热敏性药品的干燥

沈善明

（上海三明蒸发干燥研究所，上海 200232）

热敏性药品的干燥

沈善明

（上海三明蒸发干燥研究所，上海 200232）

冷冻干燥过程中深度冷冻所得的冰晶，在后期还得利用20～30℃ 甚至更高的加热温度使之干燥，于是，产生为何不在20~30℃ 快速传热直接真空干燥药品湿滤饼，从而部分替代冷冻干燥机，达到节省投资和节能减排目的。

冷冻干燥；冰晶升华；滤饼直接干燥

1 概述

节能减排已是世界性话题，我们国家的节能减排任务要比工业发达国家艰巨得多。由于我们国家的干燥技术落后，热敏性药品干燥设备选型往往存在高耗能高投资的情况。例如：节能的双锥真空干燥机因没能兼顾低的干燥温度和快速干燥时间，于是，一些高热敏性药品只能去求助投资昂贵和运转费用大的冻干干燥。

众所周知，单纯的冷冻达不到干燥的目的，在冻干过程中，药品中的水分被深度冷冻成冰晶后进行干燥，整个冻干过程可分成二个阶段。第一阶段冰晶吸收热量直接升华成水蒸汽，水蒸汽在冷凝器内凝华成冰霜，在第一阶段约可干燥去除90%水分。然后进入第二阶段，为了将剩余的10%左右水份除去，必须升温至20～30℃进行真空干燥。在此阶段就必须借助冻干机的加热系统，提供20～30℃甚至更高的温度使水分干燥。于是，就产生某些热敏性药物能否直接采用20～30℃温度进行真空干燥，来替代价格昂贵的冷冻干燥的设想。

冷冻干燥具有将固体湿料或其水溶液在低温和高真空条件下直接得到干燥固体的方便，特别对热敏性物料更具破坏小的优点，但是，冷冻干燥又存在如下的不足：

—能耗高；

—设备投资大；

—干燥时间长；

—生产能力小。

冷冻干燥过程中，物料干燥方式有瓶装和盘装两种，瓶装冻干的干燥水分能力极小，仅适用于价格昂贵和热敏性极高的药物，对于生产能力稍大的热敏性药物的冷冻干燥，一般采用料盘方式干燥，药品湿饼需要用手工操作摊放在料盘中，干燥产品用手工卸出料盘。手工操作易产生操作性污染和药品粉尘污染环境。

传统双锥真空干燥机（以下简称双锥）属间接真空加热式动态干燥机，理论上讲可进行20～30℃低温度干燥，应该可作热敏性药品的低温干燥。可双锥存在以下几个问题：

(1)因结构原因，大型化时加热面积的增加远远小于容积的增加，如：容积为100L和5000L双锥的加热面积分别是1.1 m2和18 m2，折合到每立方米容积所含的加热面积，就分别是11m2/m3和3.6 m2/m3。显然100L双锥单位容积所含有的加热面积比5000L的大了3倍。这就说明，大型化双锥很难供大型化生产干燥使用。

(2)现热敏性产品干燥的热源都采用热水显热加热，传热系数低，故影响干燥效率。

(3)双锥依靠很厚的锥体壁进行加热干燥，由于不锈钢的热阻是碳素钢热阻的5倍，单位面积耗用的不锈钢量多而传热效率却很低。

(4)双锥旋转结构中设机械式摩擦密封件[1,2]，因密封件处于无润滑干摩擦恶劣工作条件，摩擦磨损难免，摩擦产生的磨损异物又必然被吸入双锥体内去污染正在干燥的药品。如果干燥的是供直接分装粉针的药品，其危害性之大可想而知。

由于双锥存在上述问题，双锥就很难发挥低温真空干燥高热敏药品的应有作用。

鉴于上述情况，为达到低温快速干燥，只要能为干燥机提供足够大的热交换面积，就可以弥补大幅度降低干燥温度带来的问题，就能将热敏性药品滤饼直接进行20～30℃左右的低温加热真空干燥。为了最大限度减少手工操作带来的污染机会，要求此干燥设备能像双锥一样一次性投料和密闭卸干燥产品。更要在机械真空密封件上下功夫，绝不能产生磨损异物去污染药品，将可能导致污染药品的机会消灭在药品干燥机的设计环节中。

替代冻干干燥的更安全、经济、高效动态真空干燥机的目的和方向有了，就紧跟着积极投入到开发研究中去。

2 开发安全、经济、高效热敏性药品干燥机

针对双锥存在的问题，开发出了我们命名为“单锥真空干燥机”。它的结构如图1、2所示。

图1 单锥真空干燥机结构示意图

图2 单锥真空干燥机结构

它由蒸汽进口、蒸汽凝水出口、蒸汽旋转活接头、蒸汽凝水总管、左轴承座、左旋转轴、蒸汽加热夹套、内筒体、人孔、内加热板、尾气过滤板、尾气抽气管、右轴承座、右旋转轴、驱动链轮、驱动机、抽气管固定座和抽气口等组成。其特点是：内筒体一端为椭圆形封头另一端则为锥形体两部分构成，蒸汽夹套筒体两端全由椭圆形封头构成，内筒体内设多块薄形内加热板，左右旋转轴设在内外筒体的旋转平衡中心，左右旋转轴支承在左右轴承座上，驱动机驱动右旋转轴上的链轮并推动筒体向一个方向旋转；在平行于旋转轴中心线上设宽度等于人孔直径，并和上下两人孔贯通的维修清洗通道，在维修清洗通道两侧设多块垂直于清洗通道的内加热板，蒸汽和蒸汽凝水通过内加热板两侧蒸汽凝水联通口和蒸汽加热夹套联通；由固定柱固定的尾气抽气管穿过右旋转轴和右旋转轴内的“O”形密封件进入内筒体，进入内筒体在略向上弯尾气抽气管末端设与内加热板平行的尾气过滤板，尾气最后经抽气口抽出；加热蒸汽经旋转活接头上的蒸汽进口和蒸汽凝水总管进入加热夹套，蒸汽凝水则经蒸汽凝水总管和蒸汽旋转活接头上的蒸汽凝水出口排出。

表1 传统双锥各种容积规格的加热面积

表2 单锥各种容积规格的加热面积

表3 传统双锥和单锥各种规格的F/V值

由结构图知，内筒体一端采用椭圆形封头，而另一端采用锥形体，兼可增加内筒体的容积和内加热板的面积，又不失锥形体卸干燥产品时的快捷干净。加热外夹套两端全采用受力好的椭圆形封头，并使夹套内有较大的容积储存和缓冲低温饱和水蒸汽，有利于稳定加热蒸汽的温度。

3 单锥真空干燥机（以下简称单锥）与传统双锥的技术经济性比较

3.1 加热面积F(m2)和F(m2)/V(m3)比较

因增设了内加热板，单锥拥有的加热面积比双锥大幅度增加，传统双锥各容积规格的加热面积如表1所示，而单锥各容积规格（扣除内加热板后的容积）的加热面积如表2所示，将表1，2各换算到单位容积含有的加热面积，就得到表3所示F/V值。无论是传统双锥或单锥等间接加热干燥机，热交换面积的大小能反映这干燥机的干燥能力。单位容积V(m3)拥有的加热面积F（m2）能比较直观地反映一台间接加热干燥机的能力和效率。

3.2 低温饱和水蒸汽和热水作热源的比较

单锥在作≤100℃热敏性产品干燥时，采用30~100℃低温饱和水蒸汽作热源。与常规双锥的热水加热比较，饱和水蒸汽潜热加热不存在热水显热加热那样进出口温度差。这几度进出口温度差对加热温度本来已很低的热敏干燥来说影响不能算小，所以，采用饱和水蒸汽加热赢得了增加几度温度差的好处，饱和水蒸汽加热的传热系数还比热水加热高不少。另外，可直接利用蒸汽加热夹套作低温饱和水蒸汽的发生器，免除了传统双锥热水加热所必需的热水槽、热水泵和热水管道一整套累赘，并且还能节省不少设备投资。

3.3 真空密封件的改进

传统双锥真空密封件中采用O形密封圈，由于该O形密封圈处于无润滑干摩擦条件下的连续旋转操作，密封圈磨损产生磨损异物污染药品是难免的，为了排除密封结构产生污染隐患，单锥采用无隐患式O形圈密封件结构，虽然采用了同样的O形密封圈，由于改变了密封件的结构，当产生磨损异物和漏气时，磨损异物只能被吸往真空泵方向，异物不再会落入锥体内去污染药品。

作为干燥药品用旋转动态真空干燥机存在产生磨损异物污染药品的结构性污染隐患，事实上凡利用机械密封件的旋转动态真空药机设备，都可能存在类似问题，故这些药机设备的密封件污染隐患问题都应该得到妥善处理。

3.4 以最少不锈钢材量提供最大的热交换面积

传统双锥仅靠双锥体壁面提供热交换面积。由于双锥体受力原因，双锥体壁厚都在6~12 mm，容积规格越大壁厚越厚，而它的F/V值反而越小。对于热敏性产品干燥机，从0.5~10 m3各种规格干燥机，它们的内加热板壁厚均为3 mm，只是各规格双锥筒体壁厚的1/4~1/2，即单位热交换面积所耗用的不锈钢材量可节省1/2~3/4。单锥真空干燥机的F/V值比传统双锥大1~3倍，而1~3倍的加热面积全为内加热板，虽然单锥不锈钢筒体的壁厚与传统双锥一样，但各种规格单锥真空干燥机总加热面积平均不锈钢用量就大幅度下降，只是传统双锥的二分之一左右。

4 单锥真空干燥机可以替代部分热敏性药物的冷冻干燥，对于要求较高的热敏性药品干燥仍可求助于冷冻干燥

单锥具有的加热面积和热交换条件均优于冷冻干燥，单锥的F/V值可以达到10 m2/m3，单锥处于旋转真空动态干燥条件，所以，在同样的真空度和加热温度条件下，具有很大加热面积单锥干燥停留时间要比冰晶升华短得多。更重要的是单锥一次性加料比料盘人工加料和布料简单快捷，特别是干燥后产品可进行密闭条件下一次性卸料，人工操作性污染机会要少得多，自然产品质量更有保证。

我们期待单锥真空干燥机能早日为高热敏性药品部分替代冻干干燥，为我国的热敏性药物干燥贡献一份力量。

单锥真空干燥机技术已申请专利（专利号：20101022678·1）。

[1] 沈善明. 制药设备轴密封的防污染对策 [J]. 医药工程设计, 1997,18(2): 3.

[2] 沈善明. 真空旋转密封件与双锥真空干燥机 [J]. 医药工程设计,2005, 26(6): 6.

Drying of Heat Sensitive Drugs

Shen Shanming
( Shanghai San Ming Distillation and Drying Research Institute Shanghai, 200232 )

The crystal produced from deep refrigeration in freeze drying process should be heated under 20~30 ℃ or more so as to be further dried. It may be possible for wet filtered drug cake to be directly dried in vacuum under 20~30 ℃ so that freeze drying machine can be partly replaced. In this way, the investment can be reduced in large scale and the objective of energy saving and emission reduction can be reached.

freeze drying; sublimation of crystal; direct drying of filtered cake

TQ051. 8+92

A

1008-455X(2010)-06-0001-04

2010-07-22

沈善明（1930-）男，高级工程师，主要从事化学工程设计和研究工作。

Tel：(021)54350296 E-mail: shenshanming@yahoo.com