冷凍干燥目前在醫(yī)藥工業(yè),食品工業(yè),科研和其他部門得到廣泛的應(yīng)用。產(chǎn)品的冷凍干燥需要在一定裝置中進(jìn)行,這個(gè)裝置叫做真空,簡稱凍干機(jī)。
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。
凍干機(jī)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。
凍干機(jī)(lyophilizer或freeze dryer)起源于19世紀(jì)20年代的真空冷凍干燥技術(shù)經(jīng)歷了幾十年的起伏和徘徊后,在后的20年中取得了長足進(jìn)展。進(jìn)入21世紀(jì),真空凍干技術(shù)憑借其它干燥方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn),越來越受到人們的青睞,除了在醫(yī)藥、生物制品、食品、血液制品、活性物質(zhì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用外,其應(yīng)用規(guī)模和領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大中。為此,真空冷凍干燥必將成為21世紀(jì)的重要應(yīng)用技術(shù)。凍干機(jī)簡述
冷凍干燥的基本原理是基于水的三態(tài)變化。水有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài),三種狀態(tài)既可以相互轉(zhuǎn)換又可以共存。 當(dāng)水在三相點(diǎn)(溫度為0.01℃,水蒸氣壓為610.5Pa)時(shí),水、冰、水蒸氣三者可共存且相互平衡。在高真空狀態(tài)下,利用升華原理,使預(yù)先凍結(jié)的物料中的水分,不經(jīng)過冰的融化,直接以冰態(tài)升華為水蒸汽被除去,從而達(dá)到冷凍干燥的目的。 凍干制品呈海綿狀、無干縮、復(fù)水性、含水分極少,相應(yīng)包裝后可在常溫下長時(shí)間保存和運(yùn)輸。 由于真空冷凍干燥具有其它干燥方法無可比擬的優(yōu)點(diǎn),因此該技術(shù)問世以來越來越 受到人們的青睞,在醫(yī)藥、生物制品和食品方面的應(yīng)用已日益廣泛。血清、菌種、中西醫(yī)藥等生物制品多為一些生物活性物質(zhì),真空冷凍干燥技術(shù)也為保存生物活性提供了良好的解決途徑。
凍干機(jī)相對(duì)常規(guī)方法,凍干法具有如下優(yōu)點(diǎn):* 許多熱敏性的物質(zhì)不會(huì)發(fā)生變性或失活。
* 在低溫下干燥時(shí),物質(zhì)中的一些揮發(fā)性成分損失很小。* 在凍干過程中,微生物的生長和酶的作用無法進(jìn)行,因此能保持原來的性狀。* 由于在凍結(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行干燥,因此體積幾乎不變,保持了原來的結(jié)構(gòu),不會(huì)發(fā)生濃縮現(xiàn)象。* 由于物料中水分在預(yù)凍以后以冰晶的形態(tài)存在,原來溶于水中的無機(jī)鹽類溶解物質(zhì)被均勻地分配在物料之中。升華時(shí),溶于水中的溶解物質(zhì)就析出,避免了一般干燥方法中因物料內(nèi)部水分向表面遷移所攜帶的無機(jī)鹽在表面析出而造成表面硬化的現(xiàn)象。* 干燥后的物質(zhì)疏松多孔,呈海綿狀,加水后溶解迅速而完全,幾乎立即恢復(fù)原來的性狀。* 由于干燥在真空下進(jìn)行,氧氣極少,因此一些易氧化的物質(zhì)得到了保護(hù)。* 干燥能排除95%~99%以上的水分,使干燥后產(chǎn)品能長期保存而不致變質(zhì)。* 因物料處于凍結(jié)狀態(tài),溫度很低,所以供熱的熱源溫度要求不高,采用常溫或溫度不高的加熱器即可滿足要求。如果冷凍室和干燥室分開時(shí),干燥室不需絕熱,不會(huì)有很多的熱損失,故熱能的利用很經(jīng)濟(jì)。正所謂沒有的技術(shù),真空冷凍干燥技術(shù)的主要缺點(diǎn)是成本高。由于它需要真空和低溫條件,所以真空冷凍干燥機(jī)要配置一套真空系統(tǒng)和低溫系統(tǒng),因而投用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用都比較高。真空冷凍干燥技術(shù)在生物工程、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、材料科學(xué)和農(nóng)副產(chǎn)品深加工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
凍干機(jī)相對(duì)常規(guī)方法,凍干法具有如下優(yōu)點(diǎn):* 許多熱敏性的物質(zhì)不會(huì)發(fā)生變性或失活。
* 在低溫下干燥時(shí),物質(zhì)中的一些揮發(fā)性成分損失很小。* 在凍干過程中,微生物的生長和酶的作用無法進(jìn)行,因此能保持原來的性狀。* 由于在凍結(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行干燥,因此體積幾乎不變,保持了原來的結(jié)構(gòu),不會(huì)發(fā)生濃縮現(xiàn)象。* 由于物料中水分在預(yù)凍以后以冰晶的形態(tài)存在,原來溶于水中的無機(jī)鹽類溶解物質(zhì)被均勻地分配在物料之中。升華時(shí),溶于水中的溶解物質(zhì)就析出,避免了一般干燥方法中因物料內(nèi)部水分向表面遷移所攜帶的無機(jī)鹽在表面析出而造成表面硬化的現(xiàn)象。* 干燥后的物質(zhì)疏松多孔,呈海綿狀,加水后溶解迅速而完全,幾乎立即恢復(fù)原來的性狀。* 由于干燥在真空下進(jìn)行,氧氣極少,因此一些易氧化的物質(zhì)得到了保護(hù)。* 干燥能排除95%~99%以上的水分,使干燥后產(chǎn)品能長期保存而不致變質(zhì)。* 因物料處于凍結(jié)狀態(tài),溫度很低,所以供熱的熱源溫度要求不高,采用常溫或溫度不高的加熱器即可滿足要求。如果冷凍室和干燥室分開時(shí),干燥室不需絕熱,不會(huì)有很多的熱損失,故熱能的利用很經(jīng)濟(jì)。正所謂沒有的技術(shù),真空冷凍干燥技術(shù)的主要缺點(diǎn)是成本高。由于它需要真空和低溫條件,所以真空冷凍干燥機(jī)要配置一套真空系統(tǒng)和低溫系統(tǒng),因而投用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用都比較高。真空冷凍干燥技術(shù)在生物工程、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、材料科學(xué)和農(nóng)副產(chǎn)品深加工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
凍干原理
一、汽化與升華
物質(zhì)從液相變?yōu)闅庀嗟倪^程叫做汽化。對(duì)于水來說,如環(huán)境溫度大于0℃、水汽分壓小于水的飽和蒸汽壓,則汽化能順利進(jìn)行。目前大多數(shù)干燥方法都是照此原理進(jìn)行工作。
物質(zhì)從固相變?yōu)闅庀嗟倪^程叫做升華。如果環(huán)境溫度小于0℃,水以固態(tài)冰的形式存在,環(huán)境中水汽分壓小于冰表面的水飽和蒸汽壓,則升華能順利進(jìn)行。如此時(shí)環(huán)境中水汽分壓大于冰表面的水飽和蒸汽壓,則水汽凝結(jié)成冰或霜,我們稱此為凝華,它是升華的相反過程。
二、凍干現(xiàn)象
人們普遍的概念,清洗衣料后,衣料干燥應(yīng)在較高的溫度、通風(fēng)干燥的環(huán)境下進(jìn)行,環(huán)境溫度越高、空氣干燥度越高,則衣料干得越快。可在嚴(yán)寒地區(qū),人們發(fā)現(xiàn)洗過的衣料,涼在始終冰雪不化的背陽處,凍成硬梆梆的衣料也會(huì)干燥。另外人們也發(fā)現(xiàn)放在冷庫、冰箱冷凍室中未包裝的食品,雖然凍得很硬,但表面已經(jīng)干燥,這些就是凍干現(xiàn)象。
三、凍干原理及定義
我們知道,當(dāng)溫度為0℃時(shí),水剛好處于冰點(diǎn),此時(shí)水處于液、氣、固三態(tài)并存,我們把此點(diǎn)叫做水的三相點(diǎn)。溫度向上,水以汽、液二相出現(xiàn);溫度向下、水以汽、固二相形態(tài)出現(xiàn)。
當(dāng)水凍結(jié)成冰后,從前面的學(xué)習(xí)中我們知道,只要環(huán)境中的水汽分壓小于對(duì)應(yīng)溫度冰的飽和蒸汽壓,則冰直接從固態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)而進(jìn)行干燥過程,我們把這一過程叫做升華干燥,冰直接從固態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)的現(xiàn)象叫升華。我們把物料在凍結(jié)的情況下進(jìn)行干燥,在干燥過程中冰不溶化,冰從固態(tài)直接汽化而干燥的過程叫冷凍干燥(簡稱凍干)。
四、恒邁凍干機(jī)
利用真空冷凍干燥原理制造,結(jié)構(gòu)合理,維護(hù)方便、費(fèi)用低廉,全自動(dòng)控制、操作方便;具有凍干曲線自整定、顯示記錄各參數(shù)功能,工作狀態(tài)一目了然,不必為凍干曲線的設(shè)定而煩惱;操作人員僅需按鈕開機(jī),根據(jù)指示燈出料即可;功能周全,速凍、凍干一次完成,無需配套設(shè)施(如蒸汽鍋爐、空壓泵等等),通上電源便可工作;的環(huán)境適應(yīng)能力,在40℃的高溫下能照常運(yùn)行;設(shè)計(jì)特,運(yùn)行周期短,能耗極低,使格物料的凍干有利可圖。
恒邁凍干機(jī)與其他凍干機(jī)相比,同樣處理能力的設(shè)備,其功率配備僅為二分之一或更低。干燥時(shí)間短,一般為8—16小時(shí)(視物料的性質(zhì)而定)。相比之下節(jié)能效果明顯、實(shí)在。