凍干機(jī)擱板溫度均勾性驗(yàn)證

引言

凍干機(jī)設(shè)備在各項(xiàng)指標(biāo)驗(yàn)證過(guò)程中,擱板溫度的均勻性是一項(xiàng)重要的驗(yàn)證內(nèi)容。產(chǎn)品局部工藝條件的潛在差異可能與被干燥物放置在凍干機(jī)內(nèi)不同的位置有關(guān)。擱板若存在溫度分布不均勻現(xiàn)象,產(chǎn)品在凍結(jié)處理的過(guò)程中就很可能出現(xiàn)凍結(jié)率不均一的現(xiàn)象,導(dǎo)致產(chǎn)品部分沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全凍結(jié),從而導(dǎo)致產(chǎn)品在干燥時(shí)也出現(xiàn)不均一的現(xiàn)象,甚至造成部分產(chǎn)品的溫度超過(guò)了共融溫度,導(dǎo)致凍干處理失敗。由此可見(jiàn),在產(chǎn)品凍干處理過(guò)程中,必須充分保證同一個(gè)擱板不同點(diǎn)之間的溫度保持一致,且還要保證不同擱板各個(gè)點(diǎn)之間的溫度保持均勻。

1凍干驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)備

本次研究主要針對(duì)Lyo-20型凍干機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證。該凍干機(jī)設(shè)置的擱板數(shù)量為11+1,擱板尺寸為1200mm×1490mm×16mm,擱板總面積為20.45m2,擱板間距為100mm,主要使用AIsI316L不銹鋼制作而成。該凍干機(jī)制冷系統(tǒng)包括兩臺(tái)22kw的MYCoM螺桿式制冷壓縮機(jī)、swEP的板式換熱器和硅油循環(huán)系統(tǒng)。制冷劑為R404A,硅油采用DowCorning200(R）F1uid,50CsT.。硅油循環(huán)泵采用GRUNDFos雙頭屏蔽泵,加熱器采用42kw的電加熱器。加熱方式為不銹鋼U型管浸入式加熱,固態(tài)繼電器采用比例控制方式,制冷方式采用制冷劑與硅油在板式換熱器中進(jìn)行熱交換的方式。

在該凍干機(jī)擱板溫度均勻性驗(yàn)證過(guò)程中,主要應(yīng)用Kaye溫度驗(yàn)證儀(整體系統(tǒng)不確定性為0.078℃,k=1）。在測(cè)試前,需先完成測(cè)溫用Kaye測(cè)試探頭的前校準(zhǔn)工作,按被驗(yàn)證設(shè)備凍干機(jī)擱板溫度均勻性精度要求允差≤士1.0℃,測(cè)溫探頭通常情況下儀器允差應(yīng)≤士0.33℃或士0.2℃。IRTD溫度標(biāo)準(zhǔn)以及低溫干井也是驗(yàn)證過(guò)程中必備的設(shè)備。

2驗(yàn)證方法

(1）首先,凍干機(jī)每塊擱板板層上各放置5個(gè)熱電偶進(jìn)行布點(diǎn)采集,一般按四個(gè)角和中心點(diǎn)布置,如圖1所示。

(2）準(zhǔn)備兩臺(tái)Kaye溫度驗(yàn)證儀、5個(gè)sIM盒、不少于55根的Kaye溫度驗(yàn)證儀熱電偶(即測(cè)溫探頭）,對(duì)凍干機(jī)11塊擱板進(jìn)行同步溫度數(shù)據(jù)的采集。在Kaye溫度驗(yàn)證儀中設(shè)定setup(設(shè)置）,測(cè)定點(diǎn)為(-40℃、0℃、40℃）:選擇溫度探頭類型為TYPETTC(0.01）:計(jì)算結(jié)果全選:糾偏前允許偏差為1.0℃:糾偏后可接受偏差為0.5℃:IRTD的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)為0.012℃保持2min,溫度探頭的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)為0.2℃保持3min:Kaye采集頻率設(shè)置為20s,保存為setup。

按規(guī)定連接好Kaye溫度驗(yàn)證儀,確認(rèn)Kaye測(cè)試探頭已按要求插到干井后,調(diào)用設(shè)定好的setup,按Kaye溫度驗(yàn)證儀操作規(guī)程可自動(dòng)完成測(cè)試用Kaye探頭的前校準(zhǔn)工作。

(3）在具體驗(yàn)證過(guò)程中,按要求選取了擱板上55個(gè)不同的點(diǎn)位對(duì)其均勻性進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證過(guò)程中主要設(shè)置了-40℃、0℃、40℃3個(gè)測(cè)試溫度點(diǎn),將凍干機(jī)程序進(jìn)行合理編輯后讓其完成自動(dòng)測(cè)量。當(dāng)擱板溫度達(dá)到事先設(shè)定的溫度測(cè)定點(diǎn)后,還需要保證實(shí)際溫度達(dá)到平衡才能開(kāi)始對(duì)擱板溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,而這一過(guò)程由Kaye溫度驗(yàn)證儀來(lái)完成對(duì)各個(gè)溫度測(cè)定點(diǎn)實(shí)際溫度數(shù)值數(shù)據(jù)的采集,在完成溫度數(shù)據(jù)采集后,Kaye溫度驗(yàn)證儀已將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到驗(yàn)證儀中。通常情況下,按采樣周期為1min分別完成各板層溫度均勻性采集數(shù)據(jù)詳細(xì)報(bào)告、總結(jié)報(bào)告及溫度曲線報(bào)告打印。

（4）凍干機(jī)上的11塊擱板按照自上往下順序編號(hào),按每塊擱板5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行布點(diǎn)采集,共同組成55個(gè)測(cè)量點(diǎn)。在具體驗(yàn)證過(guò)程中,對(duì)每個(gè)熱電偶均進(jìn)行編號(hào),每個(gè)測(cè)試用Kaye熱電偶必須牢固在各自銅塊螺孔內(nèi),確保每個(gè)熱電偶Tc傳感器頂端與銅塊孔內(nèi)表面有良好接觸,并在配備了熱電偶的銅塊與擱板的接觸面上涂刷真空脂,如需要可對(duì)各銅塊采取適當(dāng)措施給予固定,使其不發(fā)生位移。

完成驗(yàn)證后,Kaye溫度驗(yàn)證儀及其測(cè)試溫度的熱電偶需進(jìn)行后校驗(yàn),以確認(rèn)這些熱電偶在整個(gè)測(cè)試使用期間能夠準(zhǔn)確測(cè)量溫度。

3驗(yàn)證結(jié)果分析

通過(guò)驗(yàn)證儀采集的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),熱電偶在不同溫度設(shè)定值下,55個(gè)不同的采樣點(diǎn)最大的溫度偏差達(dá)到了1.7℃,在此情況下產(chǎn)生最大板層溫度偏差值均小于±0.9℃,從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),凍干機(jī)擱板和板間溫度均勻性的溫度偏差值都沒(méi)有超過(guò)±1℃。

而通過(guò)采樣點(diǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比后可以發(fā)現(xiàn),在不同的溫度設(shè)定值情況下,當(dāng)擱板溫度達(dá)到均衡時(shí),同一個(gè)采集點(diǎn)上產(chǎn)生的溫度最大偏差值要比不同采樣點(diǎn)上產(chǎn)生的溫度偏差值小很多。

取設(shè)定溫度值為40℃時(shí),對(duì)其采樣點(diǎn)在不同溫度采集時(shí)段內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),在相同時(shí)間段內(nèi),整個(gè)擱板上55個(gè)取樣點(diǎn)產(chǎn)生的最大溫度差值達(dá)到1.7℃,在時(shí)間不斷推移的情況下,擱板溫度逐漸趨于平衡,在此情況下,所有擱板上55個(gè)溫度采樣點(diǎn)之間的溫差也會(huì)逐漸縮小,最小的溫差值達(dá)到了0.3℃。

通過(guò)上述驗(yàn)證過(guò)程可知,在本次驗(yàn)證過(guò)程中凍干機(jī)擱板實(shí)際溫度均勻性指標(biāo)完全達(dá)到了凍干機(jī)設(shè)計(jì)要求,完全能夠滿足藥品生產(chǎn)的實(shí)際需求。

在此情況下,本文主要針對(duì)影響擱板溫度均勻性的各種因素進(jìn)行了分析。

（1）擱板設(shè)計(jì)及制造因素。本次驗(yàn)證過(guò)程中凍干機(jī)擱板主要利用AIsI316L不銹鋼通過(guò)焊接制造,在擱板內(nèi)部設(shè)置了實(shí)現(xiàn)流體循環(huán)的通道,不同隔板之間主要通過(guò)并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)流體循環(huán),所有擱板內(nèi)部的流道長(zhǎng)度以及流體流動(dòng)過(guò)程中受到的阻力都是相同的,為擱板的溫度保持均勻提供了基礎(chǔ)。另外,在隔板加工制作過(guò)程中必須充分保證其表面滿足±0.5mm的平整度要求。

（2）正確選擇循環(huán)系統(tǒng)部件。主要是選擇導(dǎo)熱油、循環(huán)泵等。其中對(duì)于導(dǎo)熱油,要充分保證導(dǎo)熱油具有較寬的溫度適應(yīng)范圍,且充分保證其低溫性能,導(dǎo)熱油的凝固點(diǎn)要低,但是其沸點(diǎn)以及比熱要高,熱穩(wěn)定性要好,不能出現(xiàn)吸收空氣中水分的現(xiàn)象,保證其無(wú)毒且不具備腐蝕性和揮發(fā)性等。鑒于此,通常情況下都會(huì)選擇黏度較低的硅油。針對(duì)循環(huán)泵的選擇,主要看其是否能夠適應(yīng)低溫環(huán)境,且泵的揚(yáng)程要達(dá)到實(shí)際應(yīng)用要求。

（3）控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的程序編制、溫度探頭的設(shè)置位置以及相關(guān)的溫度儀表選擇,都會(huì)對(duì)擱板溫度均勻性產(chǎn)生較大的影響。

除上述因素外,還有很多因素會(huì)對(duì)凍干機(jī)擱板溫度均勻性造成影響。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述,本文驗(yàn)證主要針對(duì)凍干機(jī)擱板設(shè)置了溫度采樣點(diǎn),充分利用了Kaye溫度驗(yàn)證儀對(duì)各個(gè)溫度采集點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行同步采集,通過(guò)驗(yàn)證可以發(fā)現(xiàn),該凍干機(jī)滿足板層溫度均勻性小于±1℃的要求,符合生產(chǎn)實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)要求。在凍干機(jī)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,必須要對(duì)凍干機(jī)擱板溫度的均勻性進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)證,這樣才能保證其滿足實(shí)際生產(chǎn)需求,為藥物生產(chǎn)提供基本保障。