冻干工艺原理
冻干的原理
冻干的原理冻干技术是一种将物质在低温下冷冻，然后在真空环境下将水分从物质中蒸发掉的技术。
这种技术可以用于食品、药品、化妆品等领域，可以延长物质的保质期，保持其原有的营养成分和口感。
冻干技术的原理是利用低温下水分的物理性质，将物质中的水分转化为固态冰，然后在真空环境下将冰直接转化为水蒸气，从而达到干燥的效果。
这种技术可以避免高温下物质的化学反应，保持物质的原有性质和营养成分。
在食品领域，冻干技术可以用于制作各种干果、蔬菜、肉类等食品。
这种技术可以保持食品的原有口感和营养成分，同时延长食品的保质期。
例如，冻干草莓可以保持草莓的原有口感和营养成分，同时可以在不加防腐剂的情况下保存数年之久。
在药品领域，冻干技术可以用于制作各种药品，例如疫苗、抗生素等。
这种技术可以保持药品的原有活性成分，同时延长药品的保质期。
例如，冻干疫苗可以在不加防腐剂的情况下保存数年之久，同时保持疫苗的原有活性成分。
在化妆品领域，冻干技术可以用于制作各种化妆品，例如面膜、精华液等。
这种技术可以保持化妆品的原有成分和效果，同时延长化妆品的保质期。
例如，冻干面膜可以在不加防腐剂的情况下保存数年之久，同时保持面膜的原有成分和效果。
冻干技术的优点是可以保持物质的原有性质和营养成分，同时延长物质的保质期。
这种技术可以避免高温下物质的化学反应，保持物质的原有性质和营养成分。
同时，冻干技术可以在不加防腐剂的情况下保存物质，避免了防腐剂对人体的危害。
冻干技术的缺点是设备成本较高，同时生产过程较为复杂。
此外，冻干技术需要在低温下进行，需要消耗大量的能源。
冻干技术是一种可以延长物质保质期，保持物质原有性质和营养成分的技术。
这种技术可以用于食品、药品、化妆品等领域，可以提高产品的品质和降低产品的成本。
随着科技的不断进步，冻干技术将会得到更广泛的应用。
冷冻干燥
一、冷冻干燥技术原理冷冻干燥即通常所说的冻干，是将含有大量水分的生物活性物质先行降温冻结成固体，再在真空和适当加温条件下使固体水分子直接升华成水汽抽出，最后使生物活性物质形成疏松、多孔样固状物。
冷冻于燥技术的特点是：整个冻干过程在低温真空条件下进行，能有效地保护热敏性物质的生物活性，如酶、微生物、激素等经冻干后生物活性仍能得到保留；能有效地降低氧分子对酶、微生物等的作用，保持物质原来的性状；干燥物呈海绵状结构，体积几乎不变，加水后迅速溶解，并恢复原来状态；干燥能排除95%以上的水分，使干燥后的产品能长期保存而不致变质。
二、冷冻干燥技术方法（一）冻干设备与装置物质的冻干在冷冻真空干燥系统中进行。
冷冻真空干燥系统由致冷系统、真空系统、加热系统和控制系统四个部分组成。
1.致冷系统由冷冻机、冻干箱和冷凝器内部的管道组成。
其功用是对冻干箱和冷凝器进行致冷，以产生和维持冻干过程中的低温条件。
2.真空系统由真空泵、冻干箱、冷凝器及真空管道和阀门组成。
真空泵为该系统重要的动力部件，必须具有高度的密封性能，使制品达到良好的升华效果。
3.加热系统常利用电加热装置。
加热系统可使冻干箱加热，使物质中的水分不断升华而干燥。
4.控制系统由各种控制开关、指示和记录仪表、自动控制元件等组成。
其功用是对冻干设备进行手动或自动控制，使其正常运行，保证冻干制品的质量。
（二）冻干程序1.测量共熔点生物制品在冻干前多配成溶液或混悬液，溶液随温度降低而发生凝固冻结，达到全部凝固冻结的温度称为凝固点或称共晶点。
不同物质的凝固点不同。
实质上物质的凝固点也就是该物质的熔化点，故又称该温度为共熔点，准备冻干的产品在升华前，必须达到共熔点以下的温度，否则则严重影响产品质量。
不同生物制品的共熔点不同，生物制品的共熔点依其组成成分不同而异，必须测定每种生物制品的共熔点才有可能按此共熔点进行冻干。
测定共熔点的原理是根据导电溶液的电阻与温度相关，当温度降低时电阻加大，当降到共熔点时电阻突然增大，此时的温度即为该溶液物质的共熔点。
冷冻干燥(冻干机)综述
药厂车间设计与设备题目：冷冻干燥设备综述学院专业学号学生姓名指导教师二〇一年月目录1.冻干技术原理 (2)2.冻干设备分类 (3)2.1.干燥搁板面积 (4)2.2.冻结方式 (4)2.3.干燥仓形状 (4)3.冷冻干燥机结构 (4)4.冻干基本过程 (4)4.1 前处理 (5)4.2 预冻 (5)4.3 干燥 (5)3.4 后处理 (6)5.冻干技术发展历史 (6)5.1 食品的冻干 (6)5.2 标本、医药品的冻干 (7)5.3 当今情况 (8)6.冻干设备医药领域应用 (8)6.1中药现代化 (8)6.2西药制备 (8)6.3生物制品的保存 (9)7.冻干设备主要厂商 (9)7.1国内主要厂商及产品 (9)7.2国外主要厂商及产品 (11)8.冻干发展现状和趋势 (11)8.1 制冷系统的发展现状和趋势 (12)8.2 控制系统的发展现状和趋势 (13)8.3 整合的冻干生产线 (13)8.4结论 (13)9.参考文献 (14)1.冻干技术原理真空冷冻干燥技术，也可称之为冷冻升华干燥，它是将经过一定处理的新鲜物料或者湿物料的温度降低到物料共晶点温度以下，使物料内部的水分完全冻结，形成固态的冰，然后适当抽取干燥仓内的空气，使其达到一定的真空度，之后对加热板进行加热达到适当的温度下，使冰直接升华为水蒸气，再利用真空系统的捕水器或者制冷系统的水气凝结器将水蒸气冷凝，从而得到干制品物料的一种技术。
真空冷冻干燥技术其干燥过程是物料内部水分的物理状态变化并且逐渐移动的过程，由于这种变化和移动是发生在低温低压条件下的，因此，真空冷冻干燥技术的基本原理就是低温低压下传热传质的机理。
在低压下水的相变过程和常压下大体相似，但相变时的具体温度不同。
例如在103 Pa压力下，固态冰转化为液态水的温度略高于0℃，而液态水转化为蒸汽的温度为6.3℃，可见降低压力后冰点变化不大，而沸点却大大降低了。
可以想象，当压力降低到某一值时，沸点即与冰点相重合，固态冰就可以不经液态而直接变为气态，这时的压力称为三相点压力，相应的温度称为三相点温度。
冻干技术的原理、工艺过程及常见问题_概述及解释说明
冻干技术的原理、工艺过程及常见问题概述及解释说明1. 引言1.1 概述冻干技术，也被称为低温真空干燥技术，是一种将物质在低温和真空条件下获得固态而去除水分的方法。
该技术通过冷冻样品并施加真空，使水分直接从固态转变为气态，从而避免了液态中间阶段的形成。
这种技术特别适用于保留样品中的活性成分、延长产品的保质期以及提高药物和食品的稳定性。
1.2 文章结构本文将首先介绍冻干技术的原理，包括其定义、背景和原理解释。
然后，我们将讨论该技术在不同领域中的应用。
接下来，我们将详细描述冻干技术的工艺过程，包括前处理步骤、冷冻步骤和干燥步骤。
此外，在第四部分中，我们还将探讨常见问题，并提供解决方法，涵盖质量问题与控制措施、设备故障与维护工作以及工艺优化与提高产能措施。
最后，在结论部分，我们将总结冻干技术的重要性和应用价值，展望未来的发展趋势，并给出本文的结束语。
1.3 目的本文旨在全面介绍冻干技术的原理、工艺过程以及常见问题与解决方法。
通过对这些方面的详细说明，读者将能够更好地了解冻干技术的基本概念和操作流程，并掌握解决常见问题所需的知识和技能。
同时，通过对该技术在不同领域中的应用案例进行分析，读者将明确冻干技术在现实生产中的重要性，并为未来发展提供参考建议。
2. 冻干技术的原理2.1 定义和背景冻干技术，也叫冷冻干燥技术，是一种将湿润的物质（例如食品、药物或生物制品）通过低温冷冻和真空脱水处理使其直接从固态转变为气态的过程。
这种技术可以有效地保留物质中的大部分营养成分和化学性质，并延长其保存期限。
因此，在食品工业、医药工业以及生物科学领域得到了广泛应用。
2.2 原理解释冻干技术基于三个关键原理：低温固化原理、减压脱水原理和由气体直接向固体状态转移的升华原理。
- 低温固化原理：在冷冻步骤中，物质被迅速降温至低于其平衡点以下，使水分凝固并形成冰晶。
这些冰晶在后续的干燥过程中起到支撑作用，防止物质结构塌陷并加速水分蒸发。
冻干工艺的优化
对于需要添加溶剂或其他液体的物料，应精确控制液体的浓度和添 加量，以确保物料在冻干过程中的稳定性和干燥效果。
精细控制冻干处理过程
冷冻过程
通过调整冷冻速度和温度，确保物料在冷冻过程中形成稳 定的冰晶，避免冰晶形成过快或过慢导致干燥过程中出现 裂纹或变形。
升华干燥
控制升华干燥阶段的温度和真空度，使物料中的冰晶逐渐 升华成水蒸气，同时避免物料表面出现结晶或硬化现象。
冻干工艺的原理
01
02
03
冷冻
将产品在低温下快速冻结 ，使产品中的水分结晶成 冰。
升华
将产品在真空环境下加热 ，使冰直接从固态升华成 气态，从而去除水分。
解析干燥
在真空环境下，通过加热 使产品中的残余水分蒸发 ，达到干燥的目的。
冻干工艺的应用
医药领域
用于制备药品、生物制品 、医疗器械等，以延长保 质期和提高产品质量。
案例二：某中药冻干工艺的优化
总结词
中药冻干工艺优化
详细描述
针对中药材的特性，对冻干工艺进行优化，可以提高中药材的干燥效率、保存时 间和药效。优化措施包括选择合适的冷冻和干燥条件，减少干燥过程中的氧化和 挥发损失。
案例三：某化学药品冻干工艺的优化
总结词
化学药品冻干工艺优化
详细描述
通过对化学药品的冻干工艺进行优化，可以提高产品的纯度、结晶度和稳定性。优化措施包括控制结晶过程、干 燥温度和压力等参数，以获得高质量的化学药品。
解析干燥
在解析干燥阶段，应逐渐提高温度和真空度，以促进水蒸 气的排出和物料的进一步干燥，最终得到干燥、稳定的冻 干产品。
优化后处理流程
复水处理
对于需要复水的冻干产品，应选择合适的复水方法和条件，如热水 、冷水或真空复水等，以使产品快速恢复原有的形状和性质。
冷冻干燥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
冷冻干燥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技术，是将被干燥的物质在低温下快速冻结,然后在适当的真空环境下,使冻结的水分子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）。
物质在干燥前始终处于低温(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、氧化等副作用。
干燥物质呈干海绵多孔状，体积基本不变，极易溶于水而恢复原状。
在最大程度上防止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。
它的工作原理是将被干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，并可实现快速化霜；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，有利节能；采用人工智能控制，控制精度高，操作方便。
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、结构牢固、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全面的了解。
冻干工艺包括预冻、升华和再冻干三个分阶段。
合理而有效地缩短冻干的周期在工业生产上具有明显的经济价值。
一制品的冻结溶液速冻时（每分钟降温10~50℃），晶粒保持在显微镜下可见的大小；相反慢冻时（1℃/分），形成的结晶肉眼可见。
粗晶在升华留下较大的空隙，可以提高冻干的效率，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。
冻干工艺的优化
《冻干工艺的优化》xx年xx月xx日•冻干工艺简介•冻干工艺优化原因•冻干工艺优化方法•冻干工艺优化实例目•冻干工艺优化的发展趋势录01冻干工艺简介冻干工艺是一种将含水物质冻结成固态，然后在真空环境下加热升华去除水分，最终得到干燥产品的过程。
冻干工艺可用于生物制品、药品、食品等多种领域，是重要的工业干燥方法之一。
冻干工艺的原理基于物质的相变，即物质在不同温度和压力下会呈现不同的物态。
在冻干工艺中，含水物质先被冻结成固态，然后在真空环境下加热升华去除水分，最终得到干燥产品。
冻干工艺在生物制品、药品、食品等领域有广泛应用。
冻干工艺可以保护物质的结构和活性，提高产品的稳定性和储存期。
02冻干工艺优化原因冻干工艺受限于温度范围，无法处理热敏性和易氧化物质。
冻干工艺的局限性温度控制范围有限冻干工艺需要大量能源，成本较高。
能源消耗较大干燥速度受多种因素影响，难以精确控制。
干燥速度难以控制冻干工艺优化对产品质量的影响提高产品稳定性通过优化冻干工艺，可以提高产品的稳定性和保质期。
提升产品纯度和精度优化冻干工艺可以减少产品中的杂质和误差，提高产品的纯度和精度。
增强产品功能性合理调整冻干工艺可以增加产品的功能性，例如形成微晶结构以提高产品的吸附性和溶解性。
提高产量优化冻干工艺可以提高单位面积的产量，从而降低生产成本。
缩短生产周期通过优化冻干工艺，可以在更短的时间内完成产品的干燥和处理。
实现自动化生产通过优化冻干工艺，可以实现自动化生产，减少人工操作，提高生产效率。
冻干工艺优化对生产效率的影响03冻干工艺优化方法预冻方法的优化提升冻干效果，降低能耗总结词优化制冷剂的选择优化预冻速率优化预冻时间根据实际需求选用不同的制冷剂，如液氮、干冰等，以提升预冻效果和节能减排控制降温速率，避免产品在预冻过程中出现分层、裂纹等现象充分考虑产品特性和设备性能，合理设置预冻时间，以减少能耗和时间成本升华干燥阶段的优化提高干燥速率，降低产品损失总结词在保证产品质量的前提下，适当提高升华温度，以加快干燥速率控制升华温度通过调节升华湿度，避免产品在升华过程中出现过度干燥和裂纹等现象控制升华湿度合理设置升华压力，促进升华过程的进行，提高干燥速率优化升华压力完善干燥过程，提升产品质量总结词通过调节解吸温度，充分考虑产品特性和干燥需求，以完善干燥过程控制解吸温度避免产品在解吸过程中出现过度干燥和裂纹等现象，通过调节解吸湿度实现控制解吸湿度合理设置解吸压力，促进解吸过程的进行，提高干燥效果优化解吸压力解吸干燥阶段的优化优化干燥时间的控制降低生产成本，提高生产效率总结词设定合理的干燥时间采用先进的干燥控制系统对干燥过程进行实时监控充分考虑产品特性和设备性能，设定合理的干燥时间，以降低生产成本和提高生产效率通过采用先进的干燥控制系统，实现自动化、智能化控制，提高干燥效果和生产效率通过对干燥过程进行实时监控，及时调整干燥参数，以保证产品质量和降低能耗04冻干工艺优化实例某生物制品具有高活性、高保质期要求和高附加值等特性，需要采用冻干工艺来保证其稳定性和品质。
冻干原理工艺
冻干原理工艺
冻干原理工艺是将液体或半固体物质先通过冷却使其凝固，然后将凝固物件置于真空环境中，通过升温使凝固物件直接从固态转变为气态，从而去除其中的水分，最终得到冻干物品的一种生产过程。
冻干原理工艺通常包含以下几个步骤：
1. 预处理：将液体或半固体物质进行预处理，例如过滤、配制冷冻液等。
2. 冷冻：将物质置于低温环境中，使其迅速冷却，凝固为固态。
3. 枯燥：将凝固的物质置于真空环境中，升温，使其直接从固态转变为气态，过程中水分被蒸发掉。
4. 浸润：对枯燥后的物质进行浸润处理，以保护其稳定性和保存性能。
5. 包装及贮存：将冻干物品进行包装，以防止受到环境中的水分或气体污染，然后进行贮存。
冻干工艺主要应用于食品、药品、生物制品等领域，通过冻干可以保留物质的营养成分、活性成分和原始结构，延长其保存时间，方便运输和储存。
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升华干燥也称为第一阶段干燥。
将冻结后的产品置于密封的真空容器中加热，其冰晶就会升华成水蒸汽逸出而使产品脱水干燥。
干燥是从外表面开始逐步向内推移的，冰晶升华后残留下的空隙变成尔后升华水蒸汽的逸出通道。
已干燥层和冻结部分的分界面称为升华界面。
在生物制品干燥中，升华界面约为每小时1mm的速度向下推进。
当全部冰晶除去时，第一阶段干燥就完成了，此时约除去全部水分的90%左右。
产品在升华干燥时要吸收热量，一克冰全部变成水蒸汽大约需要吸收670卡左右的热量。
因此升华阶段必须对产品进行加热。
当冻干箱内的真空度降至10Pa（可根据制品要求而定）以下，就可以开始给制品加热，为产品升华提供能量，且冻干箱内的真空度应控制在10-30Pa 之间最有利于热量的传递，利于升华的进行。
第一阶段升华干燥是冷冻干燥的关键阶段，大部分的水在这一阶段被升华。
若控制不好，会直接影响产品的外观质量和冻干时间。
若搁板的温度过高，搁板向产品提供的热量大于水分升华所吸收的热量，则产品温度持续上升，当产品温度超过其共熔点时，则产生喷瓶或瓶底变空的现象，影响产品的外观质量。
赋形剂的选择和用量对冻干生化药品的外观影响很大。
由于各个产品的性质不相同、配方各不同、离子浓度各不相同，对赋形剂选择和用量要求各不一样，若控制不好，冻干后的产品外观成为不易溶解的蜂窝状或粉状，而不能成为结构疏松、易于溶解的网状结构，影响药品的外观质量。
但由于产品升华时，升华面不是固定的。
而是在不断的变化，并且随着升华的进行，冻结产品越来越少。
因此造成对产品温度测量的困难，利用温度计来测量均会有一定的误差。
可以利用气压测量法来确定升华时产品的温度，把冻干箱和冷凝器之间的阀门迅速地关闭1－2秒的时间（切不可太长）。
然后又迅速打开，在关闭的瞬间观察冻干箱内的压强升高情况，计下压强升高到某一点的最高数值。
从冰的不同温度的饱和蒸汽压曲线或表上可以查出相应数值，这个温度值就是升华时产品的温度。
产品的温度也能通过对升华产品的电阻的测量来推断。
如果测得产品的电阻大于共熔点时的电阻数值，则说明产品的温度低于共熔点的温度；如果测得的电阻接近共熔点时的电阻数值，则说明产品温度已接近或达到共熔点的温度。
第一阶段干燥结束可以通过以下现象判断：
a. 干燥层和冻结层的交界面到达瓶底并消失。
b. 产品温度上升到接近产品共溶点的温度。
c. 冻干箱的压力和冷凝器的压力接近，且两者间压力差维持不变
d. 当关闭干燥室与冷凝器之间的阀门时，压强上升速率与渗漏相压器近（需要预先检查渗漏的速率）。
e. 当在多歧管上干燥时，容器表面上的冰或水珠消失，其温度达到环境温度。
通常在此基础上还要延长30分钟到1小时的时间再转到第二步干燥，以保证没有残留的冰。
解析干燥也称第二阶段干燥。
在第一阶段干燥结束后，产品内还存在10%左右的水分吸附在干燥物质的毛细管壁和极性基团上，这一部分的水是未被冻结的。
当它们达到一定含量，就为微生物的生长繁殖和某些化学反应提供了条件。
实验证明：即使是单分子层吸附以下的低含水量，也可以成为某些化合物的溶液，产生与水溶液相同的移动性和反应性。
因此为了改善产品的贮存稳定性，延长其保存期，需要除去这些水分。
这就是解析干燥的目的。
由于这一部分水分是通过范德华力、氢键等弱分子力吸附在药品上的结合水，因此要除去这部分水，需要克服分子间的力，需要更多的能量。
此时可以把制品温度加热到其允许的最高温度以下（产品的允许温度视产品的品种而定，一般为25℃-40℃左右。
病毒性产品为25℃，细菌性产品为30℃，血清、抗菌素等可高达40℃），维持一定的时间（由制品特点而定），使残余水分含量达到预定值，整个冻干过程结束。
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，则也可采用一定的升温速度，将搁板温度升高至允许的最高温度，直至冻干结束，但也需保证制品在大量升华时的温度不得超过共晶点。
在解析干燥阶段由于产品内逸出水份的减少，冷凝器温度的下降又引起系统内水蒸气压力的下降，这样往往使冻干箱的总压力下降到低于10Pa，这就使冻干箱内对流的热传递几乎消失。
为了改进冻干箱传热，使产品温度较快地达到最高允许温度，以缩短解析干燥阶段时间，要对冻干箱内的压强进行控制，控制的压强范围在15～30Pa之间。
产品温度到达许可温度之后，为了进一步降低产品内的残余水份含量，需要恢复高真空度，同时，冷凝器由于负荷减少也达到了极限低温，这样冻干箱和冷凝器之间水蒸气压力差达到了最大值。
这种状况非常有利于产品内残余水份的逸出。
由于冻干药品中的残留水分对冻干生化药品的影响很大，残留水分过多，生化活性物质容易失活，大大降低了稳定性。
控制冻干药品中的残留水分，关键在于第二阶段再干燥的控制。
在这一阶段中，温度要选择能允许的最高温度；真空度的控制尽可能提高，有利于残留水分的逸出；持续的时间越长越好，一般过程需要4-6小时；对自动化程度较高的冻干机可采取压力升高试验对残留水分进行控制，保证冻干药品的水分含量少于3%。