Sản phẩm của một doanh nghiệp dược phẩm sinh học ở Hoa Đông là vắc-xin và các loại vật liệu chế phẩm sinh học, nhiều quy cách, mỗi lô không lớn, mỗi lô đều phải truy xuất được, trước khi bảo quản lạnh sâu cần một đoạn cấp đông nhanh lạnh sâu ổn định. Với năng suất tương đương, kiểu máy phù hợp là tủ cấp đông nitơ lỏng DKN-LFC-600: kích thước ngoài 2900 × 1700 × 2450 mm, nhiệt độ làm việc -150℃ ～ nhiệt độ phòng, độ chính xác điều khiển nhiệt ±1℃, độ đồng đều nhiệt ±3℃, tốc độ hạ nhiệt không tải không thấp hơn 20℃/phút, năng suất 600 kg/h, công suất toàn máy 5 kW. Tổn thương cấu trúc tế bào phần lớn được định đoạt trong vài phút đi qua dải tinh thể băng lớn nhất, việc thiết bị cần làm là rút ngắn thời gian này và kéo đồng đều các điểm trong tủ.
一、Bối cảnh ứng dụng
Vắc-xin và chế phẩm sinh học phần lớn lưu chuyển dưới dạng lỏng, bán thành phẩm hoặc bán thành phẩm trước đông khô, điều kiện bảo quản tùy theo chủng loại, trong đó một phần cần đoạn lạnh sâu dưới -80℃, nhiệt độ cụ thể và thời gian giữ nhiệt xác nhận theo đơn hàng.
Loại vật liệu này lượng xếp mỗi lô có hạn, chuyển đổi quy cách thường xuyên, mỗi lô đều phải lưu hồ sơ hành trình. Đoạn cấp đông nhanh nối sau phân chia và trước bảo quản lạnh sâu, chênh lệch nhiệt trong tủ lớn hoặc thiết bị chờ liệu thì các công đoạn sau đều phải điều chỉnh theo. Đoạn này không chỉ xem có thể hạ đến nhiệt độ hay không, mà còn gồm mỗi lần xếp liệu có tái lập được hay không.
二、Điểm khó của công nghệ
Thời gian lưu trong dải băng quyết định kích thước tinh thể băng. Vật liệu từ gần 0℃ hạ xuống khoảng -5℃ là vùng nước tạo mầm nhiều, tinh thể băng phát triển nhanh (-1℃～-5℃, thường gọi là dải tinh thể băng lớn nhất). Hạ nhanh, mầm tinh thể nhiều và mịn, tinh thể băng chủ yếu lưu ở khe gian bào; hạ chậm, mầm tinh thể ít và dài, tinh thể băng ngoại bào trương nở chèn ép màng tế bào, khi hồi nhiệt vật chất nội bào thoát ra ngoài.
Chênh lệch nhiệt trong tủ trực tiếp biến thành chênh lệch giữa các lô. Độ chính xác điều khiển nhiệt và độ đồng đều nhiệt là hai việc khác nhau: cái trước là khả năng giữ nhiệt độ ổn định ở giá trị đặt, cái sau là độ lệch giữa các vị trí khác nhau tại cùng một thời điểm. Độ đồng đều nhiệt không đạt, phán đoán dừng chỉ có thể lấy chỗ đến chậm hơn, vật liệu còn lại vẫn phải chờ trong khí lạnh.
Lô nhỏ không xếp đầy một tủ. Lô thường không xếp đầy, không gian trống liên tục tiêu hao lạnh, tổ chức dòng khí trong tủ cũng khác so với đầy tải, tính nhất quán khi lượng xếp thay đổi mới là điểm khó thực tế.
三、Cấu hình phương án
Bối cảnh này dùng tủ cấp đông nitơ lỏng DKN-LFC-600, thông số trích từ tài liệu kỹ thuật sản phẩm:
| Hạng mục | Thông số |
|---|---|
| Tên | Tủ cấp đông nitơ lỏng |
| Kích thước ngoài | 2900 × 1700 × 2450 mm |
| Nhiệt độ làm việc | -150℃ ～ nhiệt độ phòng |
| Độ chính xác điều khiển nhiệt | ±1℃ |
| Độ đồng đều nhiệt | ±3℃ |
| Tốc độ hạ nhiệt | Không thấp hơn 20℃/phút (không tải) |
| Năng suất | 600 kg/h (khác nhau theo sản phẩm và cách đóng gói) |
| Công suất toàn máy | 5 kW |
| Môi chất lạnh | Nitơ lỏng 5-8 BAR |
Về logic cấu hình, nitơ lỏng qua phun sương và quạt tuần hoàn phân tán thành dòng khí nhiệt độ thấp, tạo chênh lệch nhiệt lớn với bề mặt vật liệu, bề mặt nhanh chóng vượt qua dải băng, rút ngắn thời gian nước lưu trong vùng -1℃～-5℃. Độ chính xác điều khiển nhiệt ±1℃ giữ giá trị đặt ổn định, độ đồng đều nhiệt ±3℃ quyết định các vị trí khác nhau trong cùng tủ có thể ra liệu theo cùng cửa sổ thời gian hay không. Điều khiển dùng PLC cộng màn hình cảm ứng, mỗi chủng loại lưu một bộ chương trình. Nguồn điện, chứng nhận, đóng gói xác nhận theo đơn hàng.
四、Điểm kỹ thuật công nghệ
Phán đoán dừng xem nhiệt độ tâm vật liệu. -150℃ ～ nhiệt độ phòng là dải làm việc của thiết bị, không phải mục tiêu ra liệu. Lượng xếp và độ dày đóng gói khác nhau, thời gian tâm đạt đến khác biệt rõ rệt, trước khi ra liệu đo tâm hình học, số đọc bề mặt không thể dùng làm kết quả; các tầng khác nhau trong tủ mỗi tầng đo một điểm để hiệu chuẩn.
Chỉ tiêu không tải không phải nhịp sản xuất. 20℃/phút là khả năng không tải, sau khi xếp vật liệu tốc độ chịu ảnh hưởng của lượng xếp, đóng gói, nhiệt độ ban đầu, thông số công nghệ phải đo thực tế ở trạng thái có liệu, không dùng dữ liệu không tải để lập kế hoạch sản xuất.
Xếp liệu chừa kênh dòng khí. Khay trải phẳng, giữa các khay chừa khe, không xếp chồng chèn chặt. Lượng xếp thường dùng chia thành vài mức, mỗi mức làm đường cong hạ nhiệt, hình thành hồ sơ tra cứu được.
An toàn nitơ lỏng quản lý theo hiện trường. Nitơ lỏng trong không gian tương đối kín sẽ thay thế oxy trong không khí, thoát khí tủ, giám sát nồng độ oxy và người ra vào phải đặt liên động báo động.
五、Đối tượng áp dụng và gợi ý chọn máy
Cấu hình này phù hợp với doanh nghiệp chủ yếu là vắc-xin, bán thành phẩm chế phẩm sinh học, lượng xếp mỗi lô không lớn mà chuyển đổi quy cách thường xuyên, có yêu cầu lưu hồ sơ về tính nhất quán đông kết, cũng áp dụng cho dây chuyền thử nghiệm.
Phân biệt kiểu tủ hay kiểu đường hầm: hình thái sản phẩm đơn nhất, lô liên tục đến mức một dây chuyền không dừng được, đi đường hầm; nhiều chủng loại, lô vụn, xưởng bố trí theo phân khu sạch, kiểu tủ phù hợp hơn. Trước khi chọn máy cần xác định lượng xếp lô đơn và lũy kế ngày, hình thức đóng gói và độ dày đơn kiện, nhiệt độ tâm mục tiêu, nguồn điện hiện trường và cấp nitơ lỏng, cách giám sát nồng độ oxy.
Thông số máy xem trang sản phẩm tủ cấp đông nitơ lỏng DKN-LFC-600, giải thích về dải băng và đường cong đông kết xem Đường cong đông kết và dải tinh thể băng lớn nhất, ranh giới giữa kiểu tủ và kiểu đường hầm xem Điểm chính chọn tủ cấp đông nitơ lỏng. Muốn đối chiếu cấu hình theo vật liệu và kế hoạch sản xuất của mình, có thể liên hệ với chúng tôi.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao nhấn mạnh nhanh chóng đi qua -1℃～-5℃?
Đây là vùng nước tạo mầm nhiều, tinh thể băng phát triển nhanh, ngành gọi là dải tinh thể băng lớn nhất. Hạ nhiệt càng nhanh, mầm tinh thể càng nhiều, tinh thể băng càng mịn, chèn ép cấu trúc tế bào càng nhỏ; lưu càng lâu, tinh thể băng càng lớn, khả năng vật chất nội bào thoát ra khi hồi nhiệt càng cao.
Độ chính xác điều khiển nhiệt ±1℃ và độ đồng đều nhiệt ±3℃ khác nhau thế nào?
Độ chính xác điều khiển nhiệt là khả năng giữ nhiệt độ ổn định gần giá trị đặt, phản ánh dao động theo thời gian; độ đồng đều nhiệt là độ lệch giữa các vị trí khác nhau trong tủ tại cùng một thời điểm, phản ánh phân bố theo không gian. Cả hai đều phải xem, vì phán đoán dừng lấy điểm đến chậm hơn.
600 kg/h quy đổi thành lượng xếp mỗi lô thế nào?
600 kg/h là năng lực xử lý trong điều kiện sản phẩm và đóng gói cho trước, khác nhau theo sản phẩm và cách đóng gói. Lượng xếp mỗi lô cần tính toán kết hợp độ dày đóng gói, kích thước khay và nhiệt độ tâm mục tiêu, khi lượng xếp thay đổi lớn thì đo thực tế đường cong hạ nhiệt theo từng mức.
Sau khi ra liệu cần chú ý gì?
Điểm then chốt là đừng để tinh thể băng có cơ hội lớn lên lần hai. Trước khi ra liệu làm lạnh trước vật chứa hạ nguồn, nén thời gian chuyển vận; dao động nhiệt độ trong thời gian bảo quản lạnh sâu cũng sẽ khiến tinh thể băng tiếp tục lớn lên, hồ sơ nhiệt độ bàn giao và tồn kho phải xem cùng với hồ sơ đông kết.