冻干机箱体极限真空升高原因分析

王艳艳　张渺

摘要：在制药生产过程中，真空冷冻干燥机是一种常用设备，真空度是冷冻干燥生产的关键因素之一，冻干机的密封性及真空性能与产品质量密切相关。车间生产用冻干机极限真空升高，会导致产品质量安全存在隐患。为找出导致该现象的原因，结合相关资料，我们进行了一些推测及验证，将冻干机极限真空升高的原因进行了一系列分析。

Abstract： In the pharmaceutical production process， the vacuum freeze dryer is a commonly used equipment. The vacuum degree is one of the key factors in freeze drying production. The tightness and vacuum performance of the freeze dryer are closely related to the product quality. Increasing the ultimate vacuum of freeze dryers used in workshop production will lead to hidden dangers in product quality and safety. In order to find out the cause of this phenomenon， combined with relevant data， we conducted some speculations and verifications， and conducted a series of analysis on the causes of the increase of the ultimate vacuum of the freeze dryer.

关键词：冻干机;真空度;制药生产;原因分析

Key words： freeze dryer;vacuum degree;pharmaceutical production;cause analysis

中图分类号：TQ460.5                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）14-0203-02

0  引言

冷冻干燥，全称为真空冷冻干燥，简称冻干（FD），又称升華干燥、冻结干燥。冷冻干燥是指将被干燥物料低温冻结成固体，然后在低温减压条件下利用水的升华，使物料低温脱水而达到干燥目的的一种干燥方法。冷冻干燥得到的产物称为冻干物，冷冻干燥的过程称为冻干。在制药领域，冷冻干燥就是将药液预先降温冻结成固体，然后在真空的状态下，使水分从固体直接升华成水蒸汽而获得干燥的一种方法。在低温冻干过程中微生物和酶的作用几乎不进行，可较好保持被冻干药物的性状，冻干的药物大多疏松多孔，脱水彻底，药物可以进行长时间的贮存，而且容易重新吸收水分和恢复活性[1]。而冻干机就是完成这一过程的一种设备，冻干机一般由前箱、冷阱、真空系统、制冷系统、液压系统、气动系统、导热油循环系统等组成，冻干机箱体极限真空主要与前箱、冷阱的密封性以及真空系统的抽空性能有关[2-3]。

导致冻干机箱体极限真空升高的原因的排查，我们一般简称为冻干机检漏。冻干机检漏一般遵循“动哪查哪”的原则，即近期对冻干机哪个部位进行了检查维修等操作，就优先检查哪个部位。若该部位检查没有问题或近期没有对冻干机进行过任何检修操作，则需要对冻干机进行全面的、系统的检漏。一般遵循“先易后难”的原则，现就冻干机的全面、系统检漏进行分析。下面就冻干机箱体极限真空升高的可能存在的原因进行分析。

1  冻干机的检漏

1.1 人员操作不规范

1.1.1 冷阱温度未达标即开启真空泵抽空

冷阱盘管不能完全捕捉升华的水汽，水汽被抽入真空泵内，导致真空泵润滑油发生乳化变质，真空泵抽空性能下降。

1.1.2 箱体处于常压状态时直接开启罗茨泵抽空

市面上大多数的罗茨泵不能在大气压下工作，需要有10mm汞柱的预真空才能工作。若经常在常压下直接启动罗茨泵抽空，会导致罗茨泵的转子磨损，降低罗茨泵的抽空性能甚至直接导致罗茨泵损坏。

1.1.3 真空泵气镇阀未关闭

真空泵气镇阀的作用就是减少真空泵内的水汽，冻干机工作时不宜打开，不然会影响极限真空，并增加真空泵油的消耗量。

1.2 箱体干燥不彻底

1.2.1 冻干机进气过滤器内有残余水

冻干机进气过滤器滤芯为疏水滤芯，过气不过水，水蒸气可以通过，而液态水过不来。若冻干机箱体抽空时，滤芯内有残余水，就会一直有蒸发的水汽进入箱体，造成箱体极限真空降不下来，直至滤芯内的水完全蒸发。

1.2.2 冻干机箱体内有残余水

冷阱，又称捕水器，可以将箱体内的水汽冻结在盘管上，避免水汽进入真空泵。冷阱的捕水能力是有限的，当箱体内存在较多的水时，就算盘管的温度达到-45℃，也会有一部分水未凝结。这时，如果开启真空泵对箱体抽空，就会发生箱体极限真空降不下来的现象。严重时甚至会有水汽被抽入真空泵，导致真空泵润滑油乳化、变质，所以，每次生产前一定要保证冻干机箱体干燥彻底。

1.3 阀门管道接口泄漏

1.3.1 接口安装不到位

冻干机箱体、管道、阀门及真空泵的连接，一般都是用密封圈和卡箍进行连接固定，冻干机真空出现问题时需检查所有连接部位密封圈安装是否到位，卡箍是否拧紧。

1.3.2 阀门密封垫破损

氟胶密封垫具有一定的使用壽命，且冻干机经常处于冷热交替的工作环境。密封垫容易老化、破损，影响冻干机箱体极限真空。需定期检查，一旦发现破损立即更换。

1.3.3 管道焊缝存在漏点

真空泵运行时会导致管道震动，冻干机使用年限较长后，管道焊缝处可能出现漏点（概率较小）。这种情况，我们可以对管道进行抽空，然后对疑似泄露处喷洒酒精，观察泵组真空。若泵组真空上升，则说明该处确实存在泄露，需对该管道重新焊接或更换。

1.4 液压杆波纹套破损

液压杆波纹套的作用是将控制板层升降的液压系统油缸活塞杆与冻干机箱体隔离，避免液压油与冻干机箱体接触，造成制品污染。液压杆波纹套破损或连接位置密封圈老化、破损也会导致外界空气进入冻干机箱体，从而引起冻干机箱体极限真空升高。

我们可以通过真空测试的方法对波纹套的完整性进行确认。测试方法：开启真空泵，对泵头进行抽空，泵组真空抽极限真空。开启压塞波纹套验证阀，若在2min之内便可以抽到打开该阀门之前的极限真空，则认为波纹套是完好的[4]。

1.5 真空泵性能下降

1.5.1 真空泵润滑油油位过低或油质较差

真空泵润滑油油位过低或油质较差均会影响真空泵的抽空能力，若存在上述情况，应立即添加或更换润滑油。润滑油油位应不低于二分之一，真空泵润滑油应清澈，无变质、乳化现象。

1.5.2 真空泵长时间使用后，磨损严重

真空泵使用一定年限后，真空泵内的叶片及密封垫等磨损严重。这个属于设备的正常损耗，没有其他办法，需专业人员对真空泵进行维修更换。

1.6 箱门密封不良

1.6.1 箱门密封圈破损

小门经常升降，会对密封圈造成磨损。且压塞会有个别的西林瓶破裂产生玻璃碎片，出箱时也可能造成密封圈划痕，影响密封。所以每批生产结束后需对门封条进行擦拭并检查完整性。

1.6.2 箱门主体变形

冻干机使用工作环境相对复杂，在灭菌阶段要达到121℃左右，之后进行降温保压，由121℃降到室温;冻干过程中冷热交替频繁，温差大;小门由复合材质合成，其形变系数不同。长期处于这种冷热交替的工作环境，容易造成金属疲劳，从而使复合材料发生形变。若小门形变较大，与箱体密封不良，也会导致冻干机极限真空的升高。小门的平整度可用标准直尺进行对比，肉眼观察即可。

1.7 真空规管损坏

真空规管需定期进行校验，校验合格后方可继续使用，且达到使用年限后需进行更换。冻干机极限真空升高也有可能是真空规管不准造成的，需对真空规管进行校验确认。

2  冻干机真空性能测试

2.1 冻干机极限真空性能测试

2.1.1 测试目的

验证冻干机的真空系统能产生符合生产要求的真空性能。

2.1.2 测试方法

确保外部供应正常，冻干机处在常温，箱体和冷阱已彻底排气和排水。箱体大门关闭，所有阀门均正常。启动冻干机手动操作模式，对冷阱降温，冷阱温度低于-45℃时，开启真空泵，对箱体抽空。

2.1.3 可接受标准

等箱体内的真空稳定后，记录极限真空，确认极限真空≤2.7Pa。

2.2 冻干机箱体密封性能测试（真空泄漏率测试）

2.2.1 测试目的

验证冻干机的真空泄漏率满足性能和设计要求。

2.2.2 测试方法[5]：

验证前的工作：确保外部供应正常，冻干机处在常压，箱体已彻底放气和排水。箱门关闭，所有阀门处在非运行的正常状态。前箱抽真空至5Pa以下，关闭前箱所有阀门及真空泵，等待30min观察前箱压力升高的值ΔP。

真空泄漏率计算公式：

ΔP×V÷1800≤0.025Pa·m3/s

（ΔP：为30min压力升高值;V：冻干机箱体内部体积）[3]

2.2.3 可接受标准

真空泄漏率为≤0.025Pa·m3/s。

3  总结

综上所述，冻干机箱体极限真空升高的原因，大致可分为两类，一是箱体泄漏，针对这种情况，我们需要对冻干机的箱体进行全面的、系统化的检漏，包括阀门管道等的连接部位。还有一种就是设备性能下降，比如真空规管损坏导致真空检测不准确、真空泵润滑油变质或叶片磨损导致真空泵抽空能力减弱等，针对这种情况，需要由专业人员对其进行检测维修或者更换。总的来说，当遇到冻干机箱体极限真空升高这种情况，我们一般需要对冻干机进行一次全面的检查，就可能出现的原因进行调查分析，并进行相应的检测、维修以及设备测试，以保障生产过程的顺利进行以及为制药安全生产提供保证。

参考文献：

[1]刘旖旎，陈雨.对药品冷冻干燥技术工艺的研究[J].黑龙江科技信息，2007（8）：181.

[2]王艳艳，王团结，彭敏.常用干燥设备的应用及其选用原则研究[J].机电信息，2017（02）：1-16，27.

[3]史伟勤，楼唯，王一峰.真空冷冻干燥设备节能改进的探讨[J].干燥技术与设备，2010，8（04）：141-144.

[4]姚建林.冻干机压塞波纹保护套的选用及应用研究[J].机电信息，2014（26）：25.

[5]刘东霞.正大天晴药业集团股份有限公司验证文件.