冻干工艺基础—吴小峰.pdf

冻干工艺基础 吴小峰 wxf.breeze@163.com 1、传导： 依靠物体内部的温度差或两个不同物体直接接触，在不产生相 对运动，仅靠物体内部微粒的热运动传递了热量 2、对流： 流体中温度不同的各部分之间发生相对位移时所引起的热量传 递的过程； 3、热辐射 物体通过电磁波传递能量的过程称为辐射，由于热的原因，物 体的内能转化为电磁波的能量而进行的辐射过程。 水的结冰过程 当水的温度降到冰点0℃时，如果缺乏晶核，水并不结冰，温 度继续下降，水还是保持在液体状态，这叫做水的过冷现象； 当水中存在一些外来物质时，外来物质便成为水结冰的晶核， 于是水分子以晶核为核心，并以一定的排列方式结合成固态 的晶格结构。一旦结冰开始之后温度会从过冷温度迅速上升 到0℃（结冰时的放热所引起），在结冰过程中保持0℃不变， 只有全部水都结成冰之后温度才继续下降。 冰晶的数量和大小 成核速率和晶体生长速率 接近0℃时晶核的生长速率增加而成核速率很低，因 此在0℃保持一段时间将产生数量少而尺寸大的晶体； 越过0℃，在较低的温度下冻结时将得到数量多而尺 寸小的晶 慢冻 快冻 预冻对升华的影响 冰晶的大小也影响干燥速率和干燥后产品的溶解速 度和产品质量。大的冰晶利于升华，小的冰晶不利 于升华；大的冰晶溶解慢，小的冰晶溶解快；冰晶 越小干燥后越能反映产品的原来结构。 冷冻对细胞影响 产品冷冻时首先水开始结冰，冰晶的生长逐步造成溶 液的浓缩，即电解质的浓缩，而蛋白质对电解质的浓 度是很敏感的，电解质浓度的增加会引起蛋白质的变 性，而生命体是由蛋白质组成的，蛋白质的变性会引 起生命体的死亡，电解质浓度增加也会引起细胞脱水 而死亡 升华动力 饱和蒸汽梯度压由温差决定 冷阱温度与产品温度的关系 冻干箱和冷阱之间的压差没有必要很大，当压差达到 升华产品温度所对应的冰的饱和蒸汽压的一半时，升 华速率已达到最大值。压差再增加时，升华速率不再 增加。 例如升华的产品温度在-30℃，对应的饱和蒸汽压是 0.37 毫巴，它的一半是0.18 毫巴，0.18 毫巴对应的 温度是-37℃，那末冷阱温度低于-37℃就够了，考虑 到冷阱结冰之后的传热温差，冷阱的实际温度还需再 低一些。 升华效率 饱和蒸汽压 水蒸气流动阻力 升华过程中热量传递 板层温度高低的确定 1、产品抽空时有喷发现象 由于产品还没有冻实时就抽真空的缘故，预冻温度还没有低于 共晶点温度，或者已低于共晶点温度，但时间还不够，产品的 冻结还未完成。解决方法是降低预冻温度和延长预冻时间。 2、产品有干缩和鼓泡现象 由于在升华干燥过程中出现了局部熔化，由液体蒸发为汽体， 造成体积缩小，或者干燥产品溶入液体之中，造成体积缩小， 严重的熔化会产生鼓泡现象，原因是加热太高或局部真空不良 使产品温度超过了共晶点或崩解点温度。解决方法是降低加热 温度和提高冻干箱的真空度，应控制产品温度，使它低于共晶 点或崩解点温度5℃。 3、无固定形状 由于产品中的干物质太少，产品浓度太低，没有形成骨架，甚 至已干燥的产品被升华汽流带到容器的外边。解决方法是增加 产品浓度或添加赋形剂。 4、产品未干完 产品中还有冻结冰存在时就结束冻干，出箱后冻结部分熔化 成液体，少量的液体被干燥产品吸走，形成一个 “空缺”， 液体量大时，干燥产品全部溶解到液体之中，成为浓缩的液 体。这种产品出箱时若触摸容器的底部，有冰凉的感觉，即 使看起来产品良好，但残水含量也不会合格。解决方法是增 加热量供应，提高板层温度或采用真空调节，也可能是干燥 时间不够，需要延长升华干燥或解吸干燥的时间。 5、产品颜色不均匀 产品有结晶花纹，这是由于冷冻速率缓慢引起的，解决方法是 提高冷冻速率，不在0℃左在的温度停留，使产品冻结成较小的 晶体。有时产品中能看到一圈颜色较深的分层线，这往往是升 华中短时间真空不良造成的，短暂停电会产生这种现象。 6、产品上层好，下层不好 ， 升华阶段尚未结束 提