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冷凍干燥目前在醫(yī)藥工業(yè)，食品工業(yè)，科研和其他部門得到廣泛的應(yīng)用。產(chǎn)品的冷凍干燥需要在一定裝置中進(jìn)行，這個(gè)裝置叫做真空，簡稱凍干機(jī)。
凍干機(jī)按系統(tǒng)分，由致冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、和控制系統(tǒng)四個(gè)主要部分組成。按結(jié)構(gòu)分，由凍干箱或稱干燥箱、冷凝器或稱水汽凝集器、冷凍機(jī)、真空泵和閥門、電氣控制元件等組成。
凍干機(jī)是一個(gè)能夠致冷到-40℃左右，能夠加熱到+50℃左右的高低溫箱，也是一個(gè)能抽成真空的密閉容器。它是凍干機(jī)的主要部分，需要凍干的產(chǎn)品就放在箱內(nèi)分層的金屬板層上，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行冷凍，并在真空下加溫，使產(chǎn)品內(nèi)的水分升華而干燥。
凍干機(jī)（lyophilizer或freeze dryer）起源于19世紀(jì)20年代的真空冷凍干燥技術(shù)經(jīng)歷了幾十年的起伏和徘徊后，在后的20年中取得了長足進(jìn)展。進(jìn)入21世紀(jì)，真空凍干技術(shù)憑借其它干燥方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的青睞，除了在醫(yī)藥、生物制品、食品、血液制品、活性物質(zhì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用外，其應(yīng)用規(guī)模和領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大中。為此，真空冷凍干燥必將成為21世紀(jì)的重要應(yīng)用技術(shù)。凍干機(jī)簡述
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)，三種狀態(tài)既可以相互轉(zhuǎn)換又可以共存。 當(dāng)水在三相點(diǎn)（溫度為0.01℃，水蒸氣壓為610.5Pa）時(shí)，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(yù)先凍結(jié)的物料中的水分，不經(jīng)過冰的融化，直接以冰態(tài)升華為水蒸汽被除去，從而達(dá)到冷凍干燥的目的。 凍干制品呈海綿狀、無干縮、復(fù)水性、含水分極少，相應(yīng)包裝后可在常溫下長時(shí)間保存和運(yùn)輸。 由于真空冷凍干燥具有其它干燥方法無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此該技術(shù)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(yīng)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(zhì)，真空冷凍干燥技術(shù)也為保存生物活性提供了良好的解決途徑。
凍干機(jī)相對(duì)常規(guī)方法，凍干法具有如下優(yōu)點(diǎn)：* 許多熱敏性的物質(zhì)不會(huì)發(fā)生變性或失活。
* 在低溫下干燥時(shí)，物質(zhì)中的一些揮發(fā)性成分損失很小。* 在凍干過程中，微生物的生長和酶的作用無法進(jìn)行，因此能保持原來的性狀。* 由于在凍結(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行干燥，因此體積幾乎不變，保持了原來的結(jié)構(gòu)，不會(huì)發(fā)生濃縮現(xiàn)象。* 由于物料中水分在預(yù)凍以后以冰晶的形態(tài)存在，原來溶于水中的無機(jī)鹽類溶解物質(zhì)被均勻地分配在物料之中。升華時(shí)，溶于水中的溶解物質(zhì)就析出，避免了一般干燥方法中因物料內(nèi)部水分向表面遷移所攜帶的無機(jī)鹽在表面析出而造成表面硬化的現(xiàn)象。* 干燥后的物質(zhì)疏松多孔，呈海綿狀，加水后溶解迅速而完全，幾乎立即恢復(fù)原來的性狀。* 由于干燥在真空下進(jìn)行，氧氣極少，因此一些易氧化的物質(zhì)得到了保護(hù)。* 干燥能排除95%～99%以上的水分，使干燥后產(chǎn)品能長期保存而不致變質(zhì)。* 因物料處于凍結(jié)狀態(tài)，溫度很低，所以供熱的熱源溫度要求不高，采用常溫或溫度不高的加熱器即可滿足要求。如果冷凍室和干燥室分開時(shí)，干燥室不需絕熱，不會(huì)有很多的熱損失，故熱能的利用很經(jīng)濟(jì)。正所謂沒有的技術(shù)，真空冷凍干燥技術(shù)的主要缺點(diǎn)是成本高。由于它需要真空和低溫條件，所以真空冷凍干燥機(jī)要配置一套真空系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)，因而投用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用都比較高。真空冷凍干燥技術(shù)在生物工程、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、材料科學(xué)和農(nóng)副產(chǎn)品深加工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
凍干機(jī)相對(duì)常規(guī)方法，凍干法具有如下優(yōu)點(diǎn)：* 許多熱敏性的物質(zhì)不會(huì)發(fā)生變性或失活。
* 在低溫下干燥時(shí)，物質(zhì)中的一些揮發(fā)性成分損失很小。* 在凍干過程中，微生物的生長和酶的作用無法進(jìn)行，因此能保持原來的性狀。* 由于在凍結(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行干燥，因此體積幾乎不變，保持了原來的結(jié)構(gòu)，不會(huì)發(fā)生濃縮現(xiàn)象。* 由于物料中水分在預(yù)凍以后以冰晶的形態(tài)存在，原來溶于水中的無機(jī)鹽類溶解物質(zhì)被均勻地分配在物料之中。升華時(shí)，溶于水中的溶解物質(zhì)就析出，避免了一般干燥方法中因物料內(nèi)部水分向表面遷移所攜帶的無機(jī)鹽在表面析出而造成表面硬化的現(xiàn)象。* 干燥后的物質(zhì)疏松多孔，呈海綿狀，加水后溶解迅速而完全，幾乎立即恢復(fù)原來的性狀。* 由于干燥在真空下進(jìn)行，氧氣極少，因此一些易氧化的物質(zhì)得到了保護(hù)。* 干燥能排除95%～99%以上的水分，使干燥后產(chǎn)品能長期保存而不致變質(zhì)。* 因物料處于凍結(jié)狀態(tài)，溫度很低，所以供熱的熱源溫度要求不高，采用常溫或溫度不高的加熱器即可滿足要求。如果冷凍室和干燥室分開時(shí)，干燥室不需絕熱，不會(huì)有很多的熱損失，故熱能的利用很經(jīng)濟(jì)。正所謂沒有的技術(shù)，真空冷凍干燥技術(shù)的主要缺點(diǎn)是成本高。由于它需要真空和低溫條件，所以真空冷凍干燥機(jī)要配置一套真空系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)，因而投用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用都比較高。真空冷凍干燥技術(shù)在生物工程、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、材料科學(xué)和農(nóng)副產(chǎn)品深加工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
真空系統(tǒng)是凍干機(jī)的重要組成部分之一，一般包括真空泵和羅茨泵加速抽真空。真空系統(tǒng)通過衛(wèi)生級(jí)不銹鋼管路與冷凝器連接，在靠近冷凝器的位置處安裝有蝶閥，將冷凝器與真空系統(tǒng)隔開。真空系統(tǒng)的作用是給凍干機(jī)提供必要真空條件，給冰的升華創(chuàng)造環(huán)境和。真空系統(tǒng)的真空度的高低直接影響制品的升華速率，真空系統(tǒng)要求其自身具有較低的泄漏率。真空控制的精度直接影響到制藥工藝的運(yùn)行。一、真空系統(tǒng)主要部件1.旋片式真空泵轉(zhuǎn)子以一定的偏心裝在泵殼內(nèi)并與泵殼內(nèi)表面的固定面靠近，在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)裝有兩個(gè)（或兩個(gè)以上）旋片。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋片能沿其徑向槽往復(fù)滑動(dòng)且與泵殼內(nèi)壁始終接觸。旋片隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，可將泵腔分成幾個(gè)可變?nèi)莘e。它是利用油類密封各運(yùn)動(dòng)部件之間的間隙，減少有害空間的一種旋轉(zhuǎn)變?nèi)菡婵毡?。這種泵通常帶有氣鎮(zhèn)裝置，故又稱氣鎮(zhèn)式真空泵。圖1油泵系列2.羅茨泵也叫機(jī)械增壓泵，是一種旋轉(zhuǎn)式容積真空泵，二個(gè)8字型轉(zhuǎn)子與泵腔保持一定的間隙，通過一對(duì)同步反向旋轉(zhuǎn)齒輪使二個(gè)轉(zhuǎn)子在泵腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)互相不接觸并保持一定間隙。羅茨泵工作時(shí)，由于轉(zhuǎn)子和泵腔、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子之間有一定的間隙（0.1-0.15mm），互相不接觸，允許轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)，具有很大的抽速。但一般不能直接抽大氣壓。部分的泵由于的設(shè)計(jì)，可以在大氣壓下啟動(dòng)。但出于對(duì)泵的保護(hù)，一般還是采用延時(shí)啟動(dòng)。圖2 羅茨泵系列3.真空測(cè)量裝置真空規(guī)管（電阻式真空計(jì)），屬于皮拉尼（Pirani)真空計(jì)，可以直接輸出2-10V的直流電壓。通過其電路設(shè)計(jì)和程序確定，確保輸出的直流電壓和真空度指示值一一對(duì)應(yīng)，在觸摸屏直接顯示出真空度的讀數(shù)。現(xiàn)在觸摸屏能顯示的讀數(shù)為0.1-999.9Pa。另外，該規(guī)管既能承受負(fù)壓力也能承受正壓力。二、日常維護(hù)項(xiàng)目1.公用工程檢查供電電源正常（3相電源電壓應(yīng)在規(guī)定值的±10%以內(nèi)），接線完整，接地良好。2.真空泵檢查嚴(yán)禁排氣管堵塞情況下開機(jī)；油泵的油位要求在油位刻度線1/2～2/3處，干泵油位要求在油位上限，羅茨泵油位要求在油位刻度線1/2～2/3處。三、保養(yǎng)項(xiàng)目1.真空泵運(yùn)行中檢查真空泵運(yùn)行聲音是否正常，如果異常請(qǐng)先檢查供電的三相電是否平衡；真空泵是否有異常振動(dòng)，真空泵與泵頭上的各個(gè)連接部分是否存在松動(dòng)現(xiàn)象，如果有則采用相應(yīng)的固定措施；需檢查油位是否保持在正常油位，低于正常油位要及時(shí)補(bǔ)加規(guī)定的真空泵油；如果真空泵油發(fā)生乳化，需要打開氣鎮(zhèn)閥運(yùn)行2小時(shí)；真如果空泵油變色，建議及時(shí)更換真空泵油，并清洗過濾網(wǎng)，并更換過濾器；觀察真空泵是否漏油，如漏油及時(shí)停機(jī)維修。2.真空泵長期停用檢查如果泵在一段時(shí)間內(nèi)不使用，應(yīng)關(guān)閉電源和冷卻水供應(yīng)；如果泵在凍干工藝結(jié)束后直接關(guān)閉，水汽可能殘存在泵體內(nèi)。如果泵長期處于關(guān)閉狀態(tài)，這些液體可能會(huì)腐蝕泵的機(jī)械結(jié)構(gòu)，可能會(huì)造成泵無法再啟動(dòng)。建議泵在調(diào)試結(jié)束后空轉(zhuǎn)半小時(shí)左右。3.真空泵泵頭閥檢查泵頭閥在真空泵開啟時(shí)同時(shí)得電，真空泵停止時(shí)斷電；泵頭閥有無得電可從閥尾端的進(jìn)氣口處判斷。把拆下，用手堵住進(jìn)氣口，有氣往里吸閥沒得電，反之得電；關(guān)閉真空泵切斷泵頭閥電源，通過真空管上的硅管真空度變化來判斷泵頭閥是否關(guān)閉的嚴(yán)。4.真空泵換油擰開排油閥，將泵體油箱抬高讓真空泵內(nèi)舊油自動(dòng)地流到旋油螺帽位置讓油流出。舊油放盡后，從真空泵加油處注入少量的干凈真空泵油(100~500mL)，沖洗真空泵腔內(nèi)部。接著開動(dòng)真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)1min左右，再關(guān)真空泵，將注入的新油放出，若放出的油仍不干掙，應(yīng)繼續(xù)注入新油沖洗，直到干凈為止。然后，擰緊排油閥，擰下加油孔上的加油帽，向真空泵內(nèi)加入新的真空泵油，使油面達(dá)到油標(biāo)線，再旋上加油帽；將容器放在放油口下方，旋下放油口螺釘。關(guān)閉抽氣口，同時(shí)開啟真空泵，打開氣鎮(zhèn)閥和遮蓋真空泵的部分排氣口，以產(chǎn)生一個(gè)足夠的內(nèi)部壓強(qiáng)，使臟油迅速地放出，然后按上述第1步的步驟沖洗真空泵腔內(nèi)部，換新油。5.其他注意事項(xiàng)清除端口沉淀物時(shí)不可用力過大，防止破壞冷卻管壁；開真空泵、小蝶閥前，如果是對(duì)整箱抽真空，則注意將箱門和閥門都是關(guān)閉狀態(tài)，如果是只對(duì)后箱抽真空，注意前箱箱門開度大于90度，并注意人員安全；真空泵對(duì)箱體開始抽真，確保后箱是干燥的，如果有水汽，則要使冷凝器溫度低于-45℃；一般來講藥品升華過程粉進(jìn)入真空泵會(huì)對(duì)泵油和真空泵的旋片造成很大的影響，真空泵中有水或有污染的情況下工作時(shí)，會(huì)造成泵的損壞；更換冷凍油一定要使用和原系統(tǒng)的冷凍油型號(hào)一致，冷凍油混用可能導(dǎo)致真空泵潤滑不良或油品變質(zhì)；啟動(dòng)真空泵后應(yīng)馬上檢查真空泵潤滑情況及視油鏡油位，如果油位低于正常范圍（1/3視鏡），應(yīng)立即補(bǔ)油；建議在做拆卸清洗（小保養(yǎng)）時(shí)，把過濾器一并更換；為了確保因?yàn)殚L時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致泵油的性能下降而加劇泵的磨損和降低泵的性能，建議泵每運(yùn)行累計(jì)超過3000小時(shí)后（無論泵油的顏色如何）就更換油；對(duì)于新泵，由于泵處于機(jī)械磨合期，次換油的時(shí)間不超過200小時(shí)。四、故障診斷與解決方法小結(jié)：掌握凍干機(jī)真空系統(tǒng)的主要部件、日常維護(hù)項(xiàng)目、保養(yǎng)項(xiàng)目和其他注意事項(xiàng)等才能確保凍干機(jī)穩(wěn)定的運(yùn)行。真空系統(tǒng)的故障可能無法提供滿足生產(chǎn)要求的真空度導(dǎo)致凍干產(chǎn)品的凍干失敗，掌握凍干機(jī)真空系統(tǒng)故障診斷的方法和解決方案，才能在時(shí)間快速恢復(fù)真空系統(tǒng)的正常運(yùn)行，確保制藥工藝的良好運(yùn)行。
