為了研究藥品凍干機(jī)凍干室內(nèi)水蒸氣壓力分布狀態(tài)，使用FLUENT 軟件對(duì)LYO 型凍干機(jī)不同結(jié)構(gòu)的干燥室內(nèi)水蒸氣流場(chǎng)進(jìn)行了模擬，模擬分析了干燥室中擱板面積、擱板間距、水蒸氣升華量對(duì)干燥室內(nèi)水蒸氣壓力分布的影響。模擬計(jì)算結(jié)果表明不同結(jié)構(gòu)的干燥室內(nèi)的水蒸氣壓力存在明顯差異。模擬計(jì)算結(jié)果可以用于評(píng)估凍干機(jī)凍干箱內(nèi)不同部位物料的干燥速率，并為確定凍干機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)提供一定的理論參考依據(jù)。

1、前言

　　在藥品凍干生產(chǎn)過程中，由于凍干機(jī)中凍干箱及冷阱的輻射作用、擱板溫度存在溫度梯度、凍干箱內(nèi)部水蒸氣壓力分布不均勻等因素的影響，導(dǎo)致藥品干燥速率不一致，從而影響藥品的品質(zhì)和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。在對(duì)影響藥品干燥速率的因素研究中，因?yàn)閮龈蛇^程中的水蒸氣動(dòng)態(tài)分布不容易通過試驗(yàn)進(jìn)行在線測(cè)試，所以，關(guān)于凍干藥品傳熱傳質(zhì)的研究文獻(xiàn)大多集中于通過試驗(yàn)及數(shù)值模擬的方法研究?jī)龈墒壹皵R板的輻射作用、擱板溫度梯度對(duì)藥品干燥速率的影響，而對(duì)于凍干過程中凍干箱內(nèi)水蒸氣流動(dòng)過程及其壓力分布差異引起的干燥速率不同研究較少。

　　本文分析了壓力控制在藥品凍干過程中的作用，并采用CFD 數(shù)值模擬軟件FLUENT 對(duì)LY0 型系列凍干機(jī)Ⅰ和Ⅱ兩個(gè)型號(hào)凍干箱內(nèi)水蒸氣流動(dòng)進(jìn)行了模擬研究，研究了不同的隔板面積、間距及水蒸氣升華流量對(duì)凍干過程中凍干箱內(nèi)水蒸氣壓力分布的影響。模擬分析凍干箱內(nèi)水蒸氣的壓力分布規(guī)律，對(duì)于正確評(píng)價(jià)和降低物料干燥速率的不均勻性及保證藥品生產(chǎn)過程中藥品質(zhì)量均一性具有參考價(jià)值。

2、壓力參數(shù)對(duì)凍干過程的影響

　　冷凍干燥過程是具有移動(dòng)界面的熱量和質(zhì)量同時(shí)傳遞的過程。由于傳熱方式、凍干箱壓力等過程參數(shù)的不同，以及物料物性參數(shù)的多樣性，使冷凍干燥過程的影響因素較多，導(dǎo)致傳熱、傳質(zhì)過程比較復(fù)雜。凍干箱壓力Pc是凍干過程中一個(gè)重要的控制參數(shù)，其對(duì)傳熱傳質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生影響。凍干過程中質(zhì)量傳遞的控制方程為:

　　式中dm/dt———凍干過程的升華速率

　　Pice———升華界面溫度所對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓

　　Pc———凍干箱壓力

　　RP———干燥層質(zhì)量傳遞阻力

　　Rs———凍干藥品膠塞造成的質(zhì)量傳遞阻力

　　由式( 1) 分析可知，干燥過程中凍干箱內(nèi)壓力Pc越小，水蒸氣從升華界面升華的驅(qū)動(dòng)力越大，從而升華速率變快使干燥過程加快。但若藥品凍干過程中干燥室壓力控制過低，由于在現(xiàn)代制藥工業(yè)中，常用橡膠塞密封西林瓶，藥品凍干后直接在凍干箱內(nèi)壓封，而橡膠塞是由丁基聚合物為主要材料制成，在極低壓條件下，會(huì)揮發(fā)出一些單質(zhì)硫和石蠟附著在藥品表面，對(duì)藥品造成污染。凍干箱壓力過低還會(huì)降低凍干機(jī)對(duì)藥品的傳熱效率，真空度越低，傳熱系數(shù)越小。因此凍干箱壓力作為一個(gè)重要的凍干過程參數(shù)，應(yīng)該控制在合適的值使凍干過程傳熱傳質(zhì)達(dá)到最佳。在藥品凍干工藝設(shè)計(jì)時(shí)，凍干箱壓力參數(shù)與樣品傳熱傳質(zhì)耦合過程經(jīng)驗(yàn)公式為：

　　式中TP———樣品的安全溫度

6、結(jié)語

　　本文對(duì)凍干過程中LYO 型凍干機(jī)Ⅰ和Ⅱ兩個(gè)型號(hào)凍干箱內(nèi)水蒸氣流動(dòng)進(jìn)行了模擬研究。分析了凍干箱內(nèi)壓力分布狀況與凍干箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間的關(guān)系。模擬結(jié)果表明在LYO 型凍干機(jī)Ⅰ、Ⅱ中，由于流通阻力的存在，存在著明顯的壓力差。而不均勻的壓力分布會(huì)導(dǎo)致不同擱板之間及同一擱板不同位置的干燥速率不同。因此，使用Fluent對(duì)凍干機(jī)凍干箱內(nèi)水蒸氣流場(chǎng)模擬，可以為正確評(píng)估凍干機(jī)干燥過程中不同部位的燥速率提供參考; 為凍干機(jī)凍干箱體的關(guān)鍵尺寸設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。