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技術(shù)文章
凍干機(jī)冷凍干燥的原理
點(diǎn)擊次數(shù)：819 發(fā)布時(shí)間：2017-10-16
冷凍干燥就是把含有大量水分物質(zhì)，預(yù)先進(jìn)行降溫凍結(jié)成固體,，然后在真空的條件下使水蒸汽直接升華出來,，而物質(zhì)本身剩留在凍結(jié)時(shí)的冰架中，因此它干燥后體積不變，疏松多孔在升華時(shí)要吸收熱量,。引起產(chǎn)品本身溫度的下降而減慢升華速度,，為了增加升華速度，縮短干燥時(shí)間,，必須要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)加熱,。整個(gè)干燥是在較低的溫度下進(jìn)行的。
凍干機(jī)按系統(tǒng)分,，由致冷系統(tǒng),、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng),、和控制系統(tǒng)四個(gè)主要部分組成,。按結(jié)構(gòu)分，由凍干箱或稱干燥箱,、冷凝器或稱水汽凝集器,、冷凍機(jī)、真空泵和閥門,、電氣控制元件等組成,。
凍干箱是一個(gè)能夠致冷到-40℃左右，能夠加熱到+50℃左右的高低溫箱,，也是一個(gè)能抽成真空的密閉容器,。它是凍干機(jī)的主要部分，需要凍干的產(chǎn)品就放在箱內(nèi)分層的金屬板層上,，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行冷凍,，并在真空下加溫，使產(chǎn)品內(nèi)的水分升華而干燥,。
冷凝器同樣是一個(gè)真空密閉容器,，在它的內(nèi)部有一個(gè)較大表面積的金屬吸附面，吸附面的溫度能降到-40℃以下,，并且能恒定地維持這個(gè)低溫,。冷凝器的功用是把凍干箱內(nèi)產(chǎn)品升華出來的水蒸氣凍結(jié)吸附在其金屬表面上。
凍干箱,、冷凝器,、真空管道和閥門，再加上真空泵,，便構(gòu)成凍干機(jī)的真空系統(tǒng),。真空系統(tǒng)要求沒有漏氣現(xiàn)象，真空泵是真空系統(tǒng)建立真空的重要部件,。真空系統(tǒng)對(duì)于產(chǎn)品的迅速升華干燥是*的,。
致冷系統(tǒng)由冷凍機(jī)與凍干箱,、冷凝器內(nèi)部的管道等組成。冷凍機(jī)可以是互相獨(dú)立的二套,，也可以合用一套,。冷凍機(jī)的功用是對(duì)凍干箱和冷凝器進(jìn)行致冷，以產(chǎn)生和維持它們工作時(shí)所需要的低溫,，它有直接致冷和間接致冷二種方式,。
加熱系統(tǒng)對(duì)于不同的凍干機(jī)有不同的加熱方式。有的是利用直接電加熱法,；有的則利用中間介質(zhì)來進(jìn)行加熱,，由一臺(tái)泵使中間介質(zhì)不斷循環(huán)。加熱系統(tǒng)的作用是對(duì)凍干箱內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行加熱,，以使產(chǎn)品內(nèi)的水份不斷升華,，并達(dá)到規(guī)定的殘余水份要求。
控制系統(tǒng)由各種控制開關(guān),，指示調(diào)節(jié)儀表及一些自動(dòng)裝置等組成,，它可以較為簡單，也可以很復(fù)雜,。一般自動(dòng)化程度較高的凍干機(jī)則控制系統(tǒng)較為復(fù)雜,。控制系統(tǒng)的功用是對(duì)凍干機(jī)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制,，操縱機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn),，以凍干出合乎要求的產(chǎn)品來。
冷凍干燥的程序是這樣的：在凍干之前,，把需要凍干的產(chǎn)品分裝在合適的容器內(nèi),，一般是玻瓶或安瓶，裝量要均勻,，蒸發(fā)表面盡量大而厚度盡量薄些,；然后放入與凍干箱尺寸相適應(yīng)的金屬盤內(nèi)。裝箱之前,，先將凍干箱進(jìn)行空箱降溫,，然后將產(chǎn)品放入凍干箱內(nèi)進(jìn)行預(yù)凍，抽真空之前要根據(jù)冷凝器冷凍機(jī)的降溫速度提前使冷凝器工作,，抽真空時(shí)冷凝器應(yīng)達(dá)到-40℃左右的溫度，待真空度達(dá)到一定數(shù)值后(通常應(yīng)達(dá)到100uHg以上的真空度),，即可對(duì)箱內(nèi)產(chǎn)品進(jìn)行加熱,。一般加熱分兩步進(jìn)行，*步加溫不使產(chǎn)品的溫度超過共熔點(diǎn)的溫度,；待產(chǎn)品內(nèi)水份基本干完后進(jìn)行第二步加溫,，這時(shí)可迅速地使產(chǎn)品上升的規(guī)定的zui高溫度,。在zui高溫度保持?jǐn)?shù)小時(shí)后，即可結(jié)束凍干,。
整個(gè)升華干燥的時(shí)間約12-24小時(shí)左右,，與產(chǎn)品在每瓶內(nèi)的裝量，總裝量,，玻璃容器的形狀,、規(guī)格，產(chǎn)品的種類,，凍干曲線及機(jī)器的性能等等有關(guān),。
凍干結(jié)束后，要放干燥無菌的空氣進(jìn)入干燥箱,，然后盡快地進(jìn)行加塞封口,，以防重新吸收空氣中的水份。
在凍干過程中,，把產(chǎn)品和板層的溫度,、冷凝器溫度和真空度對(duì)照時(shí)間劃成曲線，叫做凍干曲線,。一般以溫度為縱坐標(biāo),，時(shí)間為橫坐標(biāo)。凍干不同的產(chǎn)品采用不同的凍干曲線,。同一產(chǎn)品使用不同的凍干曲線時(shí),，產(chǎn)品的質(zhì)量也不相同，凍干曲線還與凍干機(jī)的性能有關(guān),。因此不同的產(chǎn)品,，不同的凍干機(jī)應(yīng)用不同的凍干曲線。