【分享】冻干设备及选型||基础：冻干机的组成

   冻干机是由冻干箱，冷阱，真空系统，制冷系统，硅油循环系统，气动液压系统，在位清洗系统，在位灭菌系统和电气控制系统等组成。 

冻干机基本构成及设计选型要点   

全功能冻干机的工艺流程

• 首先对冻干箱进行清洗，接着是灭菌，灭菌之后应做漏率检测，它们是压塞波纹管和蘑菇阀波纹管的完整性检测，系统的漏率检测，证明系统真空良好，产品才能进箱。如果冻干机不带在位清洗和在位灭菌系统，则需人工清洗，并用其他合适的方法进行灭菌。 

执行冻干工艺：

• 预备冷冻：产品在进箱操作时，大型冻干机装料时间通常超过2小时以上，为了保护药品的安全需要对箱内药物进行控温保护。在进料操作时，上游时间受设备稳定性及排班时间等因素，会有较大的时间偏差，这个过程在研发时应被验证，且在生产时都应被记录，是药物一致性重要指标，很多厂家缺失这部分工艺流程研究。
• 预冻：在研发的时候需要测定预冻速度对产品有多大的影响，并且在购置设备时需要验证其降温性能。
• 升华：三要素：温度、真空度与时间，三者表现没直接的关系，需要在固定工艺曲线时，借助品温探头进行不断优化。
• 终点判断：压升实验，对设备有非常高的要求，在每次使用前应该测试系统泄漏率。
• 破真空与出料：破真空的气体含水量可能对产品有影响，西林瓶可以压塞，但原料以及特殊包材产品，无法真空压塞时，我们需要验证破真空的气体是否对产品质量有影响，同时可以采用工艺控制来避免潮解影响。

完整的产品循环周期结束。

核心组成部件

1、箱体、冷阱

  冻干箱是冻干机上一个最大的容器，是进行产品预冻和干燥的地方，在冻干箱内安装有一套能制冷和加热的板层，产品就放置在板层上进行预冻和干燥。冻干箱还是一个可以抽成真空的容器，以使产品在真空下进行升华干燥。液压压塞系统可对小瓶进行真空或充氮压塞。冻干箱开有许多接口，以完成各种功能。 

  冷阱是冻干机上第二个大容器，它与冻干箱一样是真空容器。它的内部装有许多可制冷的金属表面，一般是盘管，用于吸附产品中升华出来的水蒸汽，1 克冰在 0.1 毫米汞柱的真空下大约能产生 10000 升体积的水蒸汽，而冷阱又把这 10000 升体积的水蒸汽凝华成 1 克冰霜，所以冷阱是冻干机抽除水蒸汽的“真空泵”。冷阱也有许多接口，以完成各种功能。 

2、真空系统

  真空系统由真空泵，真空容器，真空阀门，真空管道和真空仪表组成。它的功能是使冻干箱和冷阱形成产品升华所需要的真空度。要求真空系统能在 0.5 小时把冻干箱的真空抽到 0.1 毫巴。带在位清洗和灭菌系统的冻干机还配有水环泵，用作清洗和灭菌之后的干燥。

3、制冷系统

   制冷系统通常由单机双级压缩水冷式机组组成，一般是双作用式，即既能通过板式换热器制冷冻干箱的板层，又能直接对冷阱制冷，使冻干箱和冷阱获得必要的低温。标准的配置，制冷系统应在 1 小时使冻干箱的板层温度从室温降到-40℃。在 0.5 小时使冷阱从室温降到-40℃。 

4、循环系统

   硅油循环系统主要由循环泵，电加热器和板式换热器组成，通过间接制冷和加热实现对冻干箱内板层的温度控制。冻干箱板层的最高温度 80℃，加热系统一般应每分钟使板层温度升高 1℃。 

5、气动液压

   气动系统由气动二联件，管路，气动换向阀及气动阀门组成，用作各种气动阀门的开闭和门锁机构等。液压系统由液压站和液压缸等组成，用作小瓶的箱内压塞和蘑菇阀的开闭或门锁机构，大型冻干机的液压系统还用作产品的进箱和出箱，另外液压系统还配合冻干箱在清洗时作板层的升降运动，以使清洗更彻底。 

6、在位清洗、在位灭菌

▲带在位清洗和在位灭菌系统的系统图

  在位清洗（CIP）系统由清洗泵和安装在冻干箱和冷阱内的一系列管道和喷嘴组成，作用是完成对冻干箱，板层和冷阱的自动清洗。并且配有水环真空泵，用作清洗后的干燥之用，为了防止清洗水漏入无菌室内，冻干箱的箱门应有锁紧装置。 

   在位灭菌（SIP）系统用于冻干箱、冷阱和放气过滤器的灭菌之用，在位灭菌系统的冻干箱和冷阱必须是压力容器，必须按压力容器的设计要求和制造要求进行设计和制造，材料和设备必须能耐受灭菌时的压力和温度的要求；冻干箱必须有箱门锁紧装置。为了灭菌之后的干燥也需要配备水环泵，较大型号的冻干机还要有冷却水夹套，用于灭菌之后的冷却之用。 

7、控制系统

   电气控制系统由电源柜，控制柜和电脑（PC 机）组成。电源柜是强电柜，安装主开关、空气开关或熔断器、控制变压器、交流接触器、热继电器和固态继电器等，控制柜是弱电柜，安装模拟图、记录仪表、可编程序控制器（PLC）、手动支持系统等。PC 机可以安装在远离冻干机的地方，对冻干机进行控制成监视。电气控制系统可以完成对冻干机的各种手动和自动控制。 

结语  

  冻干机的价差非常大，设备配置及加工过程成本都有极大的价差，接下来我们会对冻干机的每个关键部件与产品间的关系，每个核心部件会有哪些需要关注的指标，后期会逐一和大家分享。研发人员可以在开发产品的时候，做相对应的产品测试和验证；工程人员在产业化时也可以提出合适用户需求以及验证要求，这都需要用户对自己产品有非常深度的了解同时掌握冻干设备的核心要素，质量源于设计，才能选择到合适自己的设备。