技术文章
一、需求分析
1. 应用场景
实验室研发:适用于少量样品的初步冻干研究,对精度、数据记录和灵活性要求较高,可选择小型台式或立式冻干机。
中试生产:用于工艺放大验证,需满足中等规模的样品处理需求,可选择中试机型。
工业化生产:大规模、连续性生产,需满足高产能、低能耗和合规性要求。制药行业需符合GMP、FDA认证。
2. 冻干物料特性
若冻干物料为高沸点溶剂、生物活性物质,或对冻干效率和产品质量要求较高,需选择低温冷阱温度(-80℃及以下)的冻干机。对于常规样品的冻干操作,可优先考虑中温冷阱温度(-50℃至-60℃)的机型。一般冷阱越低耗电量越大,需要根据自身产品评估。
3. 生产规模
小规模生产:可选择小冻干面积(0.1-0.5平方米)的机型,成本较低、灵活性高,适宜小规模实验研究以及珍贵样品的处理。
大规模生产:需选择大冻干面积(2平方米以上)的机型,以满足大规模、连续性生产的要求。
采购前确认每批要处理多少公斤湿料量,从而决定搁板面积和冷阱捕冰量,才能选择合适的冻干机。
4. 预算范围
需在预算范围内选择性价比高、技术进步快、服务响应快的设备厂家。
二、设备选型
1. 冷阱温度与捕水能力
冷阱温度越低,捕水能力越强,设备成本随之增加。处理高沸点溶剂、生物活性物质,或者追求更高冻干效率与产品质量时,应选用低温冷阱温度(-80℃及以下)的冻干机;若仅进行常规样品的冻干操作,可优先考虑中温冷阱温度(-50℃至-60℃)的机型。
冷阱的凝冰量需达到日处理量的1.2倍,防止频繁化霜。
2. 冻干面积
根据冻干产品生产规模选择不同冻干面积的机型。小冻干面积(0.1-0.5平方米)的机型适合小规模实验研究;大冻干面积(2平方米以上)的机型适合大规模生产。
3. 干燥舱类型根据物料特性选择合适的干燥舱类型。少量样品的初步冻干研究可选用普通型干燥舱;批量处理多个小样品进行对比研究等可选择多歧管型干燥舱;对冻干后样品的长期保存要求较高则推荐压盖型冻干机。
4. 真空泵
对于冻干效率要求高且样品对油污染不太敏感的情况,可选择旋片式真空泵(油泵);对于对真空环境纯净度要求很高的实验室,则应考虑采用隔膜真空泵(干泵/杂交泵)。
真空泵的极限真空度是体现冻干机性能的重要参数,一般要求极限真空度≤5Pa。
5. 控制系统
优先选择支持冻干曲线编程的机型,具备智能化控制系统的冻干机可实时显示冻干过程参数并自动记录,设定、修改及有效地执行冻干工艺程序,且最好具备通讯接口,便于数据采集、保存。
6. 其他参数
降温速率:体现制冷系统的制冷能力,在空载情况下,冷阱温度应在1小时内达到指标规定的zui低温度。
搁板温度均匀性:优质冻干机搁板温差应≤±1℃,是医药级是硬性要求,避免样品冻干不均导致活性损失。一般食品级可放宽到 ≤±3℃,相应设备成本也低,但需与工艺开发团队确认是否影响外观塌陷。
能耗:选择能耗较低的设备,如采用混合工质制冷技术的冻干机。
尺寸和重量:考虑冻干机的尺寸和重量,确保能够适应实验室或生产车间的空间和设备要求。
扩展兼容性:验证是否支持西林瓶压盖、多歧管连接等功能,以满足不同实验和生产需求。