一、進展
改革開放以來，特別是近十五年來，醫(yī)用真空冷凍干燥機烘干機（以下簡稱凍干機）的研發(fā)，在我國已取得長足的進展，面貌為之一新。國內(nèi)生產(chǎn)的凍干機大致經(jīng)歷了以下三個階段，㈢、二十世紀八十年代前基本依靠進口，㈡、二十世紀九十年代是大部分進口小部分出口，c、二十世紀末到二十一世紀初（大約是1996年一2010年共15年左右時間）國內(nèi)產(chǎn)品已成功替代進口，并開始批量出口。
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適應(yīng)物料：木屑、粉狀顆粒等
設(shè)備類型：烘干機
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適應(yīng)物料：顆粒狀物料
設(shè)備類型：烘干機
近年來，國內(nèi)凍干機生產(chǎn)廠商的生產(chǎn)的凍干機已經(jīng)批量出口至俄羅斯、烏克蘭、越南、印度、阿根廷等國，少量出口至日本等發(fā)達國家。
國內(nèi)生產(chǎn)的凍干機在配置性能，質(zhì)量水平上和歐美生產(chǎn)的凍干機已相差不遠，因其價格相對低廉，所以有較強的競爭力，本文先回顧一下近15年來國產(chǎn)凍干機進展情況。
近15年來國產(chǎn)凍干機進展有如下特點：1、小步走，2、不停步．3、進步顯著。
以上3個特點具體表現(xiàn)在如下幾步：第一步1 996年起，國產(chǎn)凍干機在配置上有一個質(zhì)的提高。
由于改革開放，國內(nèi)凍干機生產(chǎn)廠商可以采用國際采購的方法獲得質(zhì)量較優(yōu)的各種名牌部件。如制冷壓縮機采用德國、意大利著名品牌的單機雙級壓縮機；真空泵采用日本著名品牌的雙級真空泵：換熱器采用瑞典著名品牌的板式熱交換器：節(jié)流裝置采用丹麥著名品牌的熱力膨脹閥：控制系統(tǒng)采用日本著名品牌的人機界面控制裝置等等，部件品質(zhì)得以大幅提升，凍干機可靠性等有了一個很大的提高，故障概率也大大降低了。第二步提高產(chǎn)品的性能參數(shù)
這一步主要分為幾個大的改進：
第一個改進，2000年前對凍干機最主要關(guān)鍵器件之一的干燥箱擱板的制冷進行優(yōu)化。
真空冷凍干燥機烘干機的擱板是一個重要的部件，它負責對制品的預(yù)冷、升溫、干燥。制品的品質(zhì)在很大程度與擱板的制冷溫度、加熱溫度、干燥時的真空度三個主要參數(shù)密切相關(guān)。
以上三個參數(shù)中，后二個參數(shù)比較容易控制。原因是：擱板加熱溫度一般由電加熱裝置提供熱量，硅油作為傳熱介質(zhì)，電加熱裝置功率穩(wěn)定且可控，所以較易實現(xiàn)加熱量大小的改變，亦即較易實現(xiàn)擱板加熱溫度的控制。干燥時的真空度控制可以通過PLC電腦控制外界氣體滲入量或改變干燥箱與捕水器之間碟閥的開啟度大小。從而控制它的真空度。雖說在控制上較為復雜，但還是能做到較精確的控制。
比較難以理想控制的是第一個參數(shù)：制冷溫度。它分為三個內(nèi)容：①擱板最低溫度，②擱板降溫速率，③擱板控溫精度。它們直接關(guān)系到凍干制品質(zhì)量的優(yōu)劣。
這里我們逐一作簡單介紹：①擱板最低溫度
以前，國內(nèi)生產(chǎn)的冷凍干燥機烘干機擱板最低溫度一般在-55℃左右．這一溫度已能滿足大部分制品凍結(jié)溫度（共晶點溫度）的需要。但是，有一些特殊的制品（含有溶劑）它們需要的擱板溫度在一60℃~-65℃之間。原國產(chǎn)凍干機已不能滿足這一特殊低溫需要。
上海遠東制藥機械有限公司（以下簡稱“遠東”）在這方面下了很大的功夫1998年前便已做到了這一點，擱板溫度最低能達到-65℃。“遠東”主要在制冷量、換熱器、換熱介質(zhì)、換熱循環(huán)泵組、擱板結(jié)構(gòu)這幾方面采取了改進措施。
制冷量：要使制冷機組獲得最高的效率，必須設(shè)法使冷卻系統(tǒng)、機組狀態(tài)、調(diào)節(jié)等方面都處于優(yōu)化狀態(tài)。
換熱器：選擇國際上最佳性能的換熱器。這種換熱器結(jié)構(gòu)獨待，傳熱系數(shù)k值比一般換熱器大，能使冷量最大限度地傳遞給換熱介質(zhì)。
換熱介質(zhì)：選擇合適的性能良好的換熱介質(zhì)。使介質(zhì)的凝固點、黏度、閃點等參數(shù)在擱板工作溫度區(qū)域（一般在-65—+70℃之間）符合要求，傳熱傳冷比較充分。
換熱循環(huán)泵組：主要是使換熱介質(zhì)壓力流量達到最佳狀態(tài)，確保熱量（冷量）充分傳遞給擱扳。
擱板結(jié)構(gòu)：隔板結(jié)構(gòu)設(shè)計要確保換熱介質(zhì)流動阻力小、內(nèi)泄漏少，保證換熱介質(zhì)在管道內(nèi)的流動處于紊流狀態(tài)，以強化換熱效果。
通過以上努力，“遠東”真空冷凍干燥機烘干機擱板最低溫度已能達到-65℃，在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平，也優(yōu)于國際上某些著名真空冷凍干燥機烘干機的擱板溫度指標。②擱板降溫速率
擱板降溫速率這一參數(shù)也是凍干制品需要的重要參數(shù)之一，一般要求擱板降溫速率不低于1～2℃/min。
眾所周知，冷凍會對細胞和生命體產(chǎn)生一定的破環(huán)作用，而其機理卻是非常復雜的，目前尚無統(tǒng)一的理淪，一般認為主要是由機械效應(yīng)和溶質(zhì)效應(yīng)引起。
生物物質(zhì)的冷凍過程首先是從純水結(jié)冰開始，冰晶的生長逐步造成電解質(zhì)的濃縮。隨后是低共熔混合物凝固。最后全部變?yōu)楣腆w。
機械效應(yīng)是由細胞內(nèi)外冰晶生長而產(chǎn)生的機械力引起的，對有細胞膜的生命體影響較大。一般冰晶越大，細胞膜越易破裂，從而造成細胞死亡；冰晶越小，對細胞膜的機械損傷也小。緩慢冷凍產(chǎn)生的冰晶較大，快速冷凍產(chǎn)生的冰晶較小。 溶質(zhì)效應(yīng)是由于水的凍結(jié)使間隙液體濃縮、電解質(zhì)濃度增加引起的。電解質(zhì)濃度增加引起的蛋白質(zhì)的變性，使細胞死亡：另外電解質(zhì)濃度的增加也會導致細胞脫水而死亡．間隙液體濃度越高，上述原因引起的破壞也越大。溶質(zhì)效應(yīng)在某一溫度范圍最為明顯。這個溫度范圍是在水的冰點和該液體全部固化溫度之間。若能以較高的速度越過這一溫度范圍，溶質(zhì)效應(yīng)對細胞的破壞作用就會大大減弱。
另外冷凍時所形成的晶體大小在很大程度上也影響干燥速率和干燥后產(chǎn)品的溶解速度。大的冰晶容易升華。小的冰晶不利于升華：但大的冰晶溶解慢，小的冰晶溶解快：冰晶越小，干燥后越能反映產(chǎn)品的原來結(jié)構(gòu)。
由此可見，需要有一個最優(yōu)的冷卻速率，以獲得最高的細胞存活率、最好的產(chǎn)品物理性狀和溶解速度。
提高存活率還與在產(chǎn)品中加入抗低溫劑（保護劑之一）有很大的關(guān)系。例如甘油、二甲亞砜、糖類等，這些抗低溫物質(zhì)能幫助產(chǎn)品擴大最優(yōu)冷卻速率范圍，能讓更多的細胞存活下來．但這僅僅是措施的一個方面。從凍干機性能角度考慮，關(guān)鍵是要盡可能提高擱板的降溫速率。就凍干生物制品而言，擱板降溫速率應(yīng)達到2℃/min或更高的要求。為了使凍干機同時也能滿足其他需要降溫速度較慢制品的要求，擱板降溫速率應(yīng)當可控。“遠東”在這二方面已作出了很大努力：通過制冷機組的優(yōu)化，擱板降溫速率已達到2℃/min以上；在擱板制冷系統(tǒng)中安裝電加熱器，由電腦控制其加熱量，用以抵消一部分或大部分制冷量，這不僅使擱板降溫速度可控，而且擱板溫度還可以在某一溫度段停留一段時間，從而使制品結(jié)晶狀態(tài)更理想。
另外，擱板的控溫精度對制品品質(zhì)的同一性也有較大的影響。我國制藥機械行業(yè)標準(JB20032-2004)規(guī)定：擱板及各板層溫差應(yīng)不大子±1℃。±l℃的溫差是對全國各真空冷凍干燥機烘干機制造廠商的一個最低要求，±I℃的溫差也會導致制品品質(zhì)一定的差異。
為此，“遠東”在這一方面也作出了很大努力，主要從換熱介質(zhì)通道暢通均勻、消除流動死角、消除內(nèi)泄漏等幾方面下功夫，現(xiàn)控溫精度已達到≤0.5℃，大大超過了標準的規(guī)定。制品品質(zhì)得以大幅提升。
第二個改進，2000年左右，在凍干機上成功地開發(fā)了在線蒸汽滅菌技術(shù)，使凍干機符合藥品GMP要求。
根據(jù)有關(guān)規(guī)定：在凍干結(jié)束，藥品出箱后需對凍干機干燥箱及捕水器進行滅菌處理，滅菌處理一般有二種方法，一是物理方法，二是化學方法，物理方法簡單但是勞動強度大，且不徹底，化學方法有污染并較麻煩，最有效的滅菌方法是蒸汽滅菌法，即在凍干結(jié)束后，在凍干機干燥箱和捕水器內(nèi)（與藥品間接接觸），通入121℃，壓力O.11MPa的蒸汽。這樣半小時即可殺滅所有細菌，且蒸汽冷凝后變成水，可將細菌尸體，灰塵等一并沖下排至機外，故蒸汽滅菌效果在各種滅菌方法中為最優(yōu)。
遠東公司經(jīng)過幾年努力，期間克服了一個一個難關(guān)，終于研制出真正意義上的全自動、可靠的系列蒸汽滅菌凍干機，滿足了國內(nèi)外用戶的要求。
第三個改進，2005年左右以先進的嵌入式控制系統(tǒng)替代PLC觸摸屏控制。
新的控制系統(tǒng)放棄了以前的觸摸屏（相當于鍵盤）控制為主，pc機為輔由單機控制模式，采用先進的嵌入式系統(tǒng)加上上位機（pc機）進行權(quán)限控制，并可通過遠程計算機進行監(jiān)控及設(shè)備的維護升級，達到了令人滿意的效果。
它具有以下幾個突出優(yōu)點：
1． 強大的嵌入式優(yōu)勢，相當于控制系統(tǒng)嵌入計算機中，合二為一，技術(shù)上領(lǐng)先。
2． 人性化的上位服務(wù)，用戶和制造商之間可以無障礙交流。
3． 獨立的控制回路和極高的穩(wěn)定性。
4． 特殊的專業(yè)功能，極大的提高了動感產(chǎn)品的成功率。
5． 詳盡的歷史事件記錄，以便于維護和維修。
第四個改進是一些局部的改進，如采用真空密封程度更好的二重真空密封條，替代原來的真空密封條：采用干燥箱內(nèi)液壓柱活動密封套，以保證液壓柱上的殘存液壓油不致污染制品：采用水和空氣組合式冷凝器替代原風冷凝器，不但節(jié)水且更適應(yīng)環(huán)境溫度變化；研制真空度可控裝置，控制干燥機烘干機真空度等等，在整機外形上也做了改進，使其布置更合理，方便使用，便于維護，外觀顏色更富有現(xiàn)代感等等。這一些均在很大程度上提高了凍干機技術(shù)水平，改進了凍干機的性能。第三步使凍干機制冷工質(zhì)符合環(huán)保要求
凍干機采用的制冷方式一般有二種方式，中大型凍干機（生產(chǎn)型凍干機）一般均采用雙級壓縮機制冷方式，最低蒸發(fā)溫度為-80℃左右，原制冷工質(zhì)采用R22制冷劑，小型凍干機（實驗型凍干機）一般均采用復疊式壓縮制冷方式，最低蒸發(fā)溫度為-80～90℃左右。原采用工質(zhì)為R22（高溫級）、R13（低溫級）制冷劑。
R22、R13這二種工質(zhì)對大氣層均有破壞作用，R22屬過渡工質(zhì)，R13屬淘汰工質(zhì)，均不符合環(huán)保要求，見表一
采用替代工質(zhì)成功替代淘汰工質(zhì)、過渡工質(zhì)，使凍干機性能水平又上了一個新臺階。
通過以上三步走，不停步，使凍干機水平得以大幅提高，還能替代進口產(chǎn)品，現(xiàn)已批量出口。
二、展望
下一個五年或十年國產(chǎn)凍干機發(fā)展的重點方向，大致為二個，（一）是節(jié)能，（二）是與制藥西林瓶聯(lián)動機（該機功能：清洗、滅菌、灌裝）實現(xiàn)GMP聯(lián)線，達到新版GMP（人物隔離）要求。
㈢節(jié)能
大量統(tǒng)計資料顯示，雖然我國近年來采取了各種節(jié)能措施，但是截止到2008年底，我國單位GDP能耗依然是日本的7倍左右，是美國的3.5倍左右。去年以來，全國上下加強了節(jié)能減排的工作，國務(wù)院還制定了一系列促進節(jié)能減排的政策措施，我國的節(jié)能工作仍是任重而道遠。
在真空冷凍干燥領(lǐng)域中，能耗是一個長期存在的問題，醫(yī)用真空冷凍干燥設(shè)備一個運行周期至少要十幾個小時，多的長達一星期以上，能耗較大。如小型的實驗型凍干機( 0.5m2左右)，配置功率一般在5KW左右，中型生產(chǎn)型凍于機(1～10 m2)配置功率一般在7.5~50KW之間。大型生產(chǎn)型凍干機(15~50 m2)配置功率一般在75—220KW之間，因此，目前如何在保證凍干效果的前提下對凍干設(shè)備進行節(jié)能改進越來越成為凍干設(shè)備生產(chǎn)和使用廠家關(guān)注的熱點問題。
我們設(shè)想凍干機下一步可進行三大方面的節(jié)能減排工作：
1、是提高凍干機各運動、換熱部件（如制冷壓縮機、換熱器、泵和風機、節(jié)流閥等）
的運行效率。
2、盡量減少凍干機的各種冷量和熱量的損耗。
3、對凍干機各項工作參數(shù)作進一步精確設(shè)定，如在符合使用要求前提下盡可能減少冷
凝溫度，提高蒸發(fā)溫度，以達到節(jié)能減排的目的。
這一方面詳細設(shè)想我們將在下一步完成。
㈢與制藥西林瓶聯(lián)動線實現(xiàn)GMP聯(lián)線
至目前為止，我國尚無一家凍干機制造商制造出符合GMP要求的人機隔離的凍干機上料裝置。（即實現(xiàn)西林瓶聯(lián)動線與凍干機聯(lián)動線）這個符合GMP要求的上料裝置需具有二個關(guān)鍵動作。
1、將制品瓶在與人隔離情況下，有序放入凍干機干燥箱中。
2、將制品溫度探頭在與人隔離情況下，放入若干制品瓶中，以便于在凍干過程中測溫并進行凍干控制。
我們設(shè)想以上二個關(guān)鍵動作，既可以是自動的又可以是半自動的。
上海遠東制藥機械有限公司設(shè)備準備第一步先做到半自動（有人輔助，但人物隔離的）進料，第二步做到全動（無人輔助）進料，這二步將是我們公司重點努力的方向之一。
可以預(yù)見，在不久的將來，國產(chǎn)凍干機能得到進一步的發(fā)展，既節(jié)能又能真正符合新版GMP要求，從而與國際最先進凍干機差距進一步縮小甚至處于同一水平上，這既是我們的愿望也是我們的重點努力方向。
