原创：我的冻干笔记

本文是蒲公英小一班微信群一位朋友，学习了《真空冷冻干燥技术》，自己做的笔记，与大家共享：

我对冷冻干燥技术的原理、冻干机组成、冻干参数、冷冻干燥的程序、影响冷冻干燥过程的因素、冻干制品不合格现象和解决方法的学习心得。

第一节    冷冻干燥技术原理

干燥是保持物质不腐败变质的方法之一。干燥的方法有许多，如晒干、煮干、烘干、喷雾干燥和真空干燥等。但这些干燥方法都是在0℃以上或更高的温度下进行。干燥所得的产品，一般是体积缩小、质地变硬，有些物质发生了氧化，一些易挥发的成分大部分会损失掉，有些热敏性的物质，如蛋白质、维生素会发生变性。微生物会失去生物活力，干燥后的物质不易在水中溶解等。因此干燥后的产品与干燥前相比在性状上有很大的差别。而冷冻真空干燥法不同于以上的干燥方法，产品的干燥基本上在0℃以下的温度进行，即在产品冻结的状态下进行，直到后期，为了进一步降低干燥产品的残余水分含量，才让产品升至0℃以上的温度，但一般不超过40℃。

溶剂效应

在药物化学合成中涉及到的有机反应，许多都需要溶剂存在下才能进行。加入溶剂往往不仅是为了改善反应物料的传质和传热，而且由于许多溶剂分子还能与反应试剂的微粒相互作用，围绕这些微粒形成溶剂膜，从而能够改变微粒的自由能和电子结构。溶剂的这种作用将对反应速率产生影响，有时还会改变反应历程和定向。因此，溶剂的使用是关键。

溶液：溶液是由至少两种物质组成的均一、稳定的混合物，被分散的物质（溶质）以分子或更小的质点分散于另一物质（溶剂）中。

溶质，溶液中被溶剂溶解的物质。溶质可以是固体：如溶于水中的糖和盐等、液体：如溶于水中的酒精等、或气体：如溶于水中的氯化氢气体等。

溶剂（solvent）广义指在均匀的混合物中含有的一种过量存在的组分。狭义地说，在化学组成上不发生任何变化并能溶解其他物质（一般指固体）的液体；或者与固体发生化学反应并将固体溶解的液体。溶解生成的均匀混合物体系称为溶液，在溶液中过量的成分叫溶剂；量少的成分叫溶质。

溶剂也称为溶媒，即含有溶解溶质的媒质之意。但是在工业上所说的溶剂一般是指能够溶解固体化合物（这一类物质多数在水中不溶解）而形成均匀溶液的单一化合物或者两种以上组成的混合物，这类除水之外的溶剂称为非水溶剂或有机溶剂，水、液氨、液态金属、元机气体等则称为无机溶剂。

冻干就是把含有大量水分物质，预先进行降温冻结成固体，然后在真空的条件下使水蒸汽直接升华出来。而物质本身留剩在冻结时的冰架子中，因此它干燥后体积不变，疏松多孔。在升华时冻结产品内的冰或其它溶剂要吸收热量。引起产品本身温度的下降而减慢升华速度，为了增加升华速度，缩短干燥时间，必须要对产品进行适当加热。整个干燥过程是在较低的温度下进行的。

冻干有下列优点：

⑴冻干在低温下进行，因此对于许多热敏性的物质特别适用。如蛋白质、微生物之类不会发生变性或失去生物活力。因此在医药上得到广泛地应用。

⑵在低温下干燥时，物质中的一些挥发性成分损失很小，适合一些化学产品、药品和食品干燥。

⑶在冻干的过程中，微生物的生长和酶的作用无法进行，因此能保持原来的性状。

⑷由于在冻结的状态下进行干燥，因此体积几乎不变，保持了原来的结构，不会发生浓缩现象。

⑸干燥后的物质疏松多孔，呈海绵状，加水后溶解迅速而完全，几乎立即恢复原来的性状。

⑹由于干燥是在真空下进行，氧气极少，因此一些易氧化的物质得到了保护。

⑺冻干能排除95-99％以上的水分，使干燥后产品能长期保存而不致变质。

因此，冷冻干燥目前在医药工业、食品工业、科研和其他部门得到广泛的应用。

第二节  　冻干机的组成

产品的冷冻干燥需要在一定装置中进行，这个装置叫做真空冷冻干燥机或冷冻干燥装置，简称冻干机。

冻干机按系统分，由制冷系统、真空系统、冷热媒介系统和控制系统四个主要部分和CIP/SIP系统、自动进出料系统、气动液压系统组成。按结构分，冻干箱（或称干燥箱）、冷凝器（或称水汽凝结器）、制冷机组、真空泵组和各类阀门、电气测量、控制元件等组成。

冻干箱内的搁板能够制冷到-55℃左右，又能够加热到+80℃或箱体升温121℃以上的高低温箱，也是一个能抽成真空的密闭容器。它是冻干机的主要部分，需要冻干的产品就放在箱内分层的金属板层上，对产品进行冷冻，并在真空下加温，使产品内的水分升华而干燥。

冷凝器同样是一个高低温的真空密闭容器，在它的内部有一个较大表面积的金属吸附面，吸附面的温度能降到-40℃～-70℃以下，并且能维持这个低温范围。冷凝器的功用是把冻干箱内产品升华出来的水蒸气冻结吸附在其金属表面上。

冻干箱、冷凝器、真空管道、阀门、真空泵等构成冻干机的真空系统。真空系统要求没有漏气现象，真空泵是真空系统建立真空的重要部件。真空系统对于产品的迅速升华干燥是必不可少的。

制冷系统由制冷机与冻干箱、冷凝器内部的管道等组成。制冷机可以是互相独立的二套或以上，也可以合用一套。制冷机的功用是对板层和冷凝器进行制冷，以产生和维持它们工作时所需要的低温，它有直接制冷和间接制冷二种方式。

冷热媒介系统对于不同的冻干机有不同的热传导方式。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板层的温度控制。冻干箱板层的最高温度80℃，有的是利用直接电加热法；有的则利用中间介质来进行热传导，由一台泵(或加一台备用泵)使中间介质不断循环。冷热媒介系统的作用是对冻干箱内的产品进行加热，以使产品内的水分不断升华，并达到规定的残余含水量要求。

控制系统由各种控制开关，指示调节仪表及一些自动装置等组成，由电源柜，控制柜和个人电脑（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）、手动操作系统等。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。它可以较为简单，也可以很复杂。一般自动化程度较高的冻干机则控制系统较为复杂。控制系统的功用是对冻干机进行手动或自动控制，操纵机器正常运转，以使冻干机生产出合乎要求的产品来。

气动液压系统：

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清洗时作板层的升降运动，以使清洗更彻底。

CIP/SIP系统：

在位清洗（CIP）系统由清洗泵和安装在冻干箱、冷阱内的一系列管道和喷嘴，冻干箱门应有锁紧装置组成。

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、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；冻干箱门配置门锁紧装置。为了灭菌之后的干燥也需要配备水环泵，较大型的冻干机要有冷却水夹套，用于灭菌之后的快速冷却之用。

自动进出料系统：自动上料和卸料系统分为：平板式、移动小车、传送带式三类。系统所使用的材料必须符合无菌卫生等级的需要，边框和外包必须是316L不锈钢，导向杆，传动轮等非金属材料一般使用超高量聚乙烯体。在位清洗和在位消毒是大多数有关无菌制品生产设备的特征，其中涉及到所有的设计必须避免有清洗与消毒的死角，所有表面都必须能被完全的清洗与消毒。冻干机自动装料和卸料系统一般所采用的方法是用蒸汽或过氧化氢蒸汽对设备进行消毒，并保证能放入物质的无菌。

未完待续，下一篇：我的冻干笔记（2）