冻干机搁板温度均勾性验证

引言

冻干机设备在各项指标验证过程中,搁板温度的均匀性是一项重要的验证内容。产品局部工艺条件的潜在差异可能与被干燥物放置在冻干机内不同的位置有关。搁板若存在温度分布不均匀现象,产品在冻结处理的过程中就很可能出现冻结率不均一的现象,导致产品部分没有实现完全冻结,从而导致产品在干燥时也出现不均一的现象,甚至造成部分产品的温度超过了共融温度,导致冻干处理失败。由此可见,在产品冻干处理过程中,必须充分保证同一个搁板不同点之间的温度保持一致,且还要保证不同搁板各个点之间的温度保持均匀。

1冻干验证试验设备

本次研究主要针对Lyo-20型冻干机进行验证。该冻干机设置的搁板数量为11+1,搁板尺寸为1200mm×1490mm×16mm,搁板总面积为20.45m2,搁板间距为100mm,主要使用AIsI316L不锈钢制作而成。该冻干机制冷系统包括两台22kw的MYCoM螺杆式制冷压缩机、swEP的板式换热器和硅油循环系统。制冷剂为R404A,硅油采用DowCorning200(R）F1uid,50CsT.。硅油循环泵采用GRUNDFos双头屏蔽泵,加热器采用42kw的电加热器。加热方式为不锈钢U型管浸入式加热,固态继电器采用比例控制方式,制冷方式采用制冷剂与硅油在板式换热器中进行热交换的方式。

在该冻干机搁板温度均匀性验证过程中,主要应用Kaye温度验证仪(整体系统不确定性为0.078℃,k=1）。在测试前,需先完成测温用Kaye测试探头的前校准工作,按被验证设备冻干机搁板温度均匀性精度要求允差≤士1.0℃,测温探头通常情况下仪器允差应≤士0.33℃或士0.2℃。IRTD温度标准以及低温干井也是验证过程中必备的设备。

2验证方法

(1）首先,冻干机每块搁板板层上各放置5个热电偶进行布点采集,一般按四个角和中心点布置,如图1所示。

(2）准备两台Kaye温度验证仪、5个sIM盒、不少于55根的Kaye温度验证仪热电偶(即测温探头）,对冻干机11块搁板进行同步温度数据的采集。在Kaye温度验证仪中设定setup(设置）,测定点为(-40℃、0℃、40℃）:选择温度探头类型为TYPETTC(0.01）:计算结果全选:纠偏前允许偏差为1.0℃:纠偏后可接受偏差为0.5℃:IRTD的稳定性标准为0.012℃保持2min,温度探头的稳定性标准为0.2℃保持3min:Kaye采集频率设置为20s,保存为setup。

按规定连接好Kaye温度验证仪,确认Kaye测试探头已按要求插到干井后,调用设定好的setup,按Kaye温度验证仪操作规程可自动完成测试用Kaye探头的前校准工作。

(3）在具体验证过程中,按要求选取了搁板上55个不同的点位对其均匀性进行验证,验证过程中主要设置了-40℃、0℃、40℃3个测试温度点,将冻干机程序进行合理编辑后让其完成自动测量。当搁板温度达到事先设定的温度测定点后,还需要保证实际温度达到平衡才能开始对搁板温度进行数据采集,而这一过程由Kaye温度验证仪来完成对各个温度测定点实际温度数值数据的采集,在完成温度数据采集后,Kaye温度验证仪已将这些数据实时存储到验证仪中。通常情况下,按采样周期为1min分别完成各板层温度均匀性采集数据详细报告、总结报告及温度曲线报告打印。

（4）冻干机上的11块搁板按照自上往下顺序编号,按每块搁板5个点进行布点采集,共同组成55个测量点。在具体验证过程中,对每个热电偶均进行编号,每个测试用Kaye热电偶必须牢固在各自铜块螺孔内,确保每个热电偶Tc传感器顶端与铜块孔内表面有良好接触,并在配备了热电偶的铜块与搁板的接触面上涂刷真空脂,如需要可对各铜块采取适当措施给予固定,使其不发生位移。

完成验证后,Kaye温度验证仪及其测试温度的热电偶需进行后校验,以确认这些热电偶在整个测试使用期间能够准确测量温度。

3验证结果分析

通过验证仪采集的数据可以发现,热电偶在不同温度设定值下,55个不同的采样点最大的温度偏差达到了1.7℃,在此情况下产生最大板层温度偏差值均小于±0.9℃,从统计数据可以发现,冻干机搁板和板间温度均匀性的温度偏差值都没有超过±1℃。

而通过采样点实际数据进行分析对比后可以发现,在不同的温度设定值情况下,当搁板温度达到均衡时,同一个采集点上产生的温度最大偏差值要比不同采样点上产生的温度偏差值小很多。

取设定温度值为40℃时,对其采样点在不同温度采集时段内的数据进行对比可以发现,在相同时间段内,整个搁板上55个取样点产生的最大温度差值达到1.7℃,在时间不断推移的情况下,搁板温度逐渐趋于平衡,在此情况下,所有搁板上55个温度采样点之间的温差也会逐渐缩小,最小的温差值达到了0.3℃。

通过上述验证过程可知,在本次验证过程中冻干机搁板实际温度均匀性指标完全达到了冻干机设计要求,完全能够满足药品生产的实际需求。

在此情况下,本文主要针对影响搁板温度均匀性的各种因素进行了分析。

（1）搁板设计及制造因素。本次验证过程中冻干机搁板主要利用AIsI316L不锈钢通过焊接制造,在搁板内部设置了实现流体循环的通道,不同隔板之间主要通过并联的方式实现流体循环,所有搁板内部的流道长度以及流体流动过程中受到的阻力都是相同的,为搁板的温度保持均匀提供了基础。另外,在隔板加工制作过程中必须充分保证其表面满足±0.5mm的平整度要求。

（2）正确选择循环系统部件。主要是选择导热油、循环泵等。其中对于导热油,要充分保证导热油具有较宽的温度适应范围,且充分保证其低温性能,导热油的凝固点要低,但是其沸点以及比热要高,热稳定性要好,不能出现吸收空气中水分的现象,保证其无毒且不具备腐蚀性和挥发性等。鉴于此,通常情况下都会选择黏度较低的硅油。针对循环泵的选择,主要看其是否能够适应低温环境,且泵的扬程要达到实际应用要求。

（3）控制系统。控制系统的程序编制、温度探头的设置位置以及相关的温度仪表选择,都会对搁板温度均匀性产生较大的影响。

除上述因素外,还有很多因素会对冻干机搁板温度均匀性造成影响。

4结语

综上所述,本文验证主要针对冻干机搁板设置了温度采样点,充分利用了Kaye温度验证仪对各个温度采集点信号进行同步采集,通过验证可以发现,该冻干机满足板层温度均匀性小于±1℃的要求,符合生产实际标准要求。在冻干机实际应用过程中,必须要对冻干机搁板温度的均匀性进行严格验证,这样才能保证其满足实际生产需求,为药物生产提供基本保障。