冻干设备发展趋势的分析

国内外生产冻干设备的厂家和使用冻干设备的用户都在逐年增多，冻干设备的种类、功能和质量也在不断的发展变化，很难用统一的标准去衡量冻干设备。通常，按冻干设备的使用特性大致分成五类：小型实验室用冻干机、大型实验室用冻干机、中试型冻干机、医药用冻干机和食品用冻干机。作为这几年应用冻干设备较多的制药工业来说，从本文对各类冻干设备发展趋势的分析中可寻找到其技术潮流，对设备选择与应用会有所帮助。

1 小型实验室用冻干机的发展趋势

小型实验室用冻干机的冻干面积应该在0.01～0.1 m2之间，冷凝器的抽水能力在1～4 kg左右，冷凝器表面温度一般在-55 ℃左右。国内的生产厂家都没有突破这个指标，虽然德国的MARTIN CHRIST公司样本上标称zui低温度可达-85～-105 ℃，但没有见到产品。
小型实验室用冻干机的冻干室的形状基本大同小异，多为圆形有机玻璃钟罩，有的还接有歧管，以备装接旋冻烧瓶。搁板上均不带制冷，有的能加热，有的不能加热。另外，有些冻干机具有压塞功能。几种简单的结构形式。
这种冻干机应将制冷与加热功能配备齐全，由于实验用冻干机多为研究之用，所测之数据应该准确可信，因此配备的测量仪表，精度要高。又由于研究的结果往往都要发表论文，一般均需给出冻干工艺曲线，因此冻干设备具有自动记录和打印功能。

2 大型实验室用冻干机的发展趋势

大型实验室用冻干机的冻干面积一般在0.11～0.5 m2之间，冷凝器的抽水能力在5～20 kg左右，冷凝器的温度应该在-50～-85 ℃之间。
美国Labconco公司生产的冻干面积为0.38 m2的大型实验室用冻干机照片，该机有自动程序控制，可设置存储多个冻干程序，能方便研讨和设定冻干曲线。其搁板温度在-34～+40℃之间，具有压盖功能。图3是一种国产冻干面积为0.4 m2冻干机的照片，该机搁板温度在-60～+80℃范围内可调，具有程序控制、设定冻干曲线、保存、查看和打印冻干温度、真空度等数据的功能。这两种机型的共同缺点是可靠性不够好。例如，江南大学购置的Labconco公司的产品，其制冷和加热介质的软管爆裂，实验室满地污油，没人及时维修；东北大学购置国产设备制冷系统压缩机损坏，测量元件损坏，控制系统元件损坏，这台设备两年来都不能正常运转，这是学校全国公开招标，*投标厂家的产品。
既然是实验室用冻干机，除可靠性要求外，功能性要求会更重要。小型实验机装物料少，冻干失败时其损失会小一些，而大型实验用冻干机装物料多，冻干失败损失就大。因此，需要有取样机构，即水分在线测量装置。一种取样机构。而图5为一种重量法在线测量水分的装置，国内产品上还没有见到这种功能的设备。

3 中试型冻干机的发展趋势

中试型冻干机主要用于试生产，为大型冻干机准备生产用的冻干工艺（冻干曲线）。医药工业所用中试型冻干机的规格、性能与大型实验室用冻干机基本相同，用户可根据自己生产的产品要求，简化功能，降低成本。而食品工业所用中试型冻干机冻干面积可达1.5 m2，但制冷温度可稍高一些。
一般搁板温度在-45℃左右即可。有些产品可不在干燥箱中冷冻，如果用户无冷库，可在冻干机旁配置冷冻箱。食品用中试冻干机不需要压盖装置。这些简化的目的都是降低成本，节约能源，经济实用，其实这也是各类冻干机的发展趋势。

4 医药工业生产用冻干机的发展趋势

国内外医药工业生产用冻干机功能都比较齐全，压盖、在线清洗、消毒灭菌、测温、测压、全自动控制等功能都很好。但是，其缺少在线测水分功能，冻干终点判断功能有时还不可靠，同对循环压力法冻干控制功能不全。
为提高冻干产品产量，降低成本，国外已经采用了连续式冻干设备和冻干分离型冻干设备，还发展了冻干造粒设备以及与其它干燥方法相结合的冻干设备。
为适应连续式冻干设备的需要，还设计了自动装料与卸料装置，提高了生产效率，降低了辅助时间。冻干分离型连续式冻干机上药瓶装在篮子中并送到冷冻系统入口的照片，将添装完产品的玻璃瓶置于篮子中，并传送到冷冻系统的入口处。篮子被缓慢地自动降低浸入LN2液槽中，然后一步一步地在系统中传输。在系统出口处，篮子将自动被吊起并由手工装载到已经预冷到≤-60 ℃的冷冻干燥机搁板上。产品离开冷冻槽时的温度大约为-80 ℃。
国内医药工业用冻干机品种还比较单一，尚未发现有连续式冻干机设备。然而，医药用冻干机除清洗、消毒灭菌之外，真空泵对药品和周围环境会造成污染，因此采用无油干式真空泵，既能防止泵油反流污染药品，又能保证冻干机周围环境清洁。此外，医药用冻干机多采用传导式加热方式，为提高热效率，对瓶装物料应采用平底瓶，对散装物料，应设计装料盘的结构，以利于热传导。

5 食品工业用冻干机的发展趋势

为提高冻干食品的产量，大食品冻干机已经做到了单台具有200 m2冻干面积，估计不会再做大了，国外没查到有这么大的冻干机。同样为提高冻干食品的产量，国外发展的是各种连续式冻干设备，主要有隧道式、圆盘刮板式、回转式和垂直冷冻式等类型，还有与其它类干燥设备结合在一起的连续式冻干设备，例如与喷雾干燥结合在一起的冻干设备，与振动流动干燥结合在一起的冻干设备，一种水平振动流动真空冷冻干燥设备。而国内到目前为止，只见到过一台连续式冻干机，但销售情况并不好。
食品工业用冻干机多数采用辐射加热的方式，干燥机示意图热效率较低。因此，提高搁板的发射率，减少搁板周边的热损失，增加装料盘的吸收率，都是节能的重要措施。

6 结束语

上述五种冻干设备的发展趋势是各有千秋，应该说，试验类冻干机应该向功能齐全，测量参数准确，提高自动化水平方向发展；生产类冻干机应该向连续式、大生产能力方向发展。总之，各种类型冻干机都应该向节能、降耗、节水、防污染、保护环境、提高可靠性方向发展。