1、冷凍干燥機(jī)技術(shù)原理
 

　　冷凍干燥機(jī)又稱凍干機(jī)，其技術(shù)原理基于水的三相圖，水的三相點溫度為 -0.01℃，壓力為 610.5Pa，在此條件下，水、冰、水蒸氣三相共存且達(dá)到平衡。冷凍干燥就是將含水物料預(yù)先凍結(jié)，然后在低于三相點的溫度和壓力下，使物料中的冰直接升華成水蒸氣排出，從而獲得干燥制品的過程，主要分為預(yù)凍、升華干燥、解析干燥三個階段：
 

　　??預(yù)凍??：將物料置于冷凍干燥機(jī)的凍干箱內(nèi)，通過制冷系統(tǒng)使物料溫度迅速降低至共晶點溫度以下(共晶點是物料中水分全部凍結(jié)時的溫度)，使物料中的水分凍結(jié)成冰。預(yù)凍的速度會影響冰晶的大小，快速預(yù)凍會形成較小冰晶，慢速預(yù)凍則形成較大冰晶，而冰晶大小會影響后續(xù)升華干燥的速率和產(chǎn)品的質(zhì)量。
 

　　??升華干燥??：也叫第一階段干燥，預(yù)凍完成后，開啟真空系統(tǒng)，使凍干箱內(nèi)的壓力降低到一定程度(一般低于 100Pa)，同時通過加熱系統(tǒng)對物料進(jìn)行適當(dāng)加熱。此時，物料中的冰在低溫、低壓條件下直接從固態(tài)升華為氣態(tài)的水蒸氣，水蒸氣通過放置在凍干箱和冷阱之間的冷凝器時，被冷凝成冰霜而除去，從而達(dá)到去除物料中自由水(未與物料結(jié)合的水)的目的。
 

　　??解析干燥??：也叫第二階段干燥，在升華干燥完成后，物料中還殘留有部分結(jié)合水(與物料以化學(xué)鍵或氫鍵結(jié)合的水)，這些結(jié)合水的吸附力較強(qiáng)，需要更高的溫度和更低的壓力才能去除。因此，進(jìn)一步提高凍干箱內(nèi)的溫度(但需控制在物料所能承受的范圍內(nèi)，一般不超過物料的崩解溫度)，繼續(xù)降低壓力，使結(jié)合水從物料中解析出來并升華，從而得到含水量極低的干燥制品。
  

　　2、冷凍干燥機(jī)使用方法
 

　　??準(zhǔn)備工作??
 

　　??檢查設(shè)備??：檢查冷凍干燥機(jī)的各個部件是否連接正常，制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等是否能夠正常運行。檢查冷阱是否清潔，有無結(jié)冰或雜物堆積。
 

　　??準(zhǔn)備物料??：將需要干燥的物料進(jìn)行預(yù)處理，如清洗、切片、裝盤等。物料應(yīng)均勻地放置在物料盤中，物料盤的材質(zhì)和規(guī)格應(yīng)符合冷凍干燥機(jī)的要求。
 

　　??開機(jī)預(yù)熱??：接通冷凍干燥機(jī)的電源，開啟設(shè)備，讓設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱和自檢。預(yù)熱時間根據(jù)設(shè)備的型號和說明書的要求而定。
 

　　??預(yù)凍階段??
 

　　??裝載物料??：將裝有物料的物料盤放入凍干箱內(nèi)的物料架上，確保物料放置平穩(wěn)，避免在預(yù)凍過程中傾倒。
 

　　??設(shè)置預(yù)凍參數(shù)??：根據(jù)物料的性質(zhì)和要求，設(shè)置預(yù)凍溫度和時間。一般來說，預(yù)凍溫度應(yīng)低于物料的共晶點溫度，預(yù)凍時間根據(jù)物料的量和厚度而定，通常需要數(shù)小時。
 

　　??開始預(yù)凍??：啟動制冷系統(tǒng)，使物料開始預(yù)凍。在預(yù)凍過程中，要密切觀察物料的溫度變化，確保物料能夠凍結(jié)。
 

　　??升華干燥階段??
 

　　??抽真空??：當(dāng)物料預(yù)凍完成后，關(guān)閉制冷系統(tǒng)的制冷功能(部分設(shè)備可自動切換)，開啟真空系統(tǒng)，開始對凍干箱內(nèi)抽真空。抽真空的速度要適中，避免過快抽真空導(dǎo)致物料表面的冰晶融化。
 

　　??設(shè)置升華干燥參數(shù)??：設(shè)置升華干燥階段的溫度、壓力和時間。升華干燥階段的溫度一般控制在較低的水平，以避免物料中的冰晶融化；壓力要保持在較低的范圍，以保證冰能夠順利升華。升華干燥時間根據(jù)物料的量和性質(zhì)而定，通常需要數(shù)小時至數(shù)十小時。
 

　　??監(jiān)控過程??：在升華干燥過程中，要密切觀察凍干箱內(nèi)的壓力、溫度和真空度的變化，以及物料的外觀和狀態(tài)。如有異常情況，應(yīng)及時調(diào)整參數(shù)或停止設(shè)備運行。
 

　　??解析干燥階段??
 

　　??設(shè)置解析干燥參數(shù)??：當(dāng)升華干燥完成后，進(jìn)入解析干燥階段。設(shè)置解析干燥階段的溫度、壓力和時間。解析干燥階段的溫度要比升華干燥階段高，以去除物料中的結(jié)合水；壓力要進(jìn)一步降低，以保證結(jié)合水能夠順利解析升華。
 

　　??繼續(xù)干燥??：啟動加熱系統(tǒng)，對物料進(jìn)行加熱，同時繼續(xù)抽真空，使物料中的結(jié)合水解析升華。解析干燥時間根據(jù)物料的量和性質(zhì)而定，通常需要數(shù)小時至數(shù)十小時。
 

　　??結(jié)束干燥??：當(dāng)解析干燥完成后，物料的含水量達(dá)到要求，關(guān)閉加熱系統(tǒng)和真空系統(tǒng)，讓凍干箱內(nèi)的壓力逐漸恢復(fù)到常壓。
 

　　??卸載物料??
 

　　??取出物料??：打開凍干箱的門，小心地取出干燥后的物料。干燥后的物料應(yīng)具有良好的疏松性和復(fù)水性，且色澤、形狀和營養(yǎng)成分基本保持不變。
 

　　??清潔設(shè)備??：清理凍干箱內(nèi)的物料殘渣和冰霜，清潔物料盤和設(shè)備內(nèi)部的各個部件，保持設(shè)備的清潔和衛(wèi)生。
 

　　3、冷凍干燥機(jī)的作用
 

　　??保持物料原有品質(zhì)??：在低溫和低壓條件下進(jìn)行干燥，避免了物料在高溫干燥過程中發(fā)生氧化、分解、變性等化學(xué)反應(yīng)，能夠保持物料的原有色澤、香氣、味道、營養(yǎng)成分和生物活性。例如，在食品行業(yè)，冷凍干燥可以保留水果、蔬菜、肉類等食品的營養(yǎng)成分和風(fēng)味；在制藥行業(yè)，能夠保證藥品的有效性和穩(wěn)定性。
 

　　??延長物料保質(zhì)期??：經(jīng)過冷凍干燥處理后的物料，含水量極低，微生物和酶的活動受到抑制，從而大大延長了物料的保質(zhì)期。而且干燥后的物料呈疏松多孔狀，具有良好的復(fù)水性，在需要使用時，只需加入適量的水，物料就能夠迅速恢復(fù)到原來的狀態(tài)。
 

　　??便于儲存和運輸??：冷凍干燥后的物料重量輕、體積小，降低了儲存和運輸成本。同時，由于其具有良好的穩(wěn)定性和復(fù)水性，便于在常溫下儲存和長途運輸，特別適合于一些對儲存條件要求較高的物料，如生物制品、藥品、高檔食品等。
 

　　??適應(yīng)特殊物料干燥??：對于一些熱敏性物料(如抗生素、酶、激素等)、易氧化物料(如油脂、維生素等)和具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的物料(如生物組織、中藥材等)，傳統(tǒng)的干燥方法可能會導(dǎo)致物料的品質(zhì)下降或損壞，而冷凍干燥機(jī)能夠很好地解決這些問題，為這些特殊物料的干燥提供了有效的解決方案。
  

　　4、冷凍干燥機(jī)參數(shù)組成
 

　　??凍干面積??：指凍干箱內(nèi)能夠用于放置物料進(jìn)行干燥的面積大小，通常以平方米(m²)為單位。凍干面積的大小決定了設(shè)備一次能夠處理的物料量，用戶可根據(jù)自己的生產(chǎn)需求選擇合適凍干面積的設(shè)備。
 

　　??冷阱溫度??：冷阱是用于捕獲升華出來的水蒸氣的部件，其溫度越低，捕獲水蒸氣的能力就越強(qiáng)，能夠保證凍干箱內(nèi)的真空度。一般冷阱溫度可達(dá) -40℃、 -60℃、 -80℃甚至更低，冷阱溫度越低，設(shè)備的性能越好，適用于對干燥要求較高的物料。
 

　　??極限真空度??：指凍干箱在密封且沒有任何氣體泄漏的情況下，能夠達(dá)到的真空度，通常以帕斯卡(Pa)為單位。極限真空度反映了設(shè)備的真空系統(tǒng)性能，極限真空度越低，說明設(shè)備的真空度越高，越有利于物料中冰的升華，提高干燥效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
 

　　??捕水能力??：也稱為冷阱捕水量，是指冷阱在一定時間內(nèi)能夠捕獲的水蒸氣的最大量，通常以千克(kg)為單位。捕水能力決定了設(shè)備一次能夠干燥的物料含水量，用戶在選擇設(shè)備時，需要根據(jù)物料的含水量和干燥量來考慮設(shè)備的捕水能力。
 

　　??物料盤尺寸和數(shù)量??：物料盤的尺寸和數(shù)量決定了凍干箱內(nèi)能夠放置物料的盤數(shù)和每盤物料的裝載量，不同的凍干機(jī)其物料盤的尺寸和數(shù)量可能不同，用戶可根據(jù)自己的物料形狀和裝載要求選擇合適的物料盤。
 

　　??功率??：指冷凍干燥機(jī)在運行過程中所消耗的電功率，通常以千瓦(kW)為單位。功率大小與設(shè)備的制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等的功率有關(guān)，功率越大，設(shè)備的運行能力越強(qiáng)，但同時也會消耗更多的電能。