药品真空冷冻干燥过程测温软件开发

1、药品真空冷冻枯燥过程测温软件开发药品真空冷冻枯燥过程测温软件开发引言真空冷冻枯燥是一种使物料在低温低压下脱水的枯燥工艺。现代生物药品大多具有热敏性，在对热敏性生物药品进展枯燥时，为防止由于温度过高而使药品变性，影响其质量，目前广泛采用真空冷冻枯燥技术1。生物药品冻干过程中必须考虑：如何保证冻干过程顺利进展；如何减少冻干过程对生物药品品质的影响；如何降低生物药品冻干过程中的能耗。在保证生物药品冻干品质条件下，真空冷冻枯燥过程中应尽量进步样品温度，因为样品温度每升高1，升华枯燥时间将缩短13%以上2。但是样品温度过高会对冻干产品质量造成破坏，出现熔融、塌陷和皱缩等问题。因此，需要对冻干过程中的药品

2、温度进展准确测量与控制。升华界面是指在冻干药品溶液一次枯燥过程中，位于枯燥层和冻结层之间的挪动界面，随一次枯燥进展，升华界面由冻干药品顶部逐渐挪动至底部，直接反映一次枯燥进程，可由此来判断一次枯燥终点。目前，国内外冻干机大多采用传统的接触式测温方法，将热电偶或热敏电阻插入冻干样品中对冻干过程进展监测。传统测温方法有一定局限性1，即无法测得挪动的升华界面温度，热电偶或热敏电阻本身会对冻干样品传热产生影响，导致被监测的样品比未监测样品枯燥更快，无法准确判断整个批次样品冻干状况，且对冻干过程无菌化造成不利影响。因此，开发非接触式测温软件对于药品冻干品质保证和节能有着重要意义。动压测温技术是一种非接触

3、测温技术，在冷冻枯燥过程中通过关闭中隔阀进展压力升测试，获得枯燥室内压力升数据，并采用动态参数估值法DynaiParaetersEstiatin，DPE计算得到升华界面温度。本文对DPE数本文由论文联盟搜集整理学模型和求解方法进展分析，并采用ATLAB编程开发DPE动压测温软件。1冻干过程动压测温技术1.1动压测温技术动压测温是根据平衡状态下的冰晶温度与其饱和蒸汽压为单值函数，在升华枯燥过程中，突然中断从冻干室流向冷阱的水蒸汽流，通过测量冻干室内压力上升情况，运用数据回归方法推算升华界面温度，可较准确反映升华界面温度3。压力升测试PressureRiseTest，PRT是在样品冻干过程中，中隔

4、阀突然关闭，冻干室压力因为冰的持续升华而上升，直至冻干室压力与升华界面冰的饱和水蒸气压相等为止，从而可得出冻干室压力随时间变化曲线。基于PRT动压测量技术，有气压温度测量法BaretriTeperatureeasureent，BT4，5、压力温度测量法anetriTeperatureeasureent，T68、动态压力升法DynaiPressureRise，DPR9、压力升分析法PressureRiseAnalysis，PRA10等方法。在前人研究根底上，Velardi等提出了DynaiParaetersEstiatinethdDPE测温新方法11，该方法可以看作是T法的改良，其建立了冻干室中

5、热质传递的一维非稳态模型，通过DPE法可得到药品冻结层温度分布、升华界面位置、药品瓶底与搁板传热系数、药品枯燥层有效扩散系数，以及在压力升测试过程中冻结层温度上升状态。利用DPE方法模拟测得的参数可靠性更高12。Barresi等13，14根据DPE法建立了一种适用于冻干过程的测量和控制策略，可对冻干过程进展在线优化监控，在保证药品冻干质量的前提下缩短冻干时间。1.2DPE理论模型和求解方法1.2.1模型建立假设11在冻干过程中，动压测量施行时间较短，一个测量单元可在320s内完成。为简化计算，对动压测量法施行作如下假设：冻干过程热量和质量传递是一维，且传递方向垂直于物料外表；升华过程仅发生在物

6、料升华界面上，不考虑枯燥层中的解析枯燥；冻干过程中，较短时间内，温度、压力和升华界面位置等物理量变化很小，在中隔阀关闭之初，冻结层按准稳态处理；假设冻干室内为水蒸气，不考虑非凝性气体；由于压力很低，冻干室内的气体视为理想气体；只考虑热传导，不考虑箱体对物料的辐射作用。1.2.2模型建立基于DPE方法建立西林瓶中冻干药品一维非稳态传热模型如图1所示。式1为压力升测试期间冻结层的传热过程。其在准稳态假设条件下初值条件如式2所示，式3和式4为边界条件，式3是升华界面传热传质耦合方程，式4是搁板与物料传热方程。图2DPE求解流程2DPE动压测温软件开发2.1软件开发原理ATLAB是一种高效的工程计算语

7、言，在数值计算、数据处理、自动控制等方面有着广泛应用，可实现大量数据的分析、处理及显示，而且具有图形用户界面GraphialUserInterfae，GUI设计功能15，界面设计友好、方便用户操作。本文将DPE冻干传热模型在时间和空间上进展区域离散化见图3，建立节点离散方程16，使用ATLABR2022a软件对离散方程进展编程，并利用软件自身GUI设计功能对界面进展设计。2.2软件设计结果及实验验证图4是DPE动压测温软件运行界面。通过载入数据按钮载入压力升数据的txt文件，输入升华枯燥开场时间，通过参数菜单输入冻干机性能参数和样品物性参数，并输入时间和空间步数，点击估计初值、计算进展运算。计

8、算完成后可点击文件菜单中数据保存将计算结果直接存为Exel格式文件。笔者分别用配制的法莫替丁溶液和甘露醇溶液在东富龙科技股份消费的Ly0.2型和Ly0.5型冻干机上进展冻干实验，对该软件的运行效果进展验证。法莫替丁样品和所采用冻干机参数如表1所示。软件运行结果如图4图6所示。由图4可看出，通过软件可计算得出升华界面温度、有效扩散系数、修正系数、冻结层厚度与总传热系数。界面显示图像为压力升测试实测曲线和通过软件计算的模拟压力升曲线，可以得到比拟好的拟合效果。此外，用甘露醇溶液对软件进展实验验证，同样得到了较为理想的结果。图4DPE动压测温软件运行界面图5和图6为该软件运行图像指令所画出图像。图5

9、是软件通过计算得出的模拟压力升曲线。图6是压力升测试过程中，西林瓶中样品冻结层温度分布图，显示PRT过程中，样品冻结层温度随时间的变化，瓶内温度分布是沿冻结层厚度从上而下一维分布模拟结果。从图6可看出，随着中隔阀关闭，开场进展压力升测试，至中隔阀门关闭，压力计测试完毕过程中瓶内温度逐渐升高，这是由于冻干室内压力随冰升华而上升，冰升华阻力增大，升华速率降低，温度升高。图5模拟压力升曲线图6压力升测试中冻结层温度分布3结语真空冷冻干过程中，对冻干产品温度进展准确测量与控制，关键是确保冻干样品质量和进步枯燥效率。本文对动态参数估值法DPE法数学模型及求解方法进展分析，并基于DPE模型的非接触测温算法进展数值计算，运用ATLAB软件编程，开发动压测温软件对药品冻干过程进展监测，通过计算得到样品冻干过程参数；分别用不同样品在不同型号的冻干机上进展冻干实验，将测得PRT数据运用所开发软件进展模拟计算，实验