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Christ凍干過程溫度真空度等參數介紹

  Christ凍干機影響干燥過程的主要因素是升華界面的溫度(或供熱量)和水蒸汽逸出制品的能力。前者主要由擱板的溫度和干燥箱的壓力(真空度)所決定,而后者主要由升華界面的溫度(對應的水蒸汽飽和壓力)和箱內的水蒸汽分壓所決定。因此,要使干燥過程具有“再現性”,擱板的溫度、干燥箱的壓力(真空度)和其水蒸汽分壓這三個參數進行“過程控制”,才能使批與批間的制品具有相同的凍干條件和同樣的質量。

  

  下面從“過程再現”的角度分別介紹目前所采用的擱板溫度,干燥箱內壓力(真空度)和水蒸汽分壓的控制。

  

  一、擱板溫度的控制生物醫藥冷凍干燥機均用電加熱,利用控制電加熱的通斷,可以方便地控制加熱量和溫度。一般采用兩種方式。

  

  1、  階梯式升溫即將升溫階段分成若干區段,在每區段開始時接通加熱器升溫。當擱板(介質)溫度達到該段值上限時,切斷加熱器,保溫到該段時間結束,再轉入下區段的升溫。此種方式中每區段擱板的升溫速率不進行控制,但因制品升溫滯后于擱板的升溫,因此制品的升溫速率與預定的接近。

  

  2、  跟蹤式升溫根據制品要求的升溫速率,制定出擱板升溫速率曲線,將實測的擱板升溫速率與對應時刻要求的升溫速率曲線相比較,確定加熱器的通斷時間比例,并不斷修正這個比例使實際升溫曲線跟蹤要求的升溫曲線,這種方式能較準確的進行過程控制。

  

  二、箱內壓力(真空度)的控制過去人們調控箱內壓力的目的,主要在于提高箱內壓力,可以提高升華界面允許的最高溫度和供熱量,從而可加快干燥的速度。引入“過程再現性”的觀點以后,人們還要用能否獲得“相同的凍干條件”來重新審視這些方法的優劣。箱內壓力調控的方法主要有:1、 校下漏孔法這是目前多數生物、醫藥凍干機所采用的方法,它是基于提高干燥塔速率而提出來的。其方法是將無菌空氣(或氣體,下同)引入干燥箱和冷阱,在冷阱的冷凝表面上形成一層空氣膜,因而水蒸汽的凝結阻力增大,冷阱壓力提高,同時使干燥箱的壓力也相應提高。

  

  圖2-7外部摻氣控制的模式圖這種方法提高了干燥箱的全壓,改善了傳熱條件和提高了升華界面的最高允許溫度,而水蒸汽分壓稍低,有得水蒸汽的逸出,因此可以提高升華速率。

  

  但是:①熱傳導真空計的標度與氣體成份有關,空氣進入箱內后,其氣體成分不斷變化,特別是解吸干燥階段與升華階段箱內氣體成分差別較大,引起較大的測量誤差。

  

  ②此種方法是利用降低冷阱的冷凝效率來提高箱內壓力的,在開始升華階段有大量的水蒸汽需要捕捉,冷阱效率的降低無疑阻礙了升華速率的進一步提高,因此實際使用中多用于升華后期和解吸干燥初期。

  

  ③此外這種方法在冷阱入口若氣流速度大,冷凝面上聚集的空氣膜不斷被沖走,因而水蒸汽容易被捕捉凝結:而在氣流后段空氣比例越來越多,凝結阻力越來越大,因而結冰較少。這種凝結表面結冰的不均勻,甚至可能造成冷阱入口處的氣道阻塞。

  

  2.  調節真空泵能力法它也是基于提高干燥速率而采用的。其辦法是降低真空泵的抽氣能力或關閉真空泵,使漏入的和從制品中揮發出來的不凝性氣體逐步聚集在冷阱中,以降低冷凝效率,從而提高了冷阱的壓力和干燥箱的壓力。這種方法提高了箱內全壓,改善了傳熱條件和升華界面的允許溫度,因而對提高升華速率是有效的,且停真空泵還可以降低運行費用。但熱功當量傳導真空計會出現較大測量誤差,僅控制全壓在一范圍內,造成全壓和水蒸汽分壓控制的不確定性。此外,冷阱結冰也不均勻,其進口處可能造成阻塞。

  

  3. 節流調壓法對于分離型冷凝器是可能的方式,限制干燥箱與冷凝器間的真空管道的開度,將干燥發生的水蒸氣在管道的流路中用閥門、擋板等進行節流,調節水蒸氣流路的阻力系數,用升華的水蒸汽在箱內的集存量來控制箱內壓力表,實現控制干燥箱真空度。在升華階段箱內全壓和水蒸汽分壓基本相等,因此,這種方法既控制了全壓也控制了水蒸汽分壓,加上擱板溫度的控制,可實現批與批間凍干條件的再現,冷阱的結冰也較均勻。在第一階段干燥水蒸氣發生期可利用這一方法。

  

  這一方法的優點是:第一,僅由箱體發生的水蒸氣來控制,沒有重新從外部導入氣體,所以不需要外部氣體的過濾以及氣體無菌性的驗證。第二、由于在真空管道中將水蒸氣氣體排除掉,冷凝器健全地工作能夠充分發揮其作用。第三,由于在真空管道中將水蒸氣氣體節流來控制真空度,因此,有充分地真空儲蓄。所以即使在最壞情況負荷時停電發生的情況下,與摻氣控制的情況不同不會立即發生干燥箱真空度的變化。在冷凝器室的真空壓力劣化到干燥箱真空壓的一半為止,干燥箱的真空度保持不變。

  

  其主要問題是:① 由于箱內水蒸汽分壓不能過高,使其全壓也不能進一步提高,這對受傳熱限制階段(如升華前期)增強傳熱不利;②在解吸干燥階段,解吸了販水蒸汽量很少,節流操作困難。加之此時又希望箱內水蒸汽分壓小,以利于水蒸汽的解吸,所以此法只適合升華階段的調壓。

  

  2-8 變節流真空控制(升華期)

  

  4、 冷阱溫度調壓法即用調控冷阱的溫度以控制冷阱的壓力表,從而控制了干燥箱的壓力。這種方法不是直接控制干燥箱的壓力,而是用冷阱的溫度間接控制箱內壓力表。在穩定的水蒸汽流時,箱內壓力與冷阱壓力和冷阱溫度之間均存在某種確定的依從關系,因而其控制是可行的。例如解吸干燥階段,新產生的水蒸汽量較少,冰層亦沒有顯著變化。但在升華階段,升華的水蒸汽流量在不斷變化,冰層厚度亦在不斷變化,這將引起冷阱溫度與冷阱壓力之間依從關系的變化,使其對箱內壓力控制帶來不確定性。
Christ凍干機售后維修

  

  此外要實現冷阱溫度的控制,還需要采用載冷介質間接制冷循環,而這對要求-60℃左右低溫的冷阱來說,由于增加了一道傳熱溫差損失和增加了循環泵功的加熱,大大增加了所需制冷機的容量和運行能耗。日本共和真空技術采用三重熱交換器冷阱,利用冷熱抵消,較好的實現了冷阱溫度的控制。

    

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