姚建林

（上海東富龍科技股份有限公司，上海 201109）

0 引言

在藥品的冷凍干燥過程中，最大的風(fēng)險是如何保證藥品的均一性，許多敏感藥品會在同一批生產(chǎn)中出現(xiàn)質(zhì)量差異，給藥品的療效帶來影響。造成質(zhì)量差異的主要原因是大小不同的凍干機、不同的環(huán)境、同一臺凍干機不同的板層、同一個板層的不同位置、包材接觸的面積大小導(dǎo)致傳熱不同，以及冷凝器溫度傳質(zhì)效果不同。因此，板層溫度均勻性對凍干藥品的均一性有重要的影響，而板層本身的結(jié)構(gòu)及焊接工藝，均會導(dǎo)致導(dǎo)熱油在熱傳遞過程中的影響不一致，在考慮藥品凍干工藝時，一定要考慮板層溫度的均勻性。因此，企業(yè)每年都要對板層溫度均勻性進(jìn)行驗證確認(rèn)。

1 板層的結(jié)構(gòu)及焊接工藝

板層上面用來存放托盤或西林瓶，用于傳遞熱量，確保凍干產(chǎn)品順利完成凍干的過程。由于板層在壓塞時要承受一定的壓力，故要有足夠的強度防止塑性變形的發(fā)生，要考慮其強度。同時，板層又要滿足一定的平整度要求，一般情況下平整度要達(dá)到＜0.5mm/m的要求。此外，板層表面的粗糙度也要達(dá)到一定的要求，一般均要達(dá)到Ra≤0.4μm。在板層制作過程中，由于焊接變形，焊接后的熱應(yīng)力去除情況顯得非常重要。目前，凍干機的板層結(jié)構(gòu)主要分為塞焊板層、釬焊板層以及鉤子內(nèi)焊板層。

圖1 塞焊式板層結(jié)構(gòu)

1.1 塞焊板層

塞焊板層主要采取上、下2個面板，中間采用加強筋條用于加強和導(dǎo)流，筋條先焊接在下底面板上，筋條的選擇非常重要，筋條不能選用太寬，焊接時下面板先與筋條定位焊接好，采用間斷焊接的形式，同時上面板采用打孔塞焊的形式蓋在筋條上，板層四周邊焊也采用筋條，與板層焊接好，形成一張整齊的板層。塞焊式板層結(jié)構(gòu)如圖1所示。

塞焊板焊接時，由于焊接工作量非常大，焊接前和焊接時均要做好防止焊接變形的工作，其有很多的焊接塞焊點和邊焊的大量焊接工作。因此，塞焊板的板層變形量大，后期必須經(jīng)過整形，通過去除熱應(yīng)力以及采取龍刨加工的形式，確保板層的平整度。

1.2 釬焊板層

采用空心方管的形式，將釬焊料（BNi82CrSiB）用雙頭端面電焊機點焊在空心方管上，保證焊料兩邊均比方管多2 mm。再將焊好焊料的方管兩頭焊在面板上，并使擱條與面板緊密接觸，放在真空釬焊爐里，按照真空釬焊的加工工藝，通過真空和高溫，使上、下面板和方管連接在一起，焊好以后，再進(jìn)行板層四周焊接。真空釬焊式板層結(jié)構(gòu)如圖2所示。

真空釬焊板層由于受熱變形比較好、熱應(yīng)力小、均勻，對板層的變形影響較小，一般情況下也不需要進(jìn)行后續(xù)的刨加工處理，采用表面拋光處理即可。由于方管布置合理，采用空心管后，受力也比較均勻，強度也足夠，特別是對于導(dǎo)熱油可以起到很好的導(dǎo)向作用。

1.3 鉤子內(nèi)焊式板層

鉤子內(nèi)焊式板層采用筋條內(nèi)焊的形式，先將加強和導(dǎo)流用的筋條分別焊在板層的上、下2個面上，采用間斷焊接的形式，焊接完畢后，先進(jìn)行整形處理，再通過上、下板塊插入式嵌套在起，板層四角邊焊也是采用筋條的形式，與塞焊焊接式板層一樣進(jìn)行焊接。鉤子內(nèi)焊式板層結(jié)構(gòu)如圖3所示。

鉤子內(nèi)焊式板層由于采用嵌套式連接，強度上不太好，一般尺寸超過1 200 mm以上的層不能采用。同時，由于加強筋采用L形的方式，對導(dǎo)熱油的導(dǎo)流以及熱傳遞帶來的影響較大，導(dǎo)流、筋條與板層的接觸面積比較寬，導(dǎo)致溫度的傳遞不太好[1]。

2 板層的結(jié)構(gòu)和焊接工藝對溫度均勻性的影響

3種結(jié)構(gòu)的板層，在其他條件同等的情況下，影響板層溫度均勻性的主要有加強筋條的寬度、上下面板的厚度、加強筋條與上下面板的貼合性等幾個方面。

2.1 加強筋條的寬度影響

加強筋條越寬，對均勻性的影響越大。筋條表面的板層與導(dǎo)熱油通道的板層，由于熱傳遞的介質(zhì)不一樣，導(dǎo)致溫度的差異比較大。從這個方面考慮，真空釬焊式的板層效果最好，采用寬度比較小的空心方管，熱傳遞效果也比較好；而鉤子內(nèi)焊式板層效果比較差，加強筋條比較寬，采用嵌套式，熱傳遞比較慢，特別是筋條表面的板層與導(dǎo)熱油通道的板層表面相差比較大。

2.2 上下面板的厚度影響

由于板層表面的溫度基本是通過熱傳導(dǎo)的方式傳遞到板層表面的，因此，上下表面面板的厚度對傳導(dǎo)的速度影響比較大。板層越厚，傳導(dǎo)越慢；板層厚度越均勻，板層表面的溫度也越均勻。塞焊板由于變形量大，通過刨加工處理，導(dǎo)致板層厚度不均勻，給板層的表面溫度均勻性帶來比較大的影響；而真空釬焊式板層和鉤子內(nèi)焊式板層，由于變形量小，板層厚度相對比較均勻，板層均勻性效果較好。

2.3 加強筋與上下面板的貼合性影響

加強筋與上下面板越是緊密貼合，板層溫度均勻性就越好。真空釬焊式板層可以做到最好，可以全部緊密貼合并密封，而塞焊式板層和鉤子內(nèi)焊式板層均采用間斷焊接，有縫隙，鉤子板采用嵌入式拼接，也存在縫隙，對板層表面的溫度有一定的影響。

根據(jù)以上分析，真空釬焊式板層在同等條件下，相比塞焊式板層和鉤子內(nèi)焊式板層有很強的優(yōu)勢。

3 板層溫度均勻性數(shù)據(jù)分析

板層溫度均勻性驗證，一般是采取-40℃、0℃、40℃這3個溫度點的形式，在每塊板層上至少放置5個探頭，在板層上選取有代表性的位置，在板層進(jìn)口、出口、板層中間位置以及側(cè)邊位置等布置探頭，從常溫開始，進(jìn)行一個循環(huán)流程：對板層進(jìn)行-40℃降溫，保溫；升溫到0℃，保溫；再升溫到40℃，保溫。按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，每個溫度點保持恒定時間15m in之后，所有探頭的溫度最大值和最小值在2℃以內(nèi)為合格。一般來說，低溫下相對比較難，時間相對較長，所以只要-40℃均勻性沒有問題，0℃以及40℃肯定沒有問題。根據(jù)對板層溫度均勻性的統(tǒng)計分析，不管是什么結(jié)構(gòu)和焊接工藝的板層，基本上都能滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求[2]。

針對塞焊式板層溫度均勻性進(jìn)行驗證，圖4是塞焊式板層溫度均勻性驗證曲線，從曲線以及相應(yīng)報表來看：在板層進(jìn)行-40℃的降溫過程中，板層上36個測試點最高溫度和最低溫度均能控制在10℃以內(nèi)。在設(shè)定溫度-40℃保溫時，要平衡15 m in后可達(dá)到（-40±1）℃以內(nèi)。在-40℃到0℃的升溫過程中，板層上36個測試點最高溫度和最低溫度均能控制在10℃以內(nèi)，要平衡10m in后可達(dá)到（-0±1）℃以內(nèi)。在0℃到40℃的升溫過程中，板層上36個測試點最高溫度和最低溫度均能控制在10℃以內(nèi)，要平衡10m in后可達(dá)到（40±1）℃以內(nèi)。

針對真空釬焊式板層溫度均勻性進(jìn)行驗證，圖5是真空釬焊式板層溫度均勻性驗證曲線，從曲線以及相應(yīng)報表來看：在板層進(jìn)行-40℃的降溫過程中，板層上36個測試點最高溫度和最低溫度均能控制在3℃以內(nèi)。在設(shè)定溫度-40℃保溫時，要平衡10 min后可達(dá)到（-40±1）℃以內(nèi)。在-40℃到0℃升溫過程中，板層上36個測試點最高溫度和最低溫度均能控制在3℃以內(nèi)，平衡10m in后可達(dá)到（-0±1）℃以內(nèi)。在0℃到40℃升溫過程中，板層上36個測試點最高溫度和最低溫度均能控制在3℃以內(nèi)，要平衡10m in后可達(dá)到（40±1）℃以內(nèi)。

鉤子內(nèi)焊式板層基本與塞焊式板層一樣，只是鉤子內(nèi)焊式板層筋條表面上板層的溫度平衡時間要比塞焊式板層延長5～10min。

4 結(jié)語

凍干機板層焊接工藝對板層溫度均勻性有一定的影響，作為板層固有的特性，在同等條件下，采用真空釬焊式板層是最佳選擇，但是考慮到制作成本，以及對于凍干產(chǎn)品本身的熱敏感性，板層溫度均勻性還與導(dǎo)熱油的黏度、循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計以及循環(huán)系統(tǒng)的管道和凍干機的控制系統(tǒng)、精度有關(guān)，在選擇板層結(jié)構(gòu)時，要綜合考慮多種因素的影響，關(guān)鍵是經(jīng)過產(chǎn)品驗證，確保凍干產(chǎn)品的穩(wěn)定性和均一性。

［1］趙鶴皋，鄭效東，黃良瑾，等.冷凍干燥技術(shù)與設(shè)備［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2005

［2］錢應(yīng)璞.冷凍干燥制藥工程與技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007