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　　1、冷冻干燥机原理全解析
 

　　基本原理概述
 

　　冷冻干燥机，也叫冻干机，其核心原理基于水的叁相变化。水在不同温度和压力条件下会呈现固态(冰)、液态(水)和气态(水蒸气)叁种状态，这叁种状态之间存在特定的平衡关系，而冷冻干燥就是巧妙利用这种关系实现物料脱水的过程。
 

　　2、详细工作过程原理
 

　　??预冻阶段原理??
 

　　物料中通常含有大量的水分，这些水分以游离态和结合态存在于物料组织中。预冻的目的是将物料中的水分全部冻结成冰。当物料被冷却到其共晶点温度以下时，物料中的水分会迅速从液态转变为固态冰。共晶点是物料中所有水分都冻结成冰时的温度，不同物料的共晶点不同。例如，某些水果的共晶点可能在 -20℃左右，而一些生物制品的共晶点可能更低。快速预冻可以使水分形成较小的冰晶，对物料细胞的损伤相对较小，能更好地保持物料的结构和活性；慢速预冻则会形成较大的冰晶，但可能会对物料的组织结构造成一定程度的破坏。
 

　　??升华干燥阶段原理??
 

　　该阶段是在低温和低压的条件下进行的。当物料预冻完成后，通过真空系统将冻干箱内的压力降低到水的三相点压力(约 610.5Pa)以下，同时维持较低的温度。在这种环境下，物料中的冰会直接从固态升华为气态的水蒸气，而跳过了液态阶段，这就是升华现象。为了使冰能够持续升华，需要通过加热系统为物料提供一定的热量，以补充升华过程中所需的能量。但加热温度必须严格控制，不能超过物料所能承受的温度，否则会导致物料中的生物活性物质失活、营养成分被破坏等问题。升华出的水蒸气会在冷阱中被捕获，冷阱的温度通常很低(如 -40℃、 -60℃甚至更低)，水蒸气遇到低温的冷阱表面会重新凝结成冰霜，从而实现水蒸气与物料的分离。
 

　　??解析干燥阶段原理??
 

　　经过升华干燥后，物料中大部分的水分已经被去除，但仍残留有一部分结合水。结合水是与物料中的分子通过氢键、化学键等紧密结合的水分，其蒸发需要更高的能量和更低的压力。在解析干燥阶段，进一步提高冻干箱内的温度(但仍在物料可承受范围内)，同时继续降低压力，使结合水从物料中解析出来并升华。这个过程需要更长的时间和更严格的控制条件，以确保物料中的结合水被充分去除，从而得到含水量极低的干燥制品。
  

　　3、冷冻干燥机术语全解析
 

　　与干燥过程相关的术语
 

　　??共晶点??
 

　　定义：指物料中所有水分都冻结成冰时的温度。当物料温度降低到共晶点以下时，物料中的水分全部以冰的形式存在，这为后续的升华干燥奠定了基础。
 

　　意义：了解物料的共晶点对于确定预冻温度至关重要。预冻温度通常需要低于共晶点一定范围，以确保物料中的水分冻结。例如，如果某物料的共晶点是 -20℃，那么预冻温度可能会设置在 -30℃至 -40℃之间。
 

　　??崩解温度??
 

　　定义：在解析干燥阶段，当物料温度升高到一定程度时，物料的结构会开始崩塌、变软，这个温度就是崩解温度。崩解温度与物料的性质有关，不同的物料有不同的崩解温度。
 

　　意义：在解析干燥过程中，需要严格控制物料的温度，使其低于崩解温度，以保证物料的结构和性能不受破坏。例如，对于一些热敏性的生物制品，其崩解温度可能较低，因此在解析干燥时需要特别小心地控制温度。
 

　　??升华速率??
 

　　定义：指单位时间内物料中冰升华的量。升华速率受到多种因素的影响，如温度、压力、物料的表面积、加热方式等。
 

　　意义：升华速率是衡量冷冻干燥过程效率的重要指标之一。较高的升华速率可以缩短干燥时间，提高生产效率，但过高的升华速率可能会导致物料表面结壳、内部水分难以升华等问题。因此，需要根据物料的性质和干燥要求，合理控制升华速率。
 

　　与设备性能相关的术语
 

　　??极限真空度??
 

　　定义：指冷冻干燥机在理想状态下(无气体泄漏密封)，冻干箱内能够达到的真空度。它反映了真空系统的工作能力。
 

　　意义：极限真空度越低，说明真空系统能够将冻干箱内的压力降得越低，越有利于冰的升华。一般来说，极限真空度越低，干燥过程越容易进行，干燥时间也可能越短。例如，一些高性能的冷冻干燥机的极限真空度可以达到 1Pa 以下。
 

　　??捕水能力??
 

　　定义：指冷阱在一定时间内能够捕获的水蒸气的最大量，通常以千克(办驳)为单位。它体现了冷阱去除水蒸气的能力。
 

　　意义：捕水能力决定了设备一次能够处理的物料量。如果物料中的含水量较高，就需要选择捕水能力较强的设备。例如，对于大规模生产的冷冻干燥机，其捕水能力可能达到几十千克甚至更高。
 

　　??冻干面积??
 

　　定义：指冻干箱内用于放置物料进行干燥的有效面积，通常以平方米(尘&蝉耻辫2;)为单位。它决定了设备一次能够干燥的物料的表面积大小。
 

　　意义：冻干面积越大，设备一次能够处理的物料量就越多。在选择冷冻干燥机时，需要根据生产规模和物料的处理量来选择合适冻干面积的设备。
 

　　与物料相关的术语
 

　　??含水量??
 

　　定义：指物料中所含水分的质量与物料总质量的百分比。在冷冻干燥前后，物料的含水量会发生显着变化。
 

　　意义：含水量是衡量物料干燥程度的重要指标。不同的物料对干燥后的含水量有不同的要求，例如，药品和生物制品通常要求干燥后的含水量极低，以保证其稳定性和有效性；而一些食品可能对含水量的要求相对宽松一些。
 

　　??自由水??
 

　　定义：指物料中未与物料分子结合，能够自由流动的水分。自由水在预冻阶段会首先冻结成冰，在升华干燥阶段会优先升华。
 

　　意义：自由水的存在会影响物料的流动性、保质期等性质。通过冷冻干燥去除自由水，可以延长物料的保质期，提高物料的稳定性。
 

　　??结合水??
 

　　定义：指与物料中的分子通过氢键、化学键等紧密结合的水分。结合水在升华干燥阶段较难去除，需要在解析干燥阶段通过提高温度和降低压力来使其解析升华。
 

　　意义：结合水的去除程度直接影响物料的最终含水量和干燥质量。如果结合水去除不充分，物料可能会在储存过程中出现返潮、变质等问题。