冷冻干燥原理
冷冻干燥的原理和优缺点
冷冻干燥的原理和优缺点
冷冻干燥（Freeze-drying）是一种将食物或其他物质从液态直接转变为固态的过程，通过在低温下去除水分，保留物质的结构和营养成分。
下面是冷冻干燥的原理和优缺点：
原理：
1. 冷冻：将物质在低温下迅速冷冻，使水分形成冰晶。
2. 减压：通过减小环境压力，将冰晶转变为气体，称为升华过程。
在这个过程中，水直接从固态转变为气态，绕过了液态阶段。
3. 除湿：升华的水蒸气通过吸附剂或凝结器去除，使物质中的水分得以彻底去除。
优点：
1. 营养保留：冷冻干燥过程中，物质的结构和营养成分很好地保留下来，因为在低温下水分直接转变为气体，减少了热和氧化对物质的影响。
2. 长期保存：冷冻干燥的产品具有较长的保质期，因为去除水分可以防止微生物生长和食物变质。
3. 重量轻、容易携带：冷冻干燥后的产品体积小，重量轻，便于携带和储存。
4. 方便使用：冷冻干燥产品在使用前通常只需加水或加热即可恢复到原来的状态。
缺点：
1. 成本高：冷冻干燥是一种相对昂贵的过程，需要专业的设备和技术。
2. 耗时较长：冷冻干燥是一个相对耗时的过程，需要较长的时间来完成。
3. 某些物质质量变化：某些物质在冷冻干燥过程中可能发生质量变化，如颜色、口感等。
总的来说，冷冻干燥是一种有效的食品保存和物质处理方法，具有保留营养、长期保存和便于使用的优点，但也存在成本高和某些物质质量变化的缺点。
冷冻干燥机保存物质的原理和方法
冷冻干燥机保管物质的原理和方法冻干机采用冷冻干燥的的方法来保管物质，原理是将含水物质，先冻结成固态，然后将物质中固态的水直接升华成气态的水，进而实现去除物质中水分的目的。
冻干机紧要由制冷系统、加热系统、真空系统、循环系统、液压系统、掌控系统、CIP/SIP系统及箱体等构成。
紧要部件有干燥箱、凝结器、冷冻机组、真空泵、加热冷却装置等。
手动操作一.1制品的预冻（前箱预冷）.操作方法：开循环泵，压缩机，过30秒后开板冷阀。
将制品冻结至工艺要求温度（一般为—35℃―—45℃左右）2制品预冻后的保温阶段I.操作方法：不作任何操作，保持阶段1的状态，特殊情况下（一些制品不能冻结至过低温度），因此有必需可以关闭1―2台压缩机。
待制品都到达工艺要求温度后（一般要求3个探头都到），恒温一段时间（一般为2—4小时，由工艺要求决议）3 关闭板冷阀，打开冷凝器阀，将冷凝器温度降低至—45℃以下。
冷凝器预冷（后箱预冷）.4预抽真空.依次开真空泵，小蝶阀，过1―2分钟后开中隔阀，过10―15分钟后开罗茨泵。
5制品预冻后的保温阶段Ⅰ.在冷凝器预冷和预抽真空阶段，制品温度可能会有所回升，依据工艺要求有必需对制品进行掺冷。
操作方法：在冻干手动参数设定导热油温度至所需掺冷的温度后，开启电加热。
掺冷阀会自动打开对导热油进行掺冷。
6开始升华.操作方法：依据工艺要求分阶段进行加热和保温。
具体方法：在冻干手动参数设定导热油温度后，设定所需时间，开启电加热处理。
待导热油温度到达设定值后，保温时间也到达工艺要求时间后，进行下一步升不冷不热保温，以此类推直至升华全部结束。
待前箱真空度降低至工艺要求的范围之下（一般在10―30Pa之间）开始对制品进行加热。
7制品Z后保温阶段Ⅱ.当制品温度到达工艺要求Z高温度时，恒温2—4小时（由工艺要求决议）8掺气阶段.操作方法：在冻干手动参数设定中的有泄露参数设定里，设定工艺要求的参数进行掺气，开启有泄露。
因在后期制品中水分含量较少，箱内真空度过高，造成升华速率减慢，可适当掺气，加快升华速率。
冷冻式干燥机原理
冷冻式干燥机原理1.压缩机：冷冻式干燥机的工作过程从压缩机开始。
压缩机负责将低温低压蒸汽压缩成高温高压蒸汽。
蒸汽压缩的过程会使气体温度升高，同时使气体的压力增大。
2.冷凝器：高温高压蒸汽从压缩机流入冷凝器。
在冷凝器中，蒸汽暴露在冷凝剂的表面上，温度迅速降低。
因为冷凝器的温度远低于蒸汽的温度，所以蒸汽会冷凝成液体。
冷凝过程的目的是降低蒸汽的温度，使其转变为易于处理的液体形态。
3.阀门：在冷凝器中，液态水通过阀门进入蒸发器。
阀门的作用是调节液态水的流量，使得进入蒸发器的水量能够适应冷冻式干燥机的需求。
4.蒸发器：液态水在蒸发器中蒸发。
蒸发器通常包含一个冷冻器，冷冻器中的制冷剂低温低压，与液态水接触后，使其温度迅速降低，从而使液态水从固态转变为气态。
蒸发的过程会吸收大量的热量，导致蒸发器的温度降低。
5.真空泵：蒸发器中的水蒸汽在吸收热量之后被真空泵吸走。
真空泵负责在蒸发器中制造真空环境，通过抽取水蒸汽使其从蒸发器中被排出。
6.控制系统：冷冻式干燥机的控制系统负责监测和调节整个干燥过程。
它通过传感器监测冷凝器和蒸发器中的温度和压力，并根据设定的参数控制压缩机、阀门和真空泵的运行。
在冷冻式干燥机的工作过程中，湿润的物质首先被送入蒸发器，然后经过蒸发器中的制冷剂的作用，水分从液态转变为气态，并在真空环境中被吸走。
在整个过程中，制冷剂在冷冻循环中不断地循环使用，以实现对湿润物质的干燥。
冷冻式干燥机的优势在于其高效的干燥效果。
通过低温和真空的结合，冷冻式干燥机可以快速地将物质中的水分转变为气态，并将其从干燥物质中去除。
此外，冷冻式干燥机还可以避免高温对物质的影响，从而更好地保持物质的质量和特性。
简述冷冻干燥工艺的原理
简述冷冻干燥工艺的原理
冷冻干燥工艺是一种通过冷却、真空、加热等多重工艺步骤将液态物质（如药物、食品等）转换成干燥粉末的技术。
其基本原理是利用物质的三相变化（固态、液态、气态）来实现物质的干燥过程。
具体原理如下：
1. 冷冻：将液态物质在低温下冷冻成为固体，从而减缓或阻止水分子的活动，使物质处于稳定的固态状态。
2. 减压：将冷冻固体在真空环境中加热，造成水分子的升华，从固态直接转变为气态，减少干燥过程中水分子对物质的破坏。
3. 冷凝：将水分子升华为水蒸气后，通过冷凝器将水蒸气转变为液态，从而保证水分子不会再次附着在干燥物质上。
4. 除气：通过加热干燥室中的物体，逐渐升高干燥室中的压力，使物质中还存在的残留水分分子升华到气态，在真空环境中通过冷凝器凝结、去除水分子。
通过以上步骤，达到将液态物质转变为干燥粉末的目的。
在整个工艺过程中，通过控制温度、压力等参数，使物质能够以最优的状态完成干燥，从而保证其质量。
冷冻干燥技术原理
冷冻干燥技术原理冷冻：首先，要把待处理的物质放入低温环境中，通常是在零下20摄氏度至负80摄氏度之间。
冷冻的目的是冻结物质内的水分子，减少其在干燥过程中的活动性，防止冻结物质受到损害。
干燥：一旦样品冷冻，需要将其暴露在真空环境中以促进干燥。
冷冻物质中的水分子经过升华和倾向释放水分两个过程，从而转化成为无水固态。
升华是指将液态水分子直接转变成为气态的过程，而倾向释放水分则是指冷冻物质渐渐重新吸入其封闭容器中所含有的水分子。
这两个过程使得被处理物质中的水分子逐渐释放出来，最终形成无水固态的物质。
真空：真空是冷冻干燥技术的关键步骤。
减压环境可以有效降低物质内水分子的沸点，从而使得水分子更容易从冷冻物质中升华。
真空条件也可以加速升华过程，缩短干燥时间。
除了这些基本的原理外，冷冻干燥技术还有一些其他的关键点：冷冻速率：冷冻速率对样品的干燥质量起到关键影响。
较慢的冷冻速率会导致冷冻晶体的生长，从而破坏样品的结构。
因此，需要选择合适的冷冻速率，以保持样品的完整性。
真空度：真空程度对干燥过程的速度和效果也至关重要。
高真空度有助于加速物质内水分子的升华速率，缩短干燥时间。
因此，真空度的选择需要在保证样品完整性的前提下尽量提高。
加热：有些样品在冷冻过程中容易形成玻璃状结晶，导致干燥困难。
在这种情况下，适度的加热可以改善干燥效果，提高升华速率。
保护剂：有些样品在冷冻干燥过程中容易受到氧化或变性，因此可以添加保护剂以保持样品的稳定性。
综上所述，冷冻干燥技术通过将样品冷冻、升华和排出水分子，最终转化为无水固态的物质。
这一过程需要在适宜的温度、真空度和冷冻速率等条件下进行，以保证样品的完整性和干燥效果。
冷冻干燥技术的应用广泛，是许多行业中重要的处理方法之一。
冷冻干燥的原理及特点
冷冻干燥的原理及特点冷冻干燥是一种将物质从液态直接转化为气态，并在保持物质原有性质的同时将其固定在干燥剂中的技术。
它被广泛应用于生物技术、食品工业、药品工业和材料科学等领域。
以下是冷冻干燥的原理及特点的详细介绍。
1. 原理冷冻干燥的原理是将液态物质在低温情况下进行冷冻，然后通过减压使水分转移到气态，达到干燥的目的。
在干燥过程中，物质的温度和压力均控制在特定的范围内，以避免物质的化学和物理变化，同时也能保持原有的物理和化学性质。
最终生产出来的干燥物质是一种非常稳定的产品，其质量和保质期可大大提高。
2. 特点（1）保持物质的原有性质由于冷冻干燥的干燥过程是在低温下进行的，而且在干燥的过程中尽可能地采用了低压减少蒸发，这样就保证了物质的原有性质不会发生改变，包括物质的颜色、形状、味道和化学性质等。
（2）长期保存冷冻干燥制成的产品寿命很长，通常可以保存3-5年，这是由于干燥处理过程中将水份蒸发掉，完全除去了霉菌和细菌，使制品的耐储性大大提高了。
（3）不影响营养相比其他干燥方法，冷冻干燥过程虽然更加复杂，但干燥后的产品却能够保留更多的营养成分。
这是因为在低温冷冻的过程中，物质的营养成分不会随水一并挥发。
所以冷冻干燥特别适用于干燥奶制品、水果、蔬菜等食品。
（4）压力低冷冻干燥的过程和产品特点决定了其干燥时间长、所需压力小，因此干燥质量更容易控制，同时也降低了成本。
总之，冷冻干燥对不同领域的材料和产品的干燥都非常适用。
它保留了物质原有的性质，在干燥的同时不会影响其营养，并且干燥制成的产品具有极长的保质期。
因此，冷冻干燥成为现代科研、工农业等领域中不可替代的重要技术。
冷冻干燥机的工作原理
冷冻干燥机的工作原理
冷冻干燥机是一种常用的干燥设备，其工作原理可以简单描述为以下几个步骤：
1. 制冷：冷冻干燥机借助制冷系统将工作室内的温度降至低于冰点的温度。
通常使用的制冷剂有氨、氟利昂等。
2. 冷凝：湿润的物质（例如液体或气体）通过冷凝器的冷却表面，使其温度下降，从而使水蒸气转化为液态水。
3. 蒸发：将冷凝的物质（液态水）转化为气态水蒸气。
此过程中，冷冻干燥机会提供适当的环境和条件，使水分以气态形式释放出来。
4. 吸附：将产生的水蒸气从工作室内吸附到吸附剂上。
吸附剂通常是一种具有高吸湿性的材料，例如硅胶。
5. 脱附：当吸附剂吸收到饱和水分后，需进行脱附，即将吸附剂置于恒温恒湿的条件下，通过加热使水分脱离吸附剂。
6. 排水：干燥后的物质脱水排出，获得干燥的产品。
通过上述步骤的循环运行，冷冻干燥机可以将含有水分的物质进行干燥处理，将水分从物质中去除，得到保持原始形状的干燥产品。
这种干燥方法适用于许多领域，包括食品、药品、化工等。
冷冻干燥的原理
冷冻干燥的原理冷冻干燥，又称冷冻干燥法，是一种将易腐败的生物制品在低温下冻结，然后通过升华的方式将其中的水分去除的干燥方法。
这种方法可以保持物质的原有形态和活性，是一种常用的生物制品保存和加工方法。
那么，冷冻干燥的原理是什么呢？首先，冷冻干燥的过程分为三个阶段，冷冻阶段、升华阶段和干燥阶段。
在冷冻阶段，生物制品被放置在低温环境中，使得其中的水分迅速冻结成冰。
这一步的目的是为了在后续的升华阶段能够更容易地去除水分。
在升华阶段，通过提高环境的温度和降低压力，使得冰直接从固态升华为气态，绕过液态的过程，这就是升华的原理。
最后，在干燥阶段，通过提高温度，将冷冻的生物制品中的水分逐渐蒸发掉，从而完成整个冷冻干燥的过程。
冷冻干燥的原理主要是利用了物质的三态变化特性。
首先是冷冻阶段利用了水的冰冻特性，使得水分迅速凝固成固态，这样在后续的升华阶段可以更容易地去除水分。
其次是升华阶段利用了物质的升华特性，使得冰直接从固态升华为气态，绕过了液态的过程，从而避免了生物制品在干燥过程中受到热量的伤害。
最后是干燥阶段，通过提高温度，将冷冻的生物制品中的水分逐渐蒸发掉，从而完成整个冷冻干燥的过程。
冷冻干燥的原理还涉及到了温度和压力的控制。
在冷冻阶段，需要将生物制品冷冻到足够低的温度，以确保水分能够迅速凝固成冰。
在升华阶段，需要通过降低压力和提高温度，使得冰能够直接升华为气态。
在干燥阶段，需要逐渐提高温度，将水分蒸发掉，但又不能提高得过快，以免对生物制品造成热损伤。
总的来说，冷冻干燥的原理是通过控制温度和压力，利用物质的三态变化特性，将生物制品中的水分去除，从而实现对生物制品的干燥和保存。
这种方法可以保持物质的原有形态和活性，是一种非常有效的生物制品加工和保存方法。
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冻干机的原理干燥是保持物质不致腐败变质的方法之一..干燥的方法许多;如晒干、煮干、烘干、喷雾干燥和真空干燥等..但这些干燥方法都是在0℃以上或更高的温度下进行..干燥所得的产品;一般是体积缩小、质地变硬;有些物质发生了氧化;一些易挥发的成分大部分会损失掉;有些热敏性的物质;如蛋白质、维生素会发生变性..微生物会失去生物活力;干燥后的物质不易在水中溶解等..因此干燥后的产品与干燥前相比在性状上有很大的差别.. 而冷冻干燥法不同于以上的干燥方法;产品的干燥基本上在0℃以下的温度进行;即在产品冻结的状态下进行;直到后期;为了进一步降低产品的残余水份含量;才让产品升至0℃以上的温度;但一般不超过50℃..
冷冻干燥就是把含有大量水分物质;预先进行降温冻结成固体;然后在真空的条件下使水蒸汽直接升华出来;而物质本身剩留在冻结时的冰架中;因此它干燥后疏松多孔体积不变..引起产品本身温度的下降而减慢升华速度;为了增加升华速度;缩短干燥时间;必须要对产品进行适当加热..整个干燥是在较低的温度下进行的..
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..
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;先进行速冻;再真空干燥升华脱水;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;制冷系统向捕水器和干燥仓提供所需的冷量..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..
一制品的冻结预冻
在真空冷冻干燥过程中;需要先对被干燥的药品进行预冻;然后在真空状态下;使水分直接由冰变为气而使药品干燥..在整个升华阶段;药品必须保持在冻结状态;否则就不能得到性状良好的产品..
溶液速冻时;晶粒保持在显微镜下可见的大小；相反慢冻时;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..
药品在冻干机中预冻在两种方式：一种是制品与干燥箱同时降温；另一种是待干燥箱搁板降温至-40℃左右;再将制品放入;前者相当于慢冻;后者则介于速冻与慢冻之间;因而常被采用;以兼顾冻干效率与产品质量..此法的缺点是制品入箱时;空气中的水蒸气将迅速地凝结在搁板上;而在升华初期;若板升温较快;由于大面积的升华将有可能超越凝结器的正常负荷..此现象在夏季尤为显着..
制品的冻结处于静止状态..经验证明;过冷现象容易发生致使制品温度虽已达到共晶点;但溶质仍不结晶;为了克服过冷现象;制品冻结的温度应低于共晶点以下一个范围;并需保持一段时间;以待制品完全冻结..
预冻温度：进行真空冷冻干燥;必须保证预冻温度足够低..由于物料的多样性;对有共晶点的物料;一般的处理方法是低于共晶点的5至10摄
氏度；对于不存在共晶点的物料以非晶态、玻璃态或两种状态共存就需要进行多次试验;确认预冻温度..
预冻时间：整个预冻需要持续一段时间;物料的冻结过程也是一个放热的过程..为了能使预冻的效果更好;通常在达到预冻温度的时候;保持一段时间..通常的时间为2小时左右;当然这只是一个估计经验值;具体需要根据物料的特性进行计算..
预冻速率：速率与物料有很大的关系;缓慢冷冻产生的冰晶较大;干燥速率较快;对于普通的药品的冻干很有帮助；而较为快速冷冻产生的冰晶就较小;对应的干燥速率较慢;对于生物制品干燥的效果较好..对于速率的调整需要针对不同的物料进行区分;如生物细胞就不能过慢的冷冻;会造成其蛋白质的变性;生命体死亡;我们称这种现象为溶质效应;是需要我们在真空冷冻干燥需要避免的..
二升华的条件与速度
冰在一定温度下的饱和蒸汽压大于环境的水蒸气分压时即可开始升华；比制品温更低的凝结器对水水蒸气的抽吸与捕获作用;则是维持升华所必需的条件..
气体分子在两次连续碰撞之间所走的距离称为平均自由程;它与压力成反比..在常压下;其值很小;升华的水分子很容易与气体碰撞又返回到蒸汽源表面;因而升华速度很漫..随着压力降低13.3Pa以下;平均自由程
增大105倍;使升华速度显着加快;飞离出来的水分子很少改变自己的方面;从而形成了定向的蒸汽流..
真空泵在冻干机中起着抽除永久气体的作用;以维护升华所必需的低压强..1 g水蒸气在常压下为1.25 L而在13.3Pa时却膨胀为10000升;普通的真空泵在单位时间内抽除如此大量的体积是不可能的..凝结器实际上形成了专门捕集水蒸气的真空泵..
制品与凝结器的温度通常为-25℃与-50℃..冰在该温度下的饱和蒸汽压分别为63.3Pa与1.1Pa;因而在升华面与冷凝面之间便产生了一个相当大的压力差;如果此时系统内的不凝性气体分压可以忽略不计;它将促使制品升华出来的水蒸气;以一定的流速定向地抵达凝结器表面结成冰霜..
冰的升华热约为2822J/克;如果升华过程不供给热量;那末制品只有降低内能来补偿升华热;直至其温度与凝结器温度平衡后;升华也就停止了..为了保持升华与冷凝来的温度差;必须对制品提供足够的热量..
三升华过程
在升温的第一阶段大量升华阶段;制品温度要低于其共晶点一个范围..因此搁板温要加以控制;若制品已经部分干燥;但温度却超过了其共晶点;此时将发生制品融化现象;而此时融化的液体;对冰饱和;对溶质却未饱和;因而干燥的溶质将迅速溶解进去;最后浓缩成一薄僵块;外观极为不良;溶解速度很差;若制品的融化发生在大量升华后期;则由于融化的液
体数量较少;因而被干燥的孔性固体所吸收;造成冻干后块状物有所缺损;加水溶解时仍能发现溶解速度较慢..
在大量升华过程;虽然搁板和制品温度有很大悬殊;但由于板温、凝结器温度和真空温度基本不变;因而升华吸热比较稳定;制品温度相对恒定..随着制品自上而下层层干燥;冰层升华的阻力逐渐增大..制品温度相应也会小幅上升..直至用肉眼已看不到冰晶的存在..此时90%以上的水分已除去..大量升华的过程至此已基本结束;为了确保整箱制品大量升华完毕;板温仍需保持一个阶段后再进行第二阶段的升温..剩余百分之几的水分称残余水分;它与自由状态的水在物理化学性质上有所不同;残余水分包括了化学结合之水与物理结合之水;诸如化合的结晶水结晶、蛋白质通过氢键结合的水以及固体表面或毛细管中吸附水等..由于残余水分受到某种引力的束缚;其饱和蒸汽压则是不同程度的降低;因而干燥速度明显下降..虽然提高制品温度促进残余水分的气化;但若超过某极限温度;生物活性也可能急剧下降..保证制品安全的最高干燥温度要由实验来确定..通常我们在第二阶段解析干燥将板温+30℃左右;并保持恒定..在这一阶段初期;由于板温升高;残余水分少又不易气化;因此制品温度上升较快..但随着制品温度与板温逐渐靠拢;热传导变得更为缓慢;需要耐心等待相当长的一段时间;实践经验表明;残余水分干燥的时间与大量升华的时间几乎相等有时甚至还会超过..
四真空冷冻干燥的程序
真空冷冻干燥的程序是这样的：在冻干之前;把需要冻干的产品分装在合适的容器内;装量要均匀;蒸发表面尽量大而厚度尽量薄些；然后放入与冻干箱尺寸相适应的金属盘内..将产品放入冻干箱内进行预冻;抽真空之前要根据捕水器制冷压缩机的降温速度提前使捕水器工作;抽真空时捕水器应达到-40℃左右的温度;待真空度达到一定数值后通常应达到100Pa 以上的真空度;即可对箱内产品进行加热..一般加热分两步进行;第一步加温不使产品的温度超过共熔点的温度；待产品内水份基本干完后进行第二步加温;这时可迅速地使产品上升到规定的最高温度..在最高温度保持数小时后;即可结束冻干..
整个升华干燥的时间约12-24小时左右;与产品的形状、规格;产品的种类;冻干曲线及机器的性能等等有关..
冻干结束后;要在出料间进行空气除湿;然后放干燥无菌的空气进入干燥箱;以防重新吸收空气中的水份..
在冻干过程中;把产品和板层的温度、捕水器温度和真空度对照时间划成曲线;叫做冻干曲线..一般以温度和真空度为纵坐标;时间为横坐标..冻干不同的产品采用不同的冻干曲线..同一产品使用不同的冻干曲线时;产品的质量也不相同;冻干曲线还与冻干机的性能有关..因此不同的产品;不同的冻干机应用不同的冻干曲线..。