按凍干機(jī)的用途可以分成食品用凍干機(jī)、藥品用凍干機(jī)、實(shí)驗(yàn)用凍干機(jī)等。
(1)食品用凍干機(jī) 圖3-11該系列冷凍干燥設(shè)備是集熱力、真空、制冷、壓力容器制造和自動(dòng)控制技術(shù)等領(lǐng)域所積累的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,消化吸收了國(guó)際上同類設(shè)備先進(jìn)技術(shù)而研制的。它采用了內(nèi)置式交替工作的水汽捕集器、滿液式循環(huán)供冷系統(tǒng)、按加速升華理論設(shè)計(jì)的加熱和水汽捕集系統(tǒng)以及負(fù)壓蒸汽融冰等先進(jìn)技術(shù)。
國(guó)產(chǎn)凍干設(shè)備中,只有ZDG160型凍干機(jī)給出了能耗指標(biāo):?jiǎn)挝幻娣e上最大熱負(fù)荷1.5kW/㎡;單位脫水能耗:制冷系統(tǒng)1.2kW/kg,真空系統(tǒng)0.3kW/kg。
圖3-12為大型凍干機(jī)的結(jié)構(gòu)。該設(shè)備采用水蒸氣噴射泵為真空抽氣系統(tǒng),可以直接抽出水蒸氣。
1-物料盤;2-前級(jí)抽氣機(jī)組;3-液壓操作臺(tái);4-水蒸氣噴射泵;5-門移動(dòng)小車;6-門;7-加熱板;8-門預(yù)緊裝置;9-液壓系統(tǒng);10-干燥室;11-物料車
(2)醫(yī)藥用凍干機(jī) 醫(yī)藥用冷凍真空干燥必須符合GMP(Good Manufacturing Practice)的有關(guān)要求,其目的是要保證藥品生產(chǎn)質(zhì)量整批均勻一致,凍干設(shè)備還必須達(dá)到可以在線清洗(Cleaning in place,CIP)、在線滅菌(Sterilizing in place,SIP)的要求,其目的是保證藥品清潔衛(wèi)生,不染雜菌。對(duì)直接接觸藥品的設(shè)備材質(zhì)和加工精度也有要求,一般要求采取304或316不銹鋼;進(jìn)入干燥系統(tǒng)的熱空氣須精密過(guò)濾,1m3空氣中≥0.5μm的塵埃粒子不得超過(guò)3500個(gè),活微生物數(shù)≤1;凍干箱內(nèi)表面及擱板表面粗糙度Ra<0.75μm,凍干箱所有內(nèi)角采用圓弧形,利于清洗,不準(zhǔn)有死角積液,擱板表面平整度±1mm/m。藥品凍干需要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究、中試生產(chǎn)、批量生產(chǎn)和大量生產(chǎn)幾個(gè)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)研究采用實(shí)驗(yàn)型凍干機(jī),中試生產(chǎn)采用小型凍干機(jī),批量生產(chǎn)從節(jié)能、省時(shí)等方面考慮,最好選用連續(xù)式生產(chǎn)的凍干機(jī)。凍干藥品離不開凍干機(jī),合理選用凍干機(jī),可以在保證藥品質(zhì)量的前提下,達(dá)到即經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的效果。
中國(guó)制藥裝備行業(yè)協(xié)會(huì)曾在2004年發(fā)布《冷凍真空干燥機(jī)》醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),并在2012年進(jìn)行了修改。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定:
①產(chǎn)品形式 冷凝器有立式或臥式,板層制冷應(yīng)為間冷式,整機(jī)分手動(dòng)和自動(dòng)程序粒制,擱板分固定式或移動(dòng)式,機(jī)內(nèi)可用蒸汽滅菌或無(wú)滅菌裝置,采用水冷冷卻。
②基本參數(shù) 凍干箱內(nèi)擱板總面積<12㎡,擱板間距<0.12m,擱板溫度在-50~60℃范圍內(nèi);冷凝器捕水能力≥10kg/㎡,空載溫度≤-60℃。
③凍干機(jī)的工作條件 環(huán)境溫度5~35℃,冷卻水溫度不高于20℃,相對(duì)濕度不大于80%,供電電源380V士5%或220V士10%,頻率50Hz士2%,周圍空氣無(wú)導(dǎo)電塵埃及爆炸性氣體和腐蝕性氣體存在。
④滅菌系統(tǒng)工作條件 蒸汽表壓力0.11MPa,溫度121℃,保持20min。
⑤操作要求:a.空載運(yùn)行時(shí),擱板溫度從室溫降至一40℃時(shí)間不大于2h,冷凝器從室溫降至-50℃時(shí)間不大于1.5h;擱板從-50℃升溫至+60℃的時(shí)間不應(yīng)大于3h,板層溫差不超過(guò)士1.5℃;空載極限真空度高于5Pa;干燥箱內(nèi)達(dá)到5Pa后,保壓0.5h,靜態(tài)漏氣率不大于0.025Pa·m3/s。b.滿載運(yùn)行時(shí),制品升華全過(guò)程中冷凝器溫度≤一40℃,此時(shí),干燥箱內(nèi)的壓力應(yīng)≤30Pa。
⑥凍干機(jī)的其他要求 自動(dòng)控制程序正確無(wú)誤,準(zhǔn)確執(zhí)行設(shè)定的凍干曲線;自動(dòng)加塞功能正常,不合格率≤0.3%;凍干機(jī)的水電、溫度、真空度故障報(bào)警系統(tǒng)工作正常;凍干機(jī)安全可靠,絕緣電阻不小于1.0MΩ,電氣設(shè)備必須經(jīng)受頻率為50Hz,正弦交流電壓1500V,歷時(shí)1min的耐壓試驗(yàn)。
新標(biāo)準(zhǔn)還增加了保溫材料的要求,無(wú)菌過(guò)濾器的要求,控制系統(tǒng)的權(quán)限設(shè)置,控制系統(tǒng)工藝參數(shù)的要求,在位清洗的要求,在位滅菌的要求和水汽捕集器的真空泄漏率。
生產(chǎn)型藥用凍干機(jī)都有清洗系統(tǒng)(CIP)、消毒滅菌系統(tǒng)(SIP),其原理分別如圖3-13和圖3-14所示。
1-干燥室;2-冷凝器;3-干燥室與冷凝器間的閥門;4-液壓制動(dòng)系統(tǒng);5-硅油回路;6-冷卻系統(tǒng);7-真空系統(tǒng);8-冷卻水;9-廢水;10-排氣真空泵;11-CP液體進(jìn)口;12-CIP液體容器
1-干燥箱;2-冷凝器;3-干燥箱冷凝器閥門;4-液力加塞系統(tǒng);5-硅油回路;6-冷卻系統(tǒng);7-真空系統(tǒng);8-冷卻水;9-廢水;10-排氣;11-蒸汽進(jìn)口
圖3-15中,表示一個(gè)帶有機(jī)玻璃門的圓柱形干燥箱和一個(gè)對(duì)藥瓶加塞的液壓系統(tǒng)。
3.2.3按凍干機(jī)的生產(chǎn)方式分類
按生產(chǎn)方式可以分成間歇式、周期式、連續(xù)式。
(1)間歇式凍干機(jī) 目前國(guó)內(nèi)還很少有連續(xù)式凍干設(shè)備,仍然以周期(間歇)式為主,圖3-16所示為丹麥生產(chǎn)的RAY系列間歇式凍干設(shè)備的布置情況,可作為間歇式凍干機(jī)整體設(shè)計(jì)時(shí)參考。
1-小車裝料;2-凍結(jié)隧道;3-凍料貯存;4-控制室;5-機(jī)房;6-小車卸料
(2)連續(xù)式凍干機(jī) 為提高凍干產(chǎn)品的產(chǎn)量,節(jié)約能源,國(guó)外發(fā)展連續(xù)式凍干設(shè)備的速度快,醫(yī)藥和食品凍干領(lǐng)域都有應(yīng)用。圖3-17為隧道式連續(xù)凍干機(jī),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程一目了然,難點(diǎn)是料車通過(guò)真空閘閥時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng),致使物料從料車上跌落,影響閘閥密封。
圖3-18所示為一種連續(xù)生產(chǎn)的醫(yī)藥用凍干機(jī),其冷凝器、制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)安裝在樓下機(jī)房?jī)?nèi),其上一層樓是無(wú)菌室,分裝料、進(jìn)料和卸料室,凍干機(jī)內(nèi)能自動(dòng)壓蓋,實(shí)現(xiàn)無(wú)菌化、自動(dòng)化生產(chǎn),保證產(chǎn)品質(zhì)量。
1-干燥室;2-觀察窗;3-自動(dòng)小門通道;4-全開大門;5-加塞裝置;6-密封裝置;7-加強(qiáng)筋和滅菌后的冷卻水管;8-蝶閥;9-捕水器;10-加料裝置;11-卸料裝置;12-擱板
按捕水器安放的位置可以分為在凍干箱內(nèi)還是箱外兩種結(jié)構(gòu)。
(1)捕水器按放在箱外 捕水器放在箱外的典型結(jié)構(gòu)如圖3-19所示。為提高產(chǎn)量,有時(shí)將兩個(gè)凍干箱和兩個(gè)捕水器共用一套制冷和真空系統(tǒng)。為提高可靠性,有時(shí)凍干箱和捕水器分用兩套制冷系統(tǒng)和兩套真空系統(tǒng),各有優(yōu)缺點(diǎn)。
1-無(wú)菌室墻壁;2-真空計(jì);3-凍干箱;4-擱板;5-蝶閥;6-除霜水進(jìn)口;7-電磁放氣閥;8-真空泵;9-排水口;10-水汽凝結(jié)器;11-制冷系統(tǒng),12-加熱系統(tǒng)
(2)捕水器放在箱內(nèi) 圖3-20為一臺(tái)擁有20㎡凍干面積,液態(tài)氨冷凍的凍干機(jī)。其干燥箱和冷凝器在同一個(gè)真空室里,用閥板隔開,為水蒸氣流動(dòng)提供了最短的路徑,冷凝器溫度可達(dá)-100℃,擱板溫度在-70~+50℃之間,用運(yùn)輸車裝卸料。
1-運(yùn)輸車;2-托盤中的產(chǎn)品;3-無(wú)菌室;4-GIP系統(tǒng);5-水出口;6-液環(huán)泵;7-用液氨冷卻的鹽水熱交換器;8-用20℃水冷卻熱交換液體的熱交換器;9-電加熱熱交換液體的熱交換器;10-熱交換流體循環(huán);11-液氨人口;12-氨氣出口;13-除霜用的水;14-羅茨真空泵;15-3個(gè)二機(jī)泵組;16-干燥箱;17-冷凝器;18-冷凝器的金屬板;19-干燥箱與冷凝器間的水力操作閥