一種真空噴霧冷凍干燥設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種真空噴霧冷凍干燥設(shè)備和方法，用于藥廠無菌凍干車間，屬于真空冷凍干燥技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]如圖1所示，常規(guī)冷凍干燥工藝在常壓下將待凍干液體盛放于容器內(nèi)放置在水平擺放的板層100上，板層100先制冷將待凍干液體凍成冰塊，液體從室溫(25°C )降到-40°C通常超過30分鐘，是一種慢凍技術(shù)，對(duì)于非溶液態(tài)分布的物料液體(例如混懸液、乳化液)，容易發(fā)生物質(zhì)沉降、液體分層；而且慢凍易發(fā)生冰晶生長，都不利于冷凍干燥。液體預(yù)凍后，常規(guī)凍干機(jī)將容器抽成真空，再通過板層加熱使冰塊中的水通過升華的方式去除。因?yàn)楦稍镞^程中物料始終是靜置的，只有底部小范圍區(qū)域與板層接觸，傳熱效果差干燥時(shí)間長；靜置的物料上表面最先干燥，干燥層逐漸向凍結(jié)層下降，在這一階段，干燥層成為凍結(jié)層升華氣體向外擴(kuò)散的阻礙，傳質(zhì)效果差，進(jìn)一步延長了干燥時(shí)間；此外，靜置物料的干燥對(duì)板層溫度均勻性也提出了很高的要求。
[0003]公開號(hào)為US20130118026A1的美國專利公開了一種噴霧凍干技術(shù)，其是將待凍干液體從容器上方用噴嘴噴下，另一組噴嘴噴射冷媒(液態(tài)氮?dú)猓悬c(diǎn)_196°C )，待凍干液滴下落過程中與冷媒接觸換熱，速凍后形成冰顆粒，制冷階段容器內(nèi)為常壓或正壓。干燥階段通過攪拌器攪拌容器底部的物料，并通過容器底部的帶夾套錐壁加熱對(duì)物料進(jìn)行干燥。
[0004]另有一種速凍技術(shù)是將液氮置于容器底部，待凍干液體從上方噴下或滴下，穿過液氮低溫區(qū)進(jìn)行速凍。冷凍干燥工藝被廣泛應(yīng)用在(但不限于)制藥工業(yè)中，其制品對(duì)潔凈的、無菌的制藥工藝有著嚴(yán)格要求。以上兩種速凍技術(shù)都使用冷媒(液氮)與物料直接接觸制冷，其潔凈度、無菌性難以保證，并且冷媒換熱后汽化，重新制成液態(tài)需消耗極大能量，直接排放則容易造成浪費(fèi)和污染。
[0005]綜上所述，如何提高冷凍干燥中待凍干液體的冷凍及干燥的速率，更重的是如何在該工藝過程中保證制品的潔凈度與無菌性，避免藥品受污染的風(fēng)險(xiǎn)，并且降低能耗減少對(duì)環(huán)境的污染，成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種真空噴霧冷凍干燥設(shè)備和方法，以解決的是傳統(tǒng)冷凍干燥中待凍干液體慢凍效率低、影響凍干產(chǎn)品質(zhì)量，靜置干燥效率低，并避免速凍過程中使用冷媒接觸物料易對(duì)其產(chǎn)生污染，而且能耗大造成浪費(fèi)并污染環(huán)境的技術(shù)問題。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種真空噴霧冷凍干燥設(shè)備，其特征在于，包括:用于在真空噴霧冷凍干燥過程中容納物料的密閉的容器；用于將待凍干液體霧化分散為液滴并噴入所述的容器中的霧化噴嘴；用于在真空噴霧冷凍造粒階段在容器中形成真空環(huán)境使所述的液滴中的部分組分汽化吸熱進(jìn)而使液滴降溫凍結(jié)形成顆粒，并在干燥階段維持所述的真空環(huán)境的真空系統(tǒng)；以及用于在真空噴霧冷凍造粒階段制冷以避免所述的顆粒中的部分組分融化并在干燥階段提供所述的顆粒中的部分組分的升華熱量的調(diào)溫夾套。
[0008]優(yōu)選地，所述的液滴中的部分組分為水，所述的顆粒中的部分組分為冰。
[0009]優(yōu)選地，所述的真空噴霧冷凍干燥設(shè)備還包括用于在真空噴霧冷凍造粒階段將汽化后的所述的液滴的部分組分冷凝和/或在干燥階段將升華后的所述的顆粒中的部分組分冷凝的冷凝裝置；所述的容器內(nèi)設(shè)有用于在真空噴霧冷凍造粒階段轉(zhuǎn)動(dòng)以避免所述的凍結(jié)形成的顆粒團(tuán)聚成冰塊，以及在干燥階段轉(zhuǎn)動(dòng)使所述的顆粒上下翻滾與所述的容器的內(nèi)壁換熱并使升華氣體從顆粒之間的縫隙逸出的攪拌槳，所述的攪拌槳位于容器的下部。
[0010]更優(yōu)選地，所述的攪拌槳通過連接軸和電機(jī)連接。
[0011]更優(yōu)選地，所述的冷凝裝置為制冷夾套和冷凝器中的一種或其組合，所述的制冷夾套設(shè)于所述的容器上部的外側(cè)，制冷夾套的內(nèi)部通有冷媒，所述的冷凝器設(shè)于所述的容器外，并與所述的容器連接。
[0012]進(jìn)一步地，所述的真空系統(tǒng)包括真空栗，所述的容器設(shè)有連接口 ；當(dāng)所述的冷凝裝置為制冷夾套時(shí)，所述的真空栗通過管道連接所述的容器的連接口，所述的管道上設(shè)有閥門；當(dāng)所述的冷凝裝置為冷凝器或制冷夾套和冷凝器的組合時(shí)，所述的冷凝器通過管道連接所述的容器的連接口，所述的真空栗通過另一管道連接冷凝器，所述的冷凝器與所述的容器的連接口之間的管道上設(shè)有閥門。
[0013]更進(jìn)一步地，所述的容器的連接口上設(shè)有過濾網(wǎng)。
[0014]進(jìn)一步地，所述的制冷夾套具有冷媒入口和冷媒出口，所述的冷媒入口和冷媒出口分別連接冷媒循環(huán)管路的兩端，所述的冷媒循環(huán)管路上設(shè)有流體栗和用于對(duì)冷媒進(jìn)行降溫的熱交換器；所述的調(diào)溫夾套內(nèi)通有調(diào)溫流體，所述的調(diào)溫夾套具有調(diào)溫流體入口和調(diào)溫流體出口，所述的調(diào)溫流體入口和調(diào)溫流體出口分別連接調(diào)溫流體循環(huán)管路的兩端，所述的調(diào)溫流體循環(huán)管路上設(shè)有流體栗和用于調(diào)節(jié)調(diào)溫流體溫度的熱交換器和加熱器。
[0015]更進(jìn)一步地，所述的熱交換器連接制冷系統(tǒng)。
[0016]更進(jìn)一步地，所述的制冷系統(tǒng)為壓縮機(jī)。
[0017]進(jìn)一步地，所述的制冷夾套的截面為矩形，以環(huán)繞所述的容器的上部一圈的形式設(shè)置；或者，所述的制冷夾套的截面為半圓形，以螺旋狀環(huán)繞所述的容器的上部若干圈的形式設(shè)置，所述的制冷夾套內(nèi)的冷媒可以是硅油。
[0018]進(jìn)一步地，所述的調(diào)溫夾套的截面為矩形，以環(huán)繞所述容器的下部一圈的形式設(shè)置；或者，所述的調(diào)溫夾套的截面為半圓形，以螺旋狀環(huán)繞所述容器的下部若干圈的形式設(shè)置，所述的調(diào)溫夾套內(nèi)的調(diào)溫流體可以是硅油。
[0019]優(yōu)選地，所述的液滴在容器內(nèi)不與冷媒直接接觸。
[0020]優(yōu)選地，所述的容器為密閉容器，上部為筒形，下部為錐形。
[0021]優(yōu)選地，所述的霧化噴嘴連接密閉的配液管道，所述的配液管道上設(shè)有管道流量調(diào)節(jié)閥。
[0022]優(yōu)選地，所述的容器的底部設(shè)有用于排出干燥物料的出料閥，所述的出料閥可與收料裝置連接。
[0023]優(yōu)選地，所述的容器的頂壁和上部側(cè)壁的外側(cè)設(shè)有至少一個(gè)用于震落物料的振動(dòng)器。
[0024]更優(yōu)選地，所述的振動(dòng)器由氣體活塞驅(qū)動(dòng)振動(dòng)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)。
[0025]優(yōu)選地，所述真空噴霧冷凍干燥設(shè)備還包括將潔凈水引入所述的密閉容器內(nèi)進(jìn)行清洗，及將消毒劑引入所述的密閉容器內(nèi)進(jìn)行滅菌的清洗滅菌系統(tǒng)，所述消毒劑可以是無菌純蒸汽。
[0026]優(yōu)選地，所述的真空噴霧冷凍干燥設(shè)備還包括用于對(duì)真空噴霧冷凍干燥過程進(jìn)行程序自動(dòng)控制的控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)包括可編程邏輯控制器(PLC)和計(jì)算機(jī)(PC)中的至少一個(gè)。
[0027]本發(fā)明還提供了一種真空噴霧冷凍干燥方法，其特征在于，采用上述的真空噴霧冷凍干燥設(shè)備，包括:
[0028]步驟1:真空噴霧冷凍造粒階段:先利用真空系統(tǒng)將所述的密閉的容器抽到一定的真空度，然后利用霧化噴嘴將待凍干液體霧化分散為液滴并噴入容器，所述的液滴中的部分組分在真空環(huán)境中汽化吸熱使液滴溫度下降，所述的冷凝裝置將汽化后的所述的液滴中的部分組分凝結(jié)進(jìn)而維持所述的容器內(nèi)的真空度，液滴溫度持續(xù)下降直至凍結(jié)形成顆粒，這一階段所述的調(diào)溫夾套制冷以避