冻干机表面平整度对冷冻干燥的影响。

       薄板是冻干机设备的重要组成部分。冻干周期中的预冻，升华干燥和解析干燥中涉及的制冷和加热都需要通过板层来完成。无论采用瓶装或托盘，板层的平整度对自动进料和冷冻干燥过程都会产生影响。

       一、导致板层不平整的主要因素

       假定板层产生的不锈钢板材料本身没有质量问题，导致板层不平的主要原因是所采用的焊接工艺。焊接造成的板层不平整主要来源于两点：第一，焊接产生的应力；第二，焊接完成板层热疲劳难受性不佳。在国内制造商常用的焊接工艺中，塞焊，又称打空焊（见图一），由于加工简单，成本相对较低，在冻干机板层焊接中应用较为广泛。然而，焊接过程中会产生较大的应力，长时间使用时，这些应力会逐渐释放，造成板层变形甚至焊点泄漏。另一种常用焊接工艺为高温真空钎焊（见图二）。该工艺较为复杂，虽然可以避免塞焊导致的焊点泄露，但是由于钎焊料和不锈钢板材的热膨胀系数差异较大，板层热疲劳难受性不佳。在冻干过程中，板层需经受-40°C至40°C（若有蒸气灭菌过程，则至120°C）的反复温差变化，在使用两年以后，钎焊层有开裂起鼓的风险。三是储能电阻焊工艺(见图3)工艺复杂，对加工设备要求高，国外厂家应用广泛。然而，由于焊接质量不能检测，导致焊点极容易出现虚焊，经过反复的高低温变化后，板层仍有开裂起鼓的危险。

       1. 托盘冻干

冻干机的板层如果不平整，对托盘冻干的影响会比较明显。在升华干燥和解析干燥过程中，热量一般以三种形式传递给容器：直接接触，气体分子碰撞和热辐射。由于西林瓶底部和板层之间通常存在一定的孔隙，因此，气体分子碰撞热传导是西林瓶冻干中的主要热传导方式。假设托盘和板层接触面完全平整，那么直接接触热传导则为托盘冻干中的主要热传导方式。当板层如图四所示，不再不平整时，传热方式则从直接接触变为直接接触附加气体分子碰撞。这一转变将导致托盘传热系数的下降。如图五所示，当板层和托盘的间距S增大时，一个特定真空度下的传热系数α会出现明显下降。在冻干通常所采用的真空度范围内（0.1 – 0.3 mbar），当间距S超过2 mm时，传热系数α的下降将趋于平缓。假设一个冻干工艺中的真空度设定在0.27 mbar，那么托盘在S=0 mm至S=2 mm之间的传热系数可根据文献2中的数据计算得出。如图六所示，当托盘和板层间的间距增加到1 mm时，托盘的传热系数就下降到S=0时的50%以下。传热系数的下降导致的直接后果就是升华干燥中产品温度的降低和升华干燥所需的时间延长。需要注意的是，图六中S=0.5 mm至S=2 mm的传热系数是假设板层和托盘完全无接触，这种情况在实际应用中显然不可能出现。为了更贴近实际情况，可以假设搁板于托盘间有30%的区域由于板层的不平整没有完全接触，升华干燥的条件为：搁板温度设置在0°C，真空度设置在0.27 mbar，产品固含量为2%，升华干燥所需时间为135小时。利用数学模型可计算出图七中的结果，可见当托盘于板层的间距增加到0.5 mm，1 mm和2 mm时，移除产品中所有的冰所需的时间分别增加了11%，15%和33%。这不仅意味着生产成本的提高，而且如果没有合适的判定升华干燥终点的方法，同时忽视了板层平整度带来的升华速率的下降，很有可能导致整个批次产品的发生回溶，继而成为废品。

2. 西林品冻干

对于西林品冻干来说，由于每个瓶体均为独立，板层的不平整不会导致托盘冻干中的传热效率下降的问题。但是，如果板层不平整的问题较为严重，则有可能导致在自动进出料的过程中发生倒瓶，从而影响整个冻干流程。