干燥设备报道:冷冻干燥工艺的原理及应用

  • 2021-06-22 13:11:16
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1冷冻干燥原理物质中所含水分以两种方式存在:(1)游离水即机械结合水和物化结合水*(2)结构水,即以化学结合方式存在于物料的组织中。冷冻干燥主要是升华游离水,而不是结构水。升华游离水是先将它冻结成冰,然后在真空中加热升华。是水的三相图,OA是水和水蒸汽的平衡曲线,OC是冰和水蒸汽的平衡曲线,OB是冰和水的平衡曲线。当压力增加时,冰的熔点降低。0是三相平衡点,表示在这个温度和压力时,冰、水、汽三相同时共存。此时它的精确温度是0.0098.(近似0.01.),压强为610.5Pa.显然,当压强低于610.5Pa时,不管温度如何变化,只有固态和气态。压力和温度低于三相点时,物质可由固相不经液相直接变为气相,这个过程即为升华。例如将-40.冰面上的压力降低到1.33Pa,则水即从固态的冰直接变为水蒸汽。同理,如将-40 7的冰在13.33Pa时加热到-20.,也能发生升华现象。

所以在此条件下升高温度或降低压力都可打破两相平衡,使整个系统朝着冰转变为水蒸汽的方向进行,冷冻干燥就是根据这个原理,使冰不断变成水蒸汽,将水蒸汽抽走*后达到干燥的目的。

邓凯顺(1972-),男,工程师,主要从事药品生产与2冻干产品的配方研究对于给定某一物质时,首先应了解其结构与特点,测定其共晶点温度,这一温度可以根据产品在预冻干过程中电阻变化率来确定,或者采用热分析法通过绘制冷却曲线来确定,然后根据共晶温度判断是否需要加入添加剂(包括赋形剂、稳定剂等),如果需要加添加剂,考虑加入何种物质和加入量。冻干后,进行外观、水分等项目观察与测定,逐渐修改处方和重复试验,至指标相似或相同为止。设计方法如所示:冻干工艺确定流程冷冻干燥工艺3.1产品的预冻预冻必须在升华干燥前把所有产品冻实。预冻温度低于共晶点107左右即可,对于无条件检测共研究工作。熔点的企业可将*低温度定为-35 7左右,预冻时冻于样品*<*测共晶点确定工艺间一般在2*4h之间。

这一阶段要考虑到冻干产品的质量和冻干的经济性,需要对降温速率进行控制,因为产品冻干后的外观与预冻过程中降温快慢有关。如慢冻后晶格较大,冰晶呈六角对称型,有利于提高冻干效率;而速冻则呈树枝不规则成型或呈球型,间隙小,升华时阻力大,不利于冻干。因此这一阶段所形成的晶型结构要合理,易升华,并且确保冷冻的产品温度在共熔点温度以下,产品完全冻实,否则真空升华时,会发生沸腾或鼓泡现象。例如氨苄西林钠和哌拉西林较易干燥,要满足质量要求,装料后要快速降至共熔点以下温度冻结;头孢唑林钠、头孢哌酮钠晶型小,干燥较为困难,由于冻结时结晶较快,晶型小,干燥过程粉子易爆起,使干燥时间延长,不仅造成产品中白点增多,且浪费能源。

%.2升华干燥升华干燥,即**阶段干燥。升华前必须在30min内使冷凝器温度达到-40 -以下一般在-50-*为经济)。开启真空泵,然后将冻干箱与冷凝器之间的大蝶阀缓缓打开,待冻干箱内真空度达到10Pa左右转入加热升华干燥。真空度太低会影响升华速率,一般可控制在20*40Pa.开启油加热器,后开循环油泵,使油液在搁板内循环加热。

这一阶段要注意:产品冷冻的温度应低于产品共晶点温度并确保产品冻牢。超过共晶点,将会造成融化降解,色级加深,含量减低,如氨苄西林钠在冻干过程的主干燥阶段一直保持低温状态,二期干燥阶段由于真空度降低,可升高搁板温度使产品温度升高,但必须低于其崩解温度,这样有利于减低残留的少量水分。

3.3解析干燥解析干燥,即第二阶段干燥。该阶段的干燥温度上升到设定的*高温度,各板层制品温度达到加热*高温度,其曲线基本一致,继续保温干燥一段时间,干燥过程即可结束。冻干结束时,以冻干箱内真空度变化幅度,决定产品水分的高低,找出压力升高值和水分的对应关系,即可自动控制产品水分达到要求。若选用冻干机一定,冻干不同产品设定的压力升值相同,产品的水分不同;同一产品加入的料液量不同,要想使产品水分控制相同,压力升值不同。

4冻干曲线冻干曲线是冻干箱板温与时间之间的关系曲线。一般以温度为纵座标,时间为横座标,还可以有产品温度、冷凝器温度、真空度曲线。根据冻干产品的不同性质、冻干机的不同性能,制订出适宜的冻干曲线,它不仅是手工操作冻干机的依据,而且也是全自动控制冻干机操作的依据。

假定某种冻干产品共晶点为-15-,周期为24h,其冻干曲线示意图如所示。

冻干曲线示意图①预冻阶段;②**阶段干燥;④第二阶段干燥;⑤保温阶段(可耐温度)奚念朱。药剂学。北京:人民卫生出版社,1994.李云飞,王成芝。在真空冷冻干燥中冻结温度的测定与分析。低温郭玺权,李宁,陈宁。冻干制剂工艺的探索。药学进展,1999,

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