)量。高捕冰能力則要避免水蒸汽過(guò)多集中凍結(jié)在離入口處最近的部位，使入口處的氣流分散，而不是整股集中流向冷阱的某一個(gè)部位。

　　

　　2 改進(jìn)方案

　　

　　根據(jù)上述分析，我們對(duì)氣體出口進(jìn)行改進(jìn)，在氣體出卡處加裝一個(gè)能使氣流分散的擴(kuò)散器。該擴(kuò)散器安裝在冷凍腔氣流入口處，有一部分便順著擴(kuò)散器斜面板上下分散并向后流動(dòng)，另一部分則從斜面板兩側(cè)向入口處兩邊往后流動(dòng)，這時(shí)安裝在冷凍腔氣流入口處的擴(kuò)散器起著較好的分流作用，使冷阱腔中水蒸汽分布較為均衡。冷阱冷表面附著的冰霜也就會(huì)比較均勻，避免了因水蒸汽大量?jī)鼋Y(jié)在入口最近的冷表面上而發(fā)生的“冰堵”。

　　

　　3 擴(kuò)散器的制作與安裝

　　

　　藥品的生產(chǎn)應(yīng)符合 GMP 的要求，根據(jù)這個(gè)要求，凍干箱，板層，冷凝器及吸附水蒸氣的表面均需用不銹鋼制造，凍干箱的箱門應(yīng)開(kāi)向潔凈區(qū)，凍干機(jī)的構(gòu)造應(yīng)利于把潔凈區(qū)和機(jī)器房封閉隔離，一些重要藥品的生產(chǎn)還要求凍干箱和冷凝器用潔凈蒸氣進(jìn)行滅菌[1]。所以選擇不銹鋼板 1 片，按等分對(duì)折成呈 30 度喇叭口形狀，兩端再分別朝相反方向各彎折 40 度與 30 度斜角。將制作好的擴(kuò)散器喇叭口對(duì)著冷阱盤管插入冷凍腔壁上的圓形入口內(nèi)的中間部位，緊緊地卡牢，開(kāi)口端距離冷阱一厘米左右。這種安裝方法的優(yōu)點(diǎn)是快捷、方便清洗。

　　

　　4 改進(jìn)效果

　　

　　擴(kuò)散器安裝前后兩個(gè)冷阱冷表面所結(jié)的冰霜均勻程度有較大的差別，改進(jìn)后冷阱結(jié)冰不均勻的狀況得到很大的改善。改進(jìn)后捕冰量增加了百分之三十，提高了 30L。捕冰時(shí)間也由原來(lái)的二十四小時(shí)提高到二十點(diǎn)五小時(shí)。CIP 的清洗次數(shù)也由原來(lái)的 3 次變成 2 次。工作效率提高了百分之十六。凍干機(jī)冷阱表面附著的冰霜比較均勻，可有效避免水蒸汽大量?jī)鼋Y(jié)在距氣流入口處最近的冷表面上而引起的“冰堵”現(xiàn)象，從而提高了凍干機(jī)的捕冰性能以及工作效率和工作質(zhì)量。此改進(jìn)方式費(fèi)用低廉、工藝簡(jiǎn)易、便于裝卸，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的冷阱結(jié)構(gòu)將會(huì)得到廣泛的推廣使用。

　　

　　5 Labconco冷凝器的形式

　　

　　凍干機(jī)的冷凝器形式有外置式和內(nèi)置式二種。外置式冷凝器具有凍干箱和冷凝器相距較遠(yuǎn)，二者的溫度不會(huì)互相影響，凍干箱進(jìn)行預(yù)凍和出箱，冷凝器進(jìn)行化霜均可單獨(dú)進(jìn)行縮短了生產(chǎn)周期。外置式冷凝器與凍干箱是二個(gè)互相獨(dú)立的部分，它們之間通過(guò)一個(gè)帶有隔離閥的大口徑通道相連。內(nèi)置式冷凝器把吸附升華水蒸氣的盤管或金屬板放置在凍干箱內(nèi)，凍干箱和冷凝器合為一體。內(nèi)置式冷凝器具有水蒸汽流動(dòng)阻力小、制造成本低、占地面積小等有點(diǎn)。內(nèi)置式冷凝器缺點(diǎn)是由于冷凝的致冷表面與放產(chǎn)品的板層之間距離較小、整個(gè)生產(chǎn)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。一般外置式冷凝器捕冰能強(qiáng)，老款內(nèi)置式捕冰能力差一些。內(nèi)置式冷凝器把吸附升華水蒸氣的盤管或金屬板放置在凍干箱內(nèi)，凍干箱和冷凝器合為一體，其優(yōu)點(diǎn)是升華通道很近，水蒸汽流動(dòng)阻力小，制造成本低，占地面積小，缺點(diǎn)是由于冷凝的致冷表面與放產(chǎn)品的板層之間距離較小，捕冰能力差。

　　

　　6 Labconco凍干技術(shù)的特點(diǎn)

　　

　　凍干機(jī)起源于 19 世紀(jì) 20 年代，進(jìn)入 21 世紀(jì)真空凍干技術(shù)憑借其它干燥方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的青睞。真空冷凍干燥必將成為 21 世紀(jì)的重要應(yīng)用技術(shù)，廣泛應(yīng)用醫(yī)藥、生物制品、食品、血液制品、活性物質(zhì)等領(lǐng)域得到外。冷凍干燥的基本原理是基于水的三態(tài)變化水有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)，在高真空狀態(tài)下，利用升華原理，使預(yù)先凍結(jié)的物料中的水分除去。冷凍干燥可直接以冰態(tài)升華為水蒸汽被除去，不經(jīng)過(guò)冰的融化，從而達(dá)到冷凍干燥的目的。凍干制品成海綿狀、復(fù)水性極好、含水分極少等特點(diǎn)。普通干燥方法如曬干、烘干、噴霧干燥和真空干燥等通常都在 0℃以上或更高的溫度下進(jìn)行。干燥所得的產(chǎn)品一般都存在質(zhì)地變硬的問(wèn)題，一些熱敏性的物質(zhì)發(fā)生變性、失活。普通干燥方法的產(chǎn)品與干燥前相比，在性狀上有很大的差別。在產(chǎn)品凍結(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行，凍干法則基本上在 0℃以下進(jìn)行。在真空條件下，藥物剩留在凍結(jié)時(shí)的冰架中，因此它干燥后體積大小幾乎不變。再次使用前，只要加入注射用水，又會(huì)立即溶解。凍干法具有許多熱敏性的物質(zhì)不會(huì)發(fā)生變性或失活；物質(zhì)中的一些揮發(fā)性成分損失很??；微生物的生長(zhǎng)和酶的作用無(wú)法進(jìn)行；能保持原來(lái)的性狀；體積幾乎不變；保持了原來(lái)的結(jié)構(gòu)；不會(huì)發(fā)生濃縮現(xiàn)象；無(wú)機(jī)鹽類溶解物質(zhì)被均勻地分配在物料之中；加水后溶解迅速而完全；保護(hù)了一些易氧化的物質(zhì)；干燥后產(chǎn)品能長(zhǎng)期保存而不致變質(zhì)等特點(diǎn)。