制药行业冻干机的选用

保证了设备安全可靠,低耗高效,稳定运行。

因此,该设备自开发研制成功以来,已有多家制药企业正式选用,我们根据制药企业的不同需求以及使用后反馈的一些改进建议,及时作出响应,以使设备日趋完美,并且使设备系列化。

总之,CG系列纯蒸汽灭菌柜是目前适合广大制药企业,特别是生产无菌药品和生物制品制药企业实用的一种新颖灭菌设备,能满足工艺上的高标准的要求,符合GMP的最新发展要求。

收稿日期:2003-06-27

制药行业冻干机的选用

中国石化集团上海工程有限公司(200120)　王新华

北京天利深冷设备股份有限公司上海办事处(200030)　徐　勇

摘要　本文介绍了制药行业用冻干机的主要技术特征,冻干机的选用计算,配套工程设计的注意事项,为设计同行和用户合理选用冻干机提供参考。

关键词　冻干机　技术特征　选用

近年来,随着我国医药事业的蓬勃发展,许多制药企业考虑和采用冷冻干燥工艺进行药品生产,冷冻干燥机是保证其产品质量的重要设备,它的设备特性不仅要保证能够长期、稳定、安全地正常运行,还必须符合GMP的要求,。笔者结合自身的工作体会,在此探讨制药行业用冻干机的主要技术特征以及如何选用。

1　冻干机容量的确定

根据生产规模或实验的需求,冻干机一般可分为三个系列,即实验系列、中试及小规模生产系列,以及工业生产系列。

实验系列的冻干机用于研发之用,冷凝器的结冰量每批小于10公斤,冻干箱的板层面积小于0.5平方米之间。

中试及小规模生产系列用于扩大试验及小生产之用。冷凝器的结冰量每批在10-40公斤之间,冻干箱的板层面积在0.5-2平方米之间。

工业生产系列的冻干机用于工厂大规模生产之用,冷凝器的结冰量每批在40-1600公斤之间,冻干箱的板层面积在3-80平方米之间。

用户应根据自己的产量,通过计算来确定需用多大容量的冻干机。例如每批需冻干200公斤(升)液体量的产品,则首先应确认选用冷凝器的结冰量不小于200公斤(升)的冻干机,然后计算出冻干板层的负荷面积,面积的计算与产品的装载方法有关。盘装法充分利用了板层面积,而瓶装法由于瓶之间的间隙未充分利用,所需的板层面积较大。下面按盘装和瓶装两种工艺分别予以计算:

111　盘装法

每盘的装载高度为20毫米,则200公斤(升)的液体所需的板层面积为:

A(面积,m2)=V(容积,m3)/H(高度,m)

=0.2m3/0.02m=10m2

即需选用板层面积为10m2的冻干机,再查一下10m2冻干机的冷凝器的结冰量是否能承受200公斤(升)的能力,如果满足要求,就可以选定该种型号的冻干机。

112　瓶装法

使用的瓶子为国产20ml西林瓶(直径为22mm,高度为50mm)。每瓶内的装量为5ml。

首先计算每批所需的瓶子总量。

N(瓶子数目)=V(总装量ml)/v(每瓶的装量ml)

=200000ml/5ml=40000个

然后计算冻干箱的板层面积:

A(面积m2)=a(每瓶占用面积m2)xN(总瓶数)

=(0.022×0.022)×40000=19.36m2

由于圆瓶子之间可以互相错开排放,因此实际占用面积比上述按瓶直径x直径的方块累积面积要小,大致可乘上一个系数019。

即　19.36×0.9=17.4m2

可选用板层面积17.4平方米的冻干机。

再查一下17.4平方米冻干机的冷凝器结冰量是否符合要求,如果符合即可选定。

有时计算的面积与实际型号的面积不完全相同,那么可以选择最接近的型号。

冻干箱板层间距一般以毫米为单位,可以取盘高或瓶高加30至50,小于30可能要影响升华气流的通畅,大于50则不很经济。盘装的情况以及7ml 以上高的瓶子需要大的板层间距。

有时冻干机需要在不同时间使用不同高度的容器,则可以选用板层距离可调型的冻干机。这种冻干机可以很方便地把二层板层合并为一层,使板层的距离比原来扩大一倍。

2　温度和真空度的要求

冻干机板层的致冷温度范围和冷凝温度大致有三种类型。

一种是冷冻系统采用单级制冷压缩循环,板层的致冷温度约为-35～-40℃,冷凝器的致冷温度为-50℃左右。这种冻干机适用于一些容易冻干的产品生产。

另一种是冷冻系统采用双级致冷压缩循环,板层的致冷温度约为-45～-50℃,冷凝器的致冷温度为-65℃左右,这种冻干机适用于大部分医药产品的冻干。

再一种是冷冻系统采用复叠式致冷循环,板层的致冷温度约为-55～-60℃,冷凝器的致冷温度为～-75℃左右,这种冻干机适用于一些特殊产品的冻干。

上述温度范围的选择是根据冻干产品的共晶点所决定的。共晶点低的产品要求板层的致冷温度低,冷凝器的温度也相应地低一些。

此外,板层温度的均匀性,对产品质量的均一性有很大的影响,温度均匀性好,则冻干产品质量的均一性也越好。因此宜选择使用中间流体间接致冷板层的冻干机。这种冻干机板层为空心夹层结构,内部有许多流体通道,板层的致冷和加热均通过中间流体的循环来实现,因此板层温度均匀一致。中间流体最好是使用对人体无害、不腐蚀设备、热稳定性好和对药品惰性的低粘度硅油。

中间流体有时又被称为载冷剂,除硅油外,也有采用三氯乙烯或所谓的“424”作为载冷媒体的。就价格而言,硅油较另外两种要贵。但三氯乙烯能引起人体的中毒,并对设备的金属材料有腐蚀作用。“424”即由40%乙二醇,20%乙醇,40%的水所配成,但其是易燃品,并且由于混合组分内挥发度的不同,热稳定性比硅油差。同时在低温状态下,该载冷剂出现粘度变大,不利于冻干工艺中的流体导热。

冻干机板层的加热温度最高均为70～80℃。所有冻干机均差不多。实际操作的加热温度,生物产品往往控制在20℃左右,抗生素产品控制在小于60℃,依产品的热敏感性不同,通过实验来确定。

在空载情况下,冻干箱的降温速度一般应1～2小时之内达到指标规定的最低温度,冷凝器应在1小时内达到指标规定的最低温度。

关于冻干箱的真空度,过去的观点认为真空度是越高越好,现在的观点认为真空度应在一个合理的范围之内。真空度太高了,不利于传热,干燥速度反而下降,但无论如何冻干箱的空载极限真空度应达到1×10-2毫巴以上。使用中若不需很高的真空度时,可以通过真空度调节装置来控制真空度,使真空控制在所需要的的范围之内。因此真空度调节装置是应该选用的。

冻干箱空载的抽空速度,应在半小时之内从大气压抽到1×10-1毫巴。2小时达到1×10-2毫巴以上的真空度。

3　制冷剂类型的选择

由于某些氟里昂制冷剂对大气的臭氧层有破坏作用,故被禁止或限制使用。而另一些氟里昂制冷剂,如氟里昂R22目前在发展中国家还可以继续允许使用,如氟里昂R22就是国内冻干机目前常用的制冷剂。笔者接触的项目中,已经有国内用户选择不含氯,无破坏臭氧作用的HFC(氢氟碳类)R507作为制冷剂的冻干机,该类产品可长期使用。

4　冻干机的关键制造工艺和零部件

冻干机的设计制造工艺与冻干机的质量和使用寿命有着直接的关系。

411　板层的设计制造技术

为了使板层的致冷和加热温度均匀一致,目前冻干机制造厂家均采用空心夹层板层,内部带有隔条,由传温中间流体循环在板层之中。老式或落后的制造方法是在板层的上下二块或其中一块板上打许多孔,用塞焊法把金属板与隔条焊接起来,然后机加工。由于冻干工艺的低温、真空甚至高温、受压的特殊工况,这种焊接方法在使用一定年限后,可能会在塞焊处渗漏传温流体,在真空状态下,传温流体瞬间雾化,导致冻干品被污染而报废。而新式或先进的制造方法是上下二块金属板均不打孔,使用特殊的内焊设备制造而成,从根本上消除了渗漏的发生。