Automated freeze-drying complex with a gas refrigeration machine

Cover Page


Cite item

Abstract

automated freeze-drying complex has been developed by JSC “SIBKRIOTEKHN/KA ” to produce dehydrated pharmaceutical and biological preparations. The complex comprises a vertical-type vacuum chamber with built- in condenser; vacuum refrigeration plant based on the Stirling CFC-free gas refrigeration machine; computer-aided automatic control system and a complete set of technological equipment including a stand with heating shelves. The automatic control system provides a freeze-drying process in accordance with the prescribed program individual for each preparation.

Full Text

Создан автоматизированный комплекс сублимационной сушки (АКСС), предназначенный для получения сухих веществ (биологических препаратов, вакцин, препаратов крови, высококачественных пищевых продуктов с длительным сроком хранения и др.) путем сушки в вакууме предварительно замороженных фракций. Комплекс может использоваться на предприятиях медицинской, медико-биологической, пищевой промышленности и сельского хозяйства.

 

Основные характеристики АКСС

Объем вакуумной камеры, м3

1,4

Емкость конденсатора, кг Площадь загрузки полок штатива, м2

До 50

Рабочее давление

До 4

в вакуумной камере, Па

2 ...105

Температура, °C:

поверхности конденсатора

-70...-80

полок штатива

— 40...+40

Напряжение электросети, В

380

Частота, Гц

50

Установленная мощность, кВт

23

Масса, кг:

вакуумной камеры

400

холодильно-вакуумной установки

450

штатива

200

Габаритные размеры (ширина х длина х высота), мм:

120x3

вакуумной камеры холодильно-вакуумной

1535x1524x1537

установки

1030x1320x1325

Уровень шума, дБ А

< 80

 

В качестве холодильного агрегата в составе АКСС применена экологически безопасная (бесфреоновая) газовая холодильная машина (ГХМ), работающая по обратному регенеративному циклу Стирлинга.

 

Рис. 1. Общий вид АКСС

 

Основные составные части АКСС (рис. 1):

  • вакуумная камера с комплектом технологического оборудования;
  • холодильно-вакуумная установка;
  • автоматизированная система управления.

Вакуумная камера представляет собой вертикальную цилиндрическую емкость с герметично закрывающейся крышкой. В камере установлены устройства для размещения, высушиваемого продукта (штатив или кассеты) со встроенными электрическими нагревателями для подвода тепла к продукту в процессе сушки. Внутри ка меры по периметру боковой стенки расположен змеевиковый конденсатор. Между конденсатором и штативом помещен жалюзийный экран для равномерного распределения потока конденсирующихся паров, тепловой изоляции, защиты от обратного потока масла из вакуумного насоса.

Холодильно-вакуумная установка состоит из ГХМ, вакуумной установки, циркуляционного контура.

В ГХМ, представляющую собой поршневую одноступенчатую машину. входят два компрессорных и два детандерных поршня, при водимых в движение с помощью коленчатого вала и кривошипно-шатунного механизма электродвигателем. В детандерные цилиндры встроены теплообменные аппараты: жидкостно-газовый (по ток жидкости обеспечивает передачу холода от ГХМ к объекту охлаждения) и регенератор. Компрессорные цилиндры снабжены охлаждающей водяной рубашкой.

В качестве хладагента в ГХМ применяется инертный газ гелий.

Для регулирования холодопроизводительности использован двух скоростной встроенный электродвигатель.

ГХМ установлена на виброгасящие опоры. В кожухе холодильно вакуумной установки предусмотрена специальная шумоизоляция.

Благодаря этим мерам обеспечиваются санитарные нормы уровня шума и вибраций.

 

Рис. 2. Зависимость холодопроизводительности Q от температуры охлаждения t: 1 - ГХМ: 2 - холодильный двухступенчатый компрессорно-конденсаторный агрегат сублимационной установки LZ-45, работающий на R22

 

Сравнительные испытания показали, что ГХМ имеет более пологую характеристику зависимости холодопроизводительности от температуры, чем фреоновый холодильный двухступенчатый ком прессорно-конденсаторный агрегат (рис. 2), и большую термодинамическую эффективность при температурах ниже - 70 °C, необходимых для эффективной работы конденсаторов установок сублимационной сушки, применяемых в медико-биологической и фармацевтической промышленности.

Откачивание неконденсируемых газов из объема вакуумной ка меры и поддержание минимального давления остаточных газов обеспечивается вакуумной установкой на базе двухступенчатого пластинчато-роторного вакуумного насоса.

В циркуляционном контуре насосом центробежного типа промежуточный хладоноситель прокачивается через теплообменники детандерных цилиндров ГХМ, теплоизолированные трубопроводы, соединяющие холодильно-вакуумную установку и вакуумную камеру, и через конденсатор. В качестве промежуточного хладоносителя могут использоваться жидкости с температурой замерзания ниже -100 °C - перфторуглеродная жидкость (карбогал), кремний- органические теплоносители ПМС-1р, ПМС-1,5р, этанол.

Скорость сублимации регулируется включением и выключением нагревателей штатива (кассет). Этим процессом управляет АСУ, которая подключается к ПЭВМ. В зависимости от установленного программного обеспечения возможно применение различных алгоритмов, определяющих ход технологического процесса. Также возможны контроль и регулирование температуры отдельно каждой полки штатива (кассеты), контроль температуры и сопротивления продукта в контрольных точках на каждой полке штатива, температуры конденсатора и давления остаточных газов в ВК.

Управление ГХМ, вакуумной установкой и циркуляционным кон туром осуществляется в автоматическом или ручном режимах работы электронными блоками, установленными на холодильно-вакуумной установке.

На АКСС проведены экспериментальные сушки таких биологических продуктов, как протеин, альбумин, иммуноглобулин, полу фабрикат субстанции лидазы. При розливе продукта в ампулы по 1,0...1,5 мл полная загрузка составляла до 13... 15 л, в лотки - до 20 л. Технологический процесс сушки длился от 24 до 48 ч. Остаточная влажность после выгрузки составляла от 0,06 до 0,88 %.

Полученные результаты сравнивали с результатами аналогичных сушек, проведенных на установках LZ-45 и КС-30. Выявлено, что при сушке на установках с фреоновыми агрегатами в ходе техно логического процесса наблюдаются критические участки: температура конденсатора и давление остаточных газов в вакуумной ка мере повышаются и возникает риск получения бракованного продукта. При работе АКСС таких участков либо не наблюдается, либо они значительно менее выражены. Это можно объяснить тем, что в АКСС при резком увеличении интенсивности сублимации температура конденсатора продолжает оставаться достаточно низкой (рис. 3), пары успевают сконденсироваться на конденсаторе и давление остаточных газов остается низким, что гарантирует ведение процесса в рамках технологической нормы. Эта особенность объясняется большой теплоемкостью промежуточного хладоносителя, который выполняет функцию аккумулятора холода.

 

Рис. 3. Зависимость температур: полки 1, продукта 2, конденсатора 3 от времени сушки г продукта (иммуноглобулин)

 

В настоящее время ведется экспериментальная отработка и опытная эксплуатация АКСС в ОАО “Сибкриотехника” и на предприятиях по производству бакпрепаратов. В 1998 г. введен в эксплуатацию АКСС в ЦВТП БЗ НИИМ. За прошедшее время проведено не сколько десятков сушек различных препаратов (биоспорин и др), по результатам которых сделан ряд технических усовершенствований конструкции составных частей АКСС, в частности увеличена площадь полок штатива, что позволило повысить загрузку в 1,5 раза; разработана новая система управления на базе многоканального измерительного преобразователя со встроенной платой ЭВМ.

Комплекс усовершенствованной конструкции прошел цикл заводских испытаний и введен в эксплуатацию в ЦВТП БЗ НИИМ во II квартале 1999 г.

БОЛЬШОЙ вклад в создание и внедрение комплексов АКСС внесли специалисты ОАО «Сибкриотехника» Н.С.Сараев, С.В.Павлов, Е.Е.Карагусова, П.А.Ольшевский, Н.В.Карпенко,а также специалисты ЦВТП БЗ НИИМ - А.Н.Доронин и многие другие.

×

About the authors

V. I. Lyapin

JSC "Sibcryotechnika"

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

A. V. Gromov

JSC "Sibcryotechnika"

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

A. T. Kharechko

TsVTP BZ NI IM

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

A. P. Limorenko

TsVTP BZ NI IM

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

C. C. Tsydendambaev

TsVTP BZ NI IM

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

V. V. Gukov

Omsk enterprise for the production of bacterial preparations

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

V.A. V.A. Rudakov

Omsk enterprise for the production of bacterial preparations

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

References

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. Rice. 1. General view of the AKSS

Download (1MB)
2. Rice. Fig. 2. Dependence of cooling capacity Q on cooling temperature t:

Download (1MB)
3. Rice. 3. Dependence of temperatures: shelves 1, product 2, condenser 3 on the drying time g of the product (immunoglobulin)

Download (1MB)

Copyright (c) 2022 Lyapin V.I., Gromov A.V., Kharechko A.T., Limorenko A.P., Tsydendambaev C.C., Gukov V.V., Rudakov V.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies