應用領域 | 醫(yī)療衛(wèi)生,環(huán)保,生物產業(yè),地礦,交通 |
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產品簡介
詳細介紹
二手真空冷凍干燥機真空凍干技術除了在醫(yī)藥、生物制品、食品、血液制品、活性物質領域之外的領域得到廣泛應用。
二手真空冷凍干燥機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),三種狀態(tài)既可以相互轉換又可以共存。當水在三相點(溫度為0.01℃,水蒸氣壓為610.5Pa)時,水、冰、水蒸氣三者可共存且相互平衡。在高真空狀態(tài)下,利用升華原理,使預先凍結的物料中的水分,不經過冰的融化,直接以冰態(tài)升華為水蒸汽被除去,從而達到冷凍干燥的目的。
凍干制品呈海綿狀、無干縮、復水性強、含水分極少,相應包裝后可在常溫下長時間保存和運輸。由于真空冷凍干燥具有其它干燥方法的優(yōu)點,因此該技術問世以來越來越受到人們的青睞,在醫(yī)藥、生物制品和食品方面的應用已日益廣泛。血清、菌種、中西醫(yī)藥等生物制品多為一些生物活性物質,真空冷凍干燥技術也為保存生物活性提供了良好的解決途徑。
冷凍干燥是利用升華的原理進行干燥的一種技術,是將被干燥的物質在低溫下快速凍結,然后在適當?shù)恼婵窄h(huán)境,使凍結的水分子直接升華成為水蒸氣逸出的過程。
冷凍干燥得到的產物稱作凍干物,該過程稱作凍干。物質在干燥前始終處于低溫(凍結狀態(tài)),同時冰晶均勻分布于物質中,升華過程不會因脫水而發(fā)生濃縮現(xiàn)象,避免了由水蒸氣產生泡沫、氧化等副作用。干燥物質呈干海綿多孔狀,體積基本不變,極易溶于水而恢復原狀。在上防止干燥物質的理化和生物學方面的變性。
冷凍干燥機系由制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、電器儀表控制系統(tǒng)所組成。主要部件為干燥箱、凝結器、冷凍機組、真空泵、加熱/冷卻裝置等。它的工作原理是將被干燥的物品先凍結到三相點溫度以下,然后在真空條件下使物品中的固態(tài)水份(冰)直接升華成水蒸氣,從物品中排除,使物品干燥。物料經前處理后,被送入速凍倉凍結,再送入干燥倉升華脫水,之后在后處理車間包裝。真空系統(tǒng)為升華干燥倉建立低氣壓條件,加熱系統(tǒng)向物料提供升華潛熱,制冷系統(tǒng)向冷阱和干燥室提供所需的冷量。
本設備采用高效輻射加熱,物料受熱均勻;采用高效捕水冷阱,并可實現(xiàn)快速化霜;采用高效真空機組,并可實現(xiàn)油水分離;采用并聯(lián)集中制冷系統(tǒng),多路按需供冷,工況穩(wěn)定,有利節(jié)能;采用人工智能控制,控制精度高,操作方便。欣諭儀器網(wǎng)對凍干制品的質量要求是:生物活性不變、外觀色澤均勻、形態(tài)飽滿、結構牢固、溶解速度快,殘余水分低。要獲得高質量的制品,對凍干的理論和工藝應有一個比較全面的了解。凍干工藝包括預凍、升華和再凍干三個分階段。合理而有效地縮短凍干的周期在工業(yè)生產上具有明顯的經濟價值。
一、制品的凍結:
溶液速凍時(每分鐘降溫10~50℃),晶粒保持在顯微鏡下可見的大?。幌喾绰齼鰰r(1℃/分),形成的結晶肉眼可見。粗晶在升華留下較大的空隙,可以提高凍干的效率,細晶在升華后留下的間隙較小,使下層升華受阻,速成凍的成品粒子細膩,外觀均勻,比表面積大,多孔結構好,溶解速度快,便成品的引濕性相對也要強些。藥品在凍干機中預凍在兩種方式:一種是制品與干燥箱同時降溫;另一種是待干燥箱擱板降溫至-40℃左右,再將制品放入。前者相當于慢凍,后者則介于速凍與慢凍之間,因而常被采用,以兼顧凍干效率與產品質量。此法的缺點是制品入箱時,空氣中的水蒸氣將迅速地凝結在擱板上,而在升華初期,若板升溫較快,由于大面積的升華將有可能超越凝結器的正常負荷。此現(xiàn)象在夏季尤為顯著。制品的凍結處于靜止狀態(tài)。經驗證明,過冷現(xiàn)象容易發(fā)生至使制品溫度雖已達到共晶點。但溶質仍不結晶,為了克服過冷現(xiàn)象,制品凍結的溫度應低于共晶點以下一個范圍,并需保持一段時間,以待制品*凍結。
二、升華的條件與速度:
冰在一定溫度下的飽和蒸汽壓大于環(huán)境的水蒸氣分壓時即可開始升華;比制品溫更低的凝結器對水蒸氣的抽吸與捕獲作用,則是維護升所必需的條件。氣體分子在兩次連續(xù)碰撞之間所走的距離稱為平均自由程,它與壓力成反比。在常壓下,其值很小,升華的水分子很容易與氣體碰撞又返回到蒸汽源表面,因而升華速度很漫。隨著壓力降低13.3Pa以下,平均自由程增大105倍,使升華速度顯著加快,飛離出來的水分子很少改變自己的方面,從而形成了定向的蒸汽流。真空泵在凍干機中起著抽除氣體的作用,以維護升華所必需的低壓強。1g水蒸氣在常壓下為1.25L而在13.3Pa時卻膨脹為10000升,普通的真空泵在單位時間內抽除如此大量的體積是不可能的。凝結器實際上形成了專門捕集水蒸氣的真空泵。制品與凝結的溫度通常為-25℃與-50℃。冰在該溫度下的飽和蒸汽壓分別為63.3Pa與1.1Pa,因而在升華面與冷凝面之間便產生了一個相當大的壓力差,如果此時系統(tǒng)內的不凝性氣體分壓可以忽略不計,它將促使制品升華出來的水蒸氣,以一定的流速定向地抵達凝結器表面結成冰霜。冰的升華熱約為2822J/克,如果升華過程不供給熱量,那末制品只有降低內能來補償升華熱,直至其溫度與凝結器溫度平衡后,升華也就停止了。為了保持升華與冷凝來的溫度差,必須對制品提供足夠的熱量。
三、升華過程:
在升溫的階段(大量升華階段),制品溫度要低于其共晶點一個范圍。因此擱板溫要加以控制,若制品已經部分干燥,但溫度卻超過了其共晶點,此時將發(fā)生制品融化現(xiàn)象,而此時融化的液體,對冰飽和,對溶質卻未飽和,因而干燥的溶質將迅速溶解進去,后濃縮成一薄僵塊,外觀極為不良,溶解速度很差,若制品的融化發(fā)生在大量升華后期,則由于融化的液體數(shù)量較少,因而被干燥的孔性固體所吸收,造成凍干后塊狀物有所缺損,加水溶解時仍能發(fā)現(xiàn)溶解速度較慢。在大量升華過程,雖然擱板和制品溫度有很大懸殊,但由于板溫、凝結器溫度和真空溫度基本不變,因而升華吸熱比較穩(wěn)定,制品溫度相對恒定。隨著制品自上而下層層干燥,冰層升華的阻力逐漸增大。制品溫度相應也會小幅上升。直至用肉眼已不到冰晶的存在。此時90%以上的水分已除去。大量升華的過程至此已基本結束,為了確保整箱制品大量升華完畢,板溫仍需保持一個階段后再進行第二階段的升溫。剩余百分之幾的水分稱殘余水分,它與自由狀態(tài)的水在物理化學性質上有所不同,殘余水分包括了化學結合之水與物理結合之水,諸如化合的結晶水結晶、蛋白質通過氫鍵結合的水以及固體表面或毛細管中吸附水等。由于殘余水分受到某種引力的束縛,其飽和蒸汽壓則是不同程度的降低,因而干燥速度明顯下降。雖然提高制品溫度促進殘余水分的氣化,但若超過某極限溫度,生物活性也可能急劇下降。保證制品安全的高干燥溫度要由實驗來確定。通常我們在第二階段將板溫+30℃左右,并保持恒定。在這一階段初期,由于板溫升高,殘余水分少又不易氣化,因此制品溫度上升較快。但隨著制品溫度與板溫逐漸靠攏,熱傳導變得更為緩慢,需要耐心等待相當長的一段時間,實踐經驗表明,殘余水分干燥的時間與大量升華的時間幾乎相等有時甚至還會超過。
將擱板溫度與制品溫度隨時間的變化記錄下來,即可得到凍干曲線。比較典型的凍干曲線系將擱板升溫分為兩個階段,在大量升華時擱板溫度保持較低,根據(jù)實際情況,一般可控制在-10至+10之間。
第二階段則根據(jù)制品性質將擱板溫度適當調高,此法適用于其熔點較低的制品。若對制品的性能尚不清楚,機器性能較差或其工作不夠穩(wěn)定時,用此法也比較穩(wěn)妥。
如果制品共晶點較高,系統(tǒng)的真空度也能保持良好,凝結器的制冷能力充裕,則也可采用一定的升溫速度,將擱板溫度升高至允許的高溫度,直至凍干結束,但也需保證制品在大量升華時的溫度不得超過共晶點。
若制品對熱不穩(wěn)定,則第二階段板溫不宜過高。為了提高*階段的升華速度,可將擱板溫度一次升高至制品允許的高溫度以上;待大量升華階段基本結束時,再將板溫降至允許的高溫度,這后兩種方式雖然使大量的升華速度有一些提高,但其抗干擾的能力相應降低,真空度和制冷能力的突然降低或停電都可能會使制品融化。合理而靈活地掌握*種方式,仍是目前較常用的方式。
凍干機的結構:
真空冷凍干燥機由干燥箱、制冷系統(tǒng)真空系統(tǒng)、媒體換熱循環(huán)系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)及在位清洗和消毒系統(tǒng)組成。
一、干燥箱:
干燥箱是真空密閉低壓容器,材料全部采用不銹鋼,能承受正負壓,符合蒸汽滅菌的要求,密封采用耐高溫、耐低溫的硅橡膠,保溫層采用閉泡彈性絕熱保溫材料。
1、箱體:采用空間利用率高的矩形箱體,底部設置排水口,側面開一觀察窗,箱體上還裝有壓力計、測溫電阻、放氣閥、滲氣閥、安全閥、噴淋進口接頭。
2、擱板:食品的降溫與開溫所需的能量都是通過換熱媒體傳導給擱板,再到食品。擱板采用特殊空心夾板,強度高,密封性好。擱板組件通過支架安裝在凍干燥箱內,上層要設置一塊板層作為熱量輻射補償板,確保箱內食品的空間都處在相同的溫度環(huán)境下國,另外,擱板兩側和后面都設置擋軌,以避免食品盤或食品脫離擱板。
3、箱門:采用氣缸自動鎖緊裝置。確保箱體內部壓過程中所需要的真空度。真空泵工作時打開千箱蝶間,真空干燥室內的空氣及水蒸汽經過捕水器捕提水分后進入真空泵,由真空泵排氣口排出系統(tǒng),在真空泵的排氣口裝有油霧捕集器,以防止排出氣體中的煙霧污染室內環(huán)境。為了防止水蒸氣進入泵內,系統(tǒng)配置了氣鎮(zhèn)閥,干燥過程中打開氣鎮(zhèn)閥。
二、媒體換熱循環(huán)系統(tǒng):
食品的降溫與升溫所需的能量都是由循環(huán)泵驅動通過換熱媒體傳導給擱板,再到食品。食品降溫的冷源由制冷系統(tǒng)提供,食品升溫的熱源由加熱罐提供,降溫與升溫的切換通過控制冷源和熱源的電磁閥門開關來完成。升溫時蒸汽進人加熱罐加熱媒體,用氣動三通調節(jié)閥調節(jié)來自加熱罐的熱媒和擱板回流熱媒的混合比,并控制板式換熱器冷卻水電做閥的開閉來控制擱板的溫度。系統(tǒng)有熱媒加熱罐板式換熱器,氣動調節(jié)閥、冷卻水電磁閥、循環(huán)泵、管路、電磁閥、溫度傳感器等。
三、自動控制系統(tǒng):
具有凍干曲線設定,真空泵測試與控制,媒體溫度、食品溫度捕水器溫度控制,干燥狀態(tài)檢測,除路,在位清洗滅菌,自動保護和報警等功能。
四、氣動系統(tǒng):控制氣動閥門
五、在位清洗和消毒系統(tǒng):用于干箱捕水器的清洗和蒸汽消毒
性能驗證:
一、凍干機抽真空速率測試:
1、啟動凍干機:根據(jù)凍干產品工藝需求設置凍干機真空度為25Pa,并進行抽真空測試,需3次重復測試。
2、合格標準:真空度達到25Pa以下,所需時間≤40min(參考藥用真空冷凍干燥機行業(yè)標準JB/T20032-2012,同時結合產品工藝要求)。
二、凍干機在線清洗CIP覆蓋率:
1、在整個凍干腔體的內表面噴灑層維生素B2水溶液,濃度為15mg/L,特別注意難以清洗部位(如管口,箱體頂部和板層下方)要噴酒*。開啟注射用水,啟動CIP循環(huán),完成CIP后,用熒光燈照射檢查腔體內表面,尋找是否殘留有維生素B,熒光物部位,進行3次重復的測試。
2、合格標準:CIP清洗后的腔體內部表面無可見熒光物,清洗覆蓋率99.9%(參考藥用真空冷凍干燥機行業(yè)標準JB/T20032-2012)。
三、呼吸器性能測試:
1、呼吸器完整性檢測。使用IntegtestTMV4.0型便攜式完整性測試儀,在2500mbar的測試壓力下,使用水浸入法檢測呼吸器的完整性。
2、呼吸器在線滅菌效果。在呼吸器內放置1支滅菌生物指示劑,運行凍干機在線滅菌SIP程序,與在線滅菌SIP測試同時進行。滅菌結束后取出指示劑進行培養(yǎng),進行3次重復測試。
3、合格標準。大流量<4.5ml/min,滅菌后的生物指示劑應無菌生長(參考濾芯生產廠家-美國亞美濾膜有限公司出廠標準)。
四、在線滅菌SIP測試:
1、前校準方法。驗證前將驗證用溫度探頭和標準溫度探頭同時放入溫度干井,進行前校準;設置溫度為100℃、132℃及121℃,進行3點校準,校準讀取偏差應<0.5℃。
2、將校準后的溫度探頭通過驗證口接入凍干機內,放置24支度探頭,數(shù)字1~5為凍干機各板層,6為凍干機底面。運行凍干機的SIP程序,滅菌溫度121℃,滅菌時間20min。進行3次重復測試。驗證測試完成后將使用溫度探頭進行后校驗,校驗點設置為121℃,后校驗讀取偏差應<0.5℃。
3、凍干機滅菌生物指示劑挑戰(zhàn)測試。在每一個溫度探頭附近各放置1支生物指示劑(1~24#),探頭編號與指示劑編號*,凍干機的SIP程序結束后取出指示劑進行培養(yǎng)。
4、合格標準。依據(jù)國家標準GB-8599-2008“大型蒸汽滅菌器技術要求自動控制型”,滅菌階段同時刻溫度熱點與冷點的溫度偏差≤2℃,溫度小值≥121.0℃;依據(jù)衛(wèi)生部令第79號“藥品生產質量管理規(guī)范(2010年修訂)”,同時結合產品工藝要求,各溫度點F0≥15min,滅菌生物指示劑在線滅菌后應無菌生長。
五、凍干機板層溫度均勻性測試:
1、前校準。驗證前將驗證用溫度探頭和標準溫度探頭同時放入溫度干井,進行前校準,設置溫度為-50℃、-40℃、0℃、40℃及50℃的5個點,進行5點校準,校準讀取偏差應<0.5℃。
2、將校準后的溫度探頭通過驗證口接入凍干機內,放置1-23#溫度探頭,數(shù)字1-5表示為凍干機產品板層,T1-3#為溫度探頭放置在第3板層的硅油進出口及中心位置,其他溫度探頭均放置在每個板層的4個角及中心位置。啟動凍干機,將導熱油溫度分別設置為40℃、0℃以及40℃的3個點,導熱油進出口溫度在每個設置溫度點達到平衡后,運行30min,分別考察保持在-40℃、0℃及40℃時,板層溫度的均勻性。進行3次重復測試。驗證測試完成后將使用溫度探頭進行后校驗,校驗點設置為-40℃、0℃及40℃的3個點,后校驗讀取偏差應<0.5℃。
3、合格標準。依據(jù)國家制藥機械行業(yè)標準JBT20032--2012“藥用真空冷凍干燥機”,同時結合產品工藝要求,保持在40℃、0℃及40℃時,各板層的所有測試點在同一時刻溫度大值與小值溫差應≤2℃,板層均勻性合格。