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真空冻干机的工作原理

返回列表来源:诸城市博汇机械有限公司 网址:www.shyihemy.com/发布日期 2020-12-17 浏览:

  真空冻干机的工作原理

  冷冻干燥是利用升华的原理进行干燥的一种,是将燥的物质在低温下冻结,然后在适当的真空环境下,使冻结的水直接升华成为水蒸气逸出的过程. 冷冻干燥得到的产物称作冻干物(lyophilizer),该过程称作冻干(lyophilization)。

  物质在干燥前处于低温(冻结状态),同时冰晶均匀分布于物质中,升华过程不会因脱水而发生浓缩现象,避免了由水蒸气产生泡沫、氧化等。干燥物质呈干海绵多孔状,体积基本不变,易溶于水而恢复原状。在大干燥物质的理化和生物学方面的变性。

  冷冻干燥机系由制冷系统、真空系统、加热系统、电器仪表控制系统所组成。主要部件为干燥箱、凝结器、冷冻机组、真空泵、加热/冷却装置等。它的工作原理是将燥的物品先冻结到三相点温度以下,然后在真空条件下使物品中的固态水份(冰)直接升华成水蒸气,从物品中排除,使物品干燥。物料经前处理后,被送入速冻仓冻结,再送入干燥仓升华脱水,之后在后处理车间包装。真空系统为升华干燥仓建立低气压条件,加热系统向物料提供升华潜热,制冷系统向冷阱和干燥室提供所需的冷量。 本设备采用高效辐射加热,物料受热均匀;采用高效捕水冷阱,并可实现化霜;采用高效真空机组,并可实现油水分离;采用并联集中制冷系统,多路按需供冷,工况稳定,有利;采用人工控制,控制精度高,操作方便。

真空冻干机设备

  对冻干制品的质量要求是:生物活性不变、外观色泽均匀、形态饱满、结构、溶解速度快,残余水分低。要获得高质量的制品,对冻干的理论和工艺应有一个比较的了解。冻干工艺包括预冻、升华和再冻干三个分阶段。合理而地缩短冻干的周期在工业生产上的经济价值。

  一 制品的冻结

  溶液速冻时(每分钟降温~℃),晶粒保持在显微镜下可见的大小;相反慢冻时(℃/分),形成的结晶肉眼可见。粗晶在升华留下较大的空隙,可以冻干的效率,细晶在升华后留下的间隙较小,使下层升华受阻,速成冻的成品粒子细腻,外观均匀,比表面积大,多孔结构好,溶解速度快,便成品的引湿性相对也要强些。

  品在冻干机中预冻在两种方式:一种是制品与干燥箱同时降温,;另一种是待干燥箱搁板降温至-℃左右,再将制品放入,前者相当于慢冻,后者则介于速冻与慢冻之间,因而常被采用,以兼顾冻干效率与产品质量。此法的缺点是制品入箱时,空气中的水蒸气将地凝结在搁板上,而在升华初期,若板升温较快,由于大面积的升华将有可能凝结器的正常负荷。此现象在夏季显著。

  二升华的条件与速度

  冰在温度下的饱和蒸汽压大于环境的水蒸气分压时开始升华;比制品温低的凝结器对水水蒸气的抽吸与捕获作用,则是维护升所的条件。

  气体在两次连续碰撞之间所走的距离称为平均程,它与压力成反比。在常压下,其值很小,升华的水很容易与气体碰撞又返回到蒸汽源表面,因而升华速度很漫。随着压力降低.Pa以下,平均程增大,使升华速度显著加快,飞离出来的水很少改变自己的方面,从而形成了定向的蒸汽流。

真空冻干机

  真空泵在冻干机中起着抽除气体的作用,以维护升华所的低压强。g水蒸气在常压下为.L而在.Pa时却膨胀为升,普通的真空泵在单位时间内抽除如此大量的体积是不可能的。凝结器实际上形成了捕集水蒸气的真空泵。

  三升华过程

  在升温的阶段(大量升华阶段),制品温度要低于其共晶点一个范围。因此搁板温要加以控制,若制品已经部分干燥,但温度却了其共晶点,此时将发生制品融化现象,而此时融化的液体,对冰饱和,对溶质却未饱和,因而干燥的溶质将溶解进去,后浓缩成一薄僵块,外观不良,溶解速度很差,若制品的融化发生在大量升华后期,则由于融化的液体数量较少,因而燥的孔性固体所吸收,造成冻干后块状物有所缺损,加水溶解时仍能发现溶解速度较慢。

  在大量升华过程,虽然搁板和制品温度有很大悬殊,但由于板温、凝结器温度和真空温度基本不变,因而升华吸热比较稳定,制品温度相对恒定。随着制品自上而下层层干燥,冰层升华的阻力逐渐增大。制品温度相应也会小幅上升。直至用肉眼已不到冰晶的存在。此时的水分已除去。大量升华的过程至此已基本结束,为了整箱制品大量升华完毕,板温仍需保持一个阶段后再进行阶段的升温。剩余几的水分称残余水分,它与状态的水在物理化学性质上有所不同,残余水分包括了化学结合之水与物理结合之水,诸如化合的结晶水结晶、蛋白质通过键结合的水以及固体表面或毛细管中吸附水等。由于残余水分受到某种引力的束缚,其饱和蒸汽压则是不同程度的降低,因而干燥速度明显下降。虽然制品温度残余水分的气化,但若某温度,生物活性也可能急剧下降。

  四冻干曲线

  将搁板温度与制品温度间的变化记录下来,得到冻干曲线。比较典型的冻干曲线系将搁板升温分为两个阶段,在大量升华时搁板温度保持较低,根据实际情况,一般可控制在-至+之间。阶段则根据制品性质将搁板温度适当调高,此法适用于其熔点较低的制品。若对制品的性能尚不清楚,机器性能较差或其工作不够稳定时,用此法也比较稳妥。

  如果制品共晶点较高,系统的真空度也能保持良好,凝结器的制冷能力充裕,则也可采用的升温速度,将搁板温度升高至允许的高温度,直至冻干结束,但也需制品在大量升华时的温度不得共晶点。

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