Labconco制药冻干机冷阱捕冰能力的改进

　　Labconco制药冻干机冷阱捕冰能力的改进

　　

　　真空冻干技术凭借其它干燥方法无法比拟的优点，广泛应用到医药、生物制品、活性物质等领域，其应用规模和领域还在不断扩大中。冻干设备主要有间歇式冻干设备和连续式冻干设备。冷阱是在冷却的表面上以凝结方式捕集气体的阱。对制药冻干机冷阱捕冰能力的改进进行综述。

　　

　　1 Labconco制药冻干机存在的主要问题

　　

　　冷阱捕冰是指样品在升华阶段，水蒸汽从压力高的前箱流向低压的冷阱，并在其表面被冻结。造成冷阱捕冰性能较差的主要原因：大量水蒸汽流向冷阱时，入口处附近的冷阱表面结冰较多，而离入口处越远的表面则结冰越少甚至不结冰。由此造成冷阱表面结冰很不均匀，前后差别很大，致使离入口处最近的盘绕式冷凝管表面上的冰霜越结越厚并逐步向入口方向堆积，最终导致入口堵塞，后面的气体不能通过，即形成了“冰堵”现象。产生冰堵现象后，后续气流出不来，冻干中断。这样冷阱不但影响了冻干样品的质量，还降低设备的利用率。“冰堵”现象导致没有发挥其最大的捕冰能力，还会因冷阱化冰、开机预冷次数的增加而减少样品冻干数量。高捕冰能力则要避免水蒸汽过多集中冻结在离入口处最近的部位，使入口处的气流分散，而不是整股集中流向冷阱的某一个部位。

　　

　　2 改进方案

　　

　　根据上述分析，我们对气体出口进行改进，在气体出卡处加装一个能使气流分散的扩散器。该扩散器安装在冷冻腔气流入口处，有一部分便顺着扩散器斜面板上下分散并向后流动，另一部分则从斜面板两侧向入口处两边往后流动，这时安装在冷冻腔气流入口处的扩散器起着较好的分流作用，使冷阱腔中水蒸汽分布较为均衡。冷阱冷表面附着的冰霜也就会比较均匀，避免了因水蒸汽大量冻结在入口最近的冷表面上而发生的“冰堵”。

　　

　　3 扩散器的制作与安装

　　

　　药品的生产应符合 GMP 的要求，根据这个要求，冻干箱，板层，冷凝器及吸附水蒸气的表面均需用不锈钢制造，冻干箱的箱门应开向洁净区，冻干机的构造应利于把洁净区和机器房封闭隔离，一些重要药品的生产还要求冻干箱和冷凝器用洁净蒸气进行灭菌[1]。所以选择不锈钢板 1 片，按等分对折成呈 30 度喇叭口形状，两端再分别朝相反方向各弯折 40 度与 30 度斜角。将制作好的扩散器喇叭口对着冷阱盘管插入冷冻腔壁上的圆形入口内的中间部位，紧紧地卡牢，开口端距离冷阱一厘米左右。这种安装方法的优点是快捷、方便清洗。

　　

　　4 改进效果

　　

　　扩散器安装前后两个冷阱冷表面所结的冰霜均匀程度有较大的差别，改进后冷阱结冰不均匀的状况得到很大的改善。改进后捕冰量增加了百分之三十，提高了 30L。捕冰时间也由原来的二十四小时提高到二十点五小时。CIP 的清洗次数也由原来的 3 次变成 2 次。工作效率提高了百分之十六。冻干机冷阱表面附着的冰霜比较均匀，可有效避免水蒸汽大量冻结在距气流入口处最近的冷表面上而引起的“冰堵”现象，从而提高了冻干机的捕冰性能以及工作效率和工作质量。此改进方式费用低廉、工艺简易、便于装卸，经过改进后的冷阱结构将会得到广泛的推广使用。

　　

　　5 Labconco冷凝器的形式

　　

　　冻干机的冷凝器形式有外置式和内置式二种。外置式冷凝器具有冻干箱和冷凝器相距较远，二者的温度不会互相影响，冻干箱进行预冻和出箱，冷凝器进行化霜均可单独进行缩短了生产周期。外置式冷凝器与冻干箱是二个互相独立的部分，它们之间通过一个带有隔离阀的大口径通道相连。内置式冷凝器把吸附升华水蒸气的盘管或金属板放置在冻干箱内，冻干箱和冷凝器合为一体。内置式冷凝器具有水蒸汽流动阻力小、制造成本低、占地面积小等有点。内置式冷凝器缺点是由于冷凝的致冷表面与放产品的板层之间距离较小、整个生产周期长等缺点。一般外置式冷凝器捕冰能强，老款内置式捕冰能力差一些。内置式冷凝器把吸附升华水蒸气的盘管或金属板放置在冻干箱内，冻干箱和冷凝器合为一体，其优点是升华通道很近，水蒸汽流动阻力小，制造成本低，占地面积小，缺点是由于冷凝的致冷表面与放产品的板层之间距离较小，捕冰能力差。

　　

　　6 Labconco冻干技术的特点

　　

　　冻干机起源于 19 世纪 20 年代，进入 21 世纪真空冻干技术凭借其它干燥方法无法比拟的优点，越来越受到人们的青睐。真空冷冻干燥必将成为 21 世纪的重要应用技术，广泛应用医药、生物制品、食品、血液制品、活性物质等领域得到外。冷冻干燥的基本原理是基于水的三态变化水有固态、液态和气态，在高真空状态下，利用升华原理，使预先冻结的物料中的水分除去。冷冻干燥可直接以冰态升华为水蒸汽被除去，不经过冰的融化，从而达到冷冻干燥的目的。冻干制品成海绵状、复水性极好、含水分极少等特点。普通干燥方法如晒干、烘干、喷雾干燥和真空干燥等通常都在 0℃以上或更高的温度下进行。干燥所得的产品一般都存在质地变硬的问题，一些热敏性的物质发生变性、失活。普通干燥方法的产品与干燥前相比，在性状上有很大的差别。在产品冻结的状态下进行，冻干法则基本上在 0℃以下进行。在真空条件下，药物剩留在冻结时的冰架中，因此它干燥后体积大小几乎不变。再次使用前，只要加入注射用水，又会立即溶解。冻干法具有许多热敏性的物质不会发生变性或失活；物质中的一些挥发性成分损失很小；微生物的生长和酶的作用无法进行；能保持原来的性状；体积几乎不变；保持了原来的结构；不会发生浓缩现象；无机盐类溶解物质被均匀地分配在物料之中；加水后溶解迅速而完全；保护了一些易氧化的物质；干燥后产品能长期保存而不致变质等特点。