一種真空噴霧冷凍干燥設備和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種真空噴霧冷凍干燥設備和方法，用于藥廠無菌凍干車間，屬于真空冷凍干燥技術領域。
【背景技術】
[0002]如圖1所示，常規冷凍干燥工藝在常壓下將待凍干液體盛放于容器內放置在水平擺放的板層100上，板層100先制冷將待凍干液體凍成冰塊，液體從室溫(25°C )降到-40°C通常超過30分鐘，是一種慢凍技術，對于非溶液態分布的物料液體(例如混懸液、乳化液)，容易發生物質沉降、液體分層；而且慢凍易發生冰晶生長，都不利于冷凍干燥。液體預凍后，常規凍干機將容器抽成真空，再通過板層加熱使冰塊中的水通過升華的方式去除。因為干燥過程中物料始終是靜置的，只有底部小范圍區域與板層接觸，傳熱效果差干燥時間長；靜置的物料上表面最先干燥，干燥層逐漸向凍結層下降，在這一階段，干燥層成為凍結層升華氣體向外擴散的阻礙，傳質效果差，進一步延長了干燥時間；此外，靜置物料的干燥對板層溫度均勻性也提出了很高的要求。
[0003]公開號為US20130118026A1的美國專利公開了一種噴霧凍干技術，其是將待凍干液體從容器上方用噴嘴噴下，另一組噴嘴噴射冷媒(液態氮氣，沸點_196°C )，待凍干液滴下落過程中與冷媒接觸換熱，速凍后形成冰顆粒，制冷階段容器內為常壓或正壓。干燥階段通過攪拌器攪拌容器底部的物料，并通過容器底部的帶夾套錐壁加熱對物料進行干燥。
[0004]另有一種速凍技術是將液氮置于容器底部，待凍干液體從上方噴下或滴下，穿過液氮低溫區進行速凍。冷凍干燥工藝被廣泛應用在(但不限于)制藥工業中，其制品對潔凈的、無菌的制藥工藝有著嚴格要求。以上兩種速凍技術都使用冷媒(液氮)與物料直接接觸制冷，其潔凈度、無菌性難以保證，并且冷媒換熱后汽化，重新制成液態需消耗極大能量，直接排放則容易造成浪費和污染。
[0005]綜上所述，如何提高冷凍干燥中待凍干液體的冷凍及干燥的速率，更重的是如何在該工藝過程中保證制品的潔凈度與無菌性，避免藥品受污染的風險，并且降低能耗減少對環境的污染，成為了本領域技術人員亟待解決的問題。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種真空噴霧冷凍干燥設備和方法，以解決的是傳統冷凍干燥中待凍干液體慢凍效率低、影響凍干產品質量，靜置干燥效率低，并避免速凍過程中使用冷媒接觸物料易對其產生污染，而且能耗大造成浪費并污染環境的技術問題。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供一種真空噴霧冷凍干燥設備，其特征在于，包括:用于在真空噴霧冷凍干燥過程中容納物料的密閉的容器；用于將待凍干液體霧化分散為液滴并噴入所述的容器中的霧化噴嘴；用于在真空噴霧冷凍造粒階段在容器中形成真空環境使所述的液滴中的部分組分汽化吸熱進而使液滴降溫凍結形成顆粒，并在干燥階段維持所述的真空環境的真空系統；以及用于在真空噴霧冷凍造粒階段制冷以避免所述的顆粒中的部分組分融化并在干燥階段提供所述的顆粒中的部分組分的升華熱量的調溫夾套。
[0008]優選地，所述的液滴中的部分組分為水，所述的顆粒中的部分組分為冰。
[0009]優選地，所述的真空噴霧冷凍干燥設備還包括用于在真空噴霧冷凍造粒階段將汽化后的所述的液滴的部分組分冷凝和/或在干燥階段將升華后的所述的顆粒中的部分組分冷凝的冷凝裝置；所述的容器內設有用于在真空噴霧冷凍造粒階段轉動以避免所述的凍結形成的顆粒團聚成冰塊，以及在干燥階段轉動使所述的顆粒上下翻滾與所述的容器的內壁換熱并使升華氣體從顆粒之間的縫隙逸出的攪拌槳，所述的攪拌槳位于容器的下部。
[0010]更優選地，所述的攪拌槳通過連接軸和電機連接。
[0011]更優選地，所述的冷凝裝置為制冷夾套和冷凝器中的一種或其組合，所述的制冷夾套設于所述的容器上部的外側，制冷夾套的內部通有冷媒，所述的冷凝器設于所述的容器外，并與所述的容器連接。
[0012]進一步地，所述的真空系統包括真空栗，所述的容器設有連接口 ；當所述的冷凝裝置為制冷夾套時，所述的真空栗通過管道連接所述的容器的連接口，所述的管道上設有閥門；當所述的冷凝裝置為冷凝器或制冷夾套和冷凝器的組合時，所述的冷凝器通過管道連接所述的容器的連接口，所述的真空栗通過另一管道連接冷凝器，所述的冷凝器與所述的容器的連接口之間的管道上設有閥門。
[0013]更進一步地，所述的容器的連接口上設有過濾網。
[0014]進一步地，所述的制冷夾套具有冷媒入口和冷媒出口，所述的冷媒入口和冷媒出口分別連接冷媒循環管路的兩端，所述的冷媒循環管路上設有流體栗和用于對冷媒進行降溫的熱交換器；所述的調溫夾套內通有調溫流體，所述的調溫夾套具有調溫流體入口和調溫流體出口，所述的調溫流體入口和調溫流體出口分別連接調溫流體循環管路的兩端，所述的調溫流體循環管路上設有流體栗和用于調節調溫流體溫度的熱交換器和加熱器。
[0015]更進一步地，所述的熱交換器連接制冷系統。
[0016]更進一步地，所述的制冷系統為壓縮機。
[0017]進一步地，所述的制冷夾套的截面為矩形，以環繞所述的容器的上部一圈的形式設置；或者，所述的制冷夾套的截面為半圓形，以螺旋狀環繞所述的容器的上部若干圈的形式設置，所述的制冷夾套內的冷媒可以是硅油。
[0018]進一步地，所述的調溫夾套的截面為矩形，以環繞所述容器的下部一圈的形式設置；或者，所述的調溫夾套的截面為半圓形，以螺旋狀環繞所述容器的下部若干圈的形式設置，所述的調溫夾套內的調溫流體可以是硅油。
[0019]優選地，所述的液滴在容器內不與冷媒直接接觸。
[0020]優選地，所述的容器為密閉容器，上部為筒形，下部為錐形。
[0021]優選地，所述的霧化噴嘴連接密閉的配液管道，所述的配液管道上設有管道流量調節閥。
[0022]優選地，所述的容器的底部設有用于排出干燥物料的出料閥，所述的出料閥可與收料裝置連接。
[0023]優選地，所述的容器的頂壁和上部側壁的外側設有至少一個用于震落物料的振動器。
[0024]更優選地，所述的振動器由氣體活塞驅動振動或電機驅動振動。
[0025]優選地，所述真空噴霧冷凍干燥設備還包括將潔凈水引入所述的密閉容器內進行清洗，及將消毒劑引入所述的密閉容器內進行滅菌的清洗滅菌系統，所述消毒劑可以是無菌純蒸汽。
[0026]優選地，所述的真空噴霧冷凍干燥設備還包括用于對真空噴霧冷凍干燥過程進行程序自動控制的控制系統，所述的控制系統包括可編程邏輯控制器(PLC)和計算機(PC)中的至少一個。
[0027]本發明還提供了一種真空噴霧冷凍干燥方法，其特征在于，采用上述的真空噴霧冷凍干燥設備，包括:
[0028]步驟1:真空噴霧冷凍造粒階段:先利用真空系統將所述的密閉的容器抽到一定的真空度，然后利用霧化噴嘴將待凍干液體霧化分散為液滴并噴入容器，所述的液滴中的部分組分在真空環境中汽化吸熱使液滴溫度下降，所述的冷凝裝置將汽化后的所述的液滴中的部分組分凝結進而維持所述的容器內的真空度，液滴溫度持續下降直至凍結形成顆粒，這一階段所述的調溫夾套制冷以避