冻干机生产使用培训ppt课件

1、冻冻 干干 理理 论论 知知 识识 消费部消费部冻干实际知识 冷冻枯燥概念冷冻枯燥概念 冻结真空枯燥以下简称冻干是一个稳定化冻结真空枯燥以下简称冻干是一个稳定化的物质枯燥过程，是将含水的物质，先冻结成的物质枯燥过程，是将含水的物质，先冻结成固态，而后使其中的水分从固态直接升华变成固态，而后使其中的水分从固态直接升华变成气态排出，以除去水分而保管物质的方法。气态排出，以除去水分而保管物质的方法。 溶液形状的产品经冷冻处置后，先经过升华和解溶液形状的产品经冷冻处置后，先经过升华和解吸作用，使产品中的溶剂减少到一定程度，从吸作用，使产品中的溶剂减少到一定程度，从而阻止微生物的生成或溶质与溶剂间的化学

2、反而阻止微生物的生成或溶质与溶剂间的化学反响，使产品得以长时间保管并坚持原有的性质。响，使产品得以长时间保管并坚持原有的性质。真空冷冻枯燥法是液态真空冷冻枯燥法是液态固态固态气态的过程，在气态的过程，在冻干过程中，溶质颗粒之间的冻干过程中，溶质颗粒之间的“液态桥已被液态桥已被冻成冻成“固态桥，两颗粒间的相对位置曾经被固态桥，两颗粒间的相对位置曾经被固定下来，并且两颗粒之间不存在气液界面的固定下来，并且两颗粒之间不存在气液界面的外表张力，随着溶剂的不断升华，外表张力，随着溶剂的不断升华，“固桥不固桥不断减少，但两颗粒之间的相对位置已不再发生断减少，但两颗粒之间的相对位置已不再发生变化，直至变化，

3、直至“固态桥完全消逝。固态桥完全消逝。 冻干实际知识 冷冻枯燥的优点冷冻枯燥的优点和通常的枯燥方法如晒干、烘干、煮干、喷雾枯和通常的枯燥方法如晒干、烘干、煮干、喷雾枯燥相比，有以下优点：燥相比，有以下优点：它是在低温下枯燥，不使蛋白质产生变性，使微它是在低温下枯燥，不使蛋白质产生变性，使微生物之类失去生物活力。生物之类失去生物活力。由于是低温枯燥，使物质中的挥发性成分和受热由于是低温枯燥，使物质中的挥发性成分和受热变性的营养成分和芳香成分损失很小。变性的营养成分和芳香成分损失很小。在低温枯燥过程中，微生物的生长和酶的作用几在低温枯燥过程中，微生物的生长和酶的作用几乎无法进展，能最好的坚持物质原

4、来的性状。乎无法进展，能最好的坚持物质原来的性状。枯燥后体积、外形根本不变，复水性好。枯燥后体积、外形根本不变，复水性好。因普通系真空下枯燥，氧气极少，使易氧化的物因普通系真空下枯燥，氧气极少，使易氧化的物质得到了维护。质得到了维护。能除区物质中能除区物质中95-99.5%的水分，制品的保管期长。的水分，制品的保管期长。冻干实际知识 冷冻枯燥技术的运用冷冻枯燥技术的运用医疗行业医疗行业如：生物工程、生物制品疫苗、血制品、如：生物工程、生物制品疫苗、血制品、中药西制、抗菌素、兽药、保健品等；中药西制、抗菌素、兽药、保健品等；微生物和藻类方面微生物和藻类方面如：各种细菌、酵母、酵素、原生动物、微如

5、：各种细菌、酵母、酵素、原生动物、微细藻类的长期保管等；细藻类的长期保管等；制造用于光学显微镜、电子扫描和透射显微制造用于光学显微镜、电子扫描和透射显微镜的小组织片。镜的小组织片。食品的枯燥食品的枯燥如：咖啡、茶叶、水果、蔬菜、方便食品；如：咖啡、茶叶、水果、蔬菜、方便食品；高级营养品及中草药方面；高级营养品及中草药方面；如：蜂王浆、蜂蜜、花粉、中草药制剂等；如：蜂王浆、蜂蜜、花粉、中草药制剂等；超细微粉的制备超细微粉的制备如 ： 已 有 用 冷 冻 枯 燥 法 制 取如 ： 已 有 用 冷 冻 枯 燥 法 制 取Al2O3,ZrO2;TiO2,Ba2Cu3O7-8,Ba2 Ti9O10,等超

6、微细粉的报导。等超微细粉的报导。其它领域的运用其它领域的运用如：化工、以及在宇航、军队、登山、航海、如：化工、以及在宇航、军队、登山、航海、探险、潮湿的木制文物、淹坏的书籍稿件探险、潮湿的木制文物、淹坏的书籍稿件等用冻干法枯燥，能最大限制地坚持原状。等用冻干法枯燥，能最大限制地坚持原状。 冻干实际知识 水和溶液的性质水和溶液的性质 物质有固、液、汽物质有固、液、汽三态。物质的形状三态。物质的形状与其温度和压力有与其温度和压力有关，如以下图，水关，如以下图，水H2O的形状平的形状平衡图。图中衡图。图中OA、OB、OC三条曲线三条曲线分别表示冰和水、分别表示冰和水、水和水蒸气、冰和水和水蒸气、冰和

7、水蒸气两相共存时水蒸气两相共存时其压力和温度之间其压力和温度之间的关系，分别称为的关系，分别称为溶化线、沸腾线和溶化线、沸腾线和升华线。此三条曲升华线。此三条曲线将图面分成线将图面分成、三个区域，三个区域，分别称为固相区、分别称为固相区、液相区、和气相区。液相区、和气相区。箭头箭头1、2、3分别表分别表示冰溶化成水，水示冰溶化成水，水汽化成水蒸汽和冰汽化成水蒸汽和冰升华成水蒸汽的过升华成水蒸汽的过程，曲线程，曲线OB的顶端的顶端有一点有一点K，其温度，其温度为为374，称为临界，称为临界点。假设水蒸汽的点。假设水蒸汽的温度高于其临界温温度高于其临界温度度374时，无论怎时，无论怎样加大压力，水

8、蒸样加大压力，水蒸汽也不能变成水。汽也不能变成水。三曲线的交点三曲线的交点O,为为固、液、汽三相共固、液、汽三相共存的形状，称为三存的形状，称为三相 点 ， 其 温 度 为相 点 ， 其 温 度 为0 . 0 1 ， 压 力 为， 压 力 为610Pa。在三相点以。在三相点以下，不存在液相。下，不存在液相。假设将冰面的压力假设将冰面的压力坚持低于坚持低于610Pa，且，且给冰加热，冰就会给冰加热，冰就会不经液相直接变成不经液相直接变成气相，这一过程称气相，这一过程称为升华。为升华。 水的三相点的温度是水的三相点的温度是0.01，压强是压强是546.84Pa 冻干实际知识 溶液的冷冻枯燥过程溶液

9、的冷冻枯燥过程冻干溶液普通都是配置成含固体物质冻干溶液普通都是配置成含固体物质4%-15%的稀溶液。的稀溶液。溶液里水的组成：溶液里水的组成： 1、大部分水是以水分子的方式存在于溶液中的自在、大部分水是以水分子的方式存在于溶液中的自在水。水。 2、少部分是吸附于固体物质晶格间隙中或以氢键方、少部分是吸附于固体物质晶格间隙中或以氢键方式结合在一些极性基团上的结合水。式结合在一些极性基团上的结合水。 3、固定于生物体和细胞中的水，大部分也是可以冻、固定于生物体和细胞中的水，大部分也是可以冻结和升华的自在水。也含有一些不能冻结、很难去除的结和升华的自在水。也含有一些不能冻结、很难去除的结合水。结合水

10、。冻干的目的就是在低温、真空环境中除去物质中的自在水和冻干的目的就是在低温、真空环境中除去物质中的自在水和一部分吸附于固体晶格间隙中的吸附水。冻干过程分为一部分吸附于固体晶格间隙中的吸附水。冻干过程分为以下几个步以下几个步一、预冻结一、预冻结 预冻是将溶液中的自在水固化，赋予干后产品与枯燥前有预冻是将溶液中的自在水固化，赋予干后产品与枯燥前有一样的形状，防止抽空枯燥时起泡、浓缩、收缩和溶质一样的形状，防止抽空枯燥时起泡、浓缩、收缩和溶质挪动等不可逆变化发生。挪动等不可逆变化发生。 溶液在冻结过程中，需过冷到冰点以下，其内产生晶核以溶液在冻结过程中，需过冷到冰点以下，其内产生晶核以后，自在水才开

11、场以纯冰的方式结晶，同时放出结晶热，后，自在水才开场以纯冰的方式结晶，同时放出结晶热，使其温度上升到冰点，随着晶体的生长，溶液浓度添加，使其温度上升到冰点，随着晶体的生长，溶液浓度添加，当浓度到达共晶浓度，温度下降到共晶点以下时，溶液当浓度到达共晶浓度，温度下降到共晶点以下时，溶液就全部冻结。就全部冻结。 冻干实际知识 冻干过程的几个关键概念冻干过程的几个关键概念共晶温度共晶温度 几种物质组成的混合溶液，在冻结过程中，开场时某些组分结晶析出，几种物质组成的混合溶液，在冻结过程中，开场时某些组分结晶析出，使剩下的溶液浓度发生变化，当到达某一温度或温度区域时，其液态和使剩下的溶液浓度发生变化，当到

12、达某一温度或温度区域时，其液态和所构成的固态中的组分完全一样，这时的溶液称为共晶溶液，这时的温所构成的固态中的组分完全一样，这时的溶液称为共晶溶液，这时的温度或温度区间称为该溶液的共晶点或共晶区，也称为完全固化温度，它度或温度区间称为该溶液的共晶点或共晶区，也称为完全固化温度，它是产品在冷却过程中从液态终了转向固态的最高温度，共晶温度为冻干是产品在冷却过程中从液态终了转向固态的最高温度，共晶温度为冻干过程中预冻应到达的最高温度，普通预冻过程应低于其共晶温度过程中预冻应到达的最高温度，普通预冻过程应低于其共晶温度10-20。共溶温度共溶温度 固态混合溶液在升温融化过程中，当到达某一温度时，固体中

13、开场出现固态混合溶液在升温融化过程中，当到达某一温度时，固体中开场出现液态此温度称为溶液的共溶点，或称为开场溶化温度，它是产品升温过液态此温度称为溶液的共溶点，或称为开场溶化温度，它是产品升温过程中从固态开场出现液态的最低温度，在一次枯燥中物料冻结层温度一程中从固态开场出现液态的最低温度，在一次枯燥中物料冻结层温度一定要低于共溶点。定要低于共溶点。 共晶点的测定有电阻测定法、热差分析测定、低温显微镜直接察看、数字共晶点的测定有电阻测定法、热差分析测定、低温显微镜直接察看、数字公式计算测定，溶液冻结过程中，由于离子的飘逸率随温度的下降而逐公式计算测定，溶液冻结过程中，由于离子的飘逸率随温度的下降

14、而逐渐降低，电阻增大，只需有液体存在，电流就可流动，一旦全部冻结，渐降低，电阻增大，只需有液体存在，电流就可流动，一旦全部冻结，带电离子不能挪动，电阻会忽然增大，根据这个原理，测出溶液的共晶带电离子不能挪动，电阻会忽然增大，根据这个原理，测出溶液的共晶点。点。 冻干实际知识 冻干过程的几个关键概念冻干过程的几个关键概念塌陷温度塌陷温度 冻干时物料中的冰晶消逝，原先为冰晶所占据的空间成为空穴，因此冻冻干时物料中的冰晶消逝，原先为冰晶所占据的空间成为空穴，因此冻干层呈多孔蜂窝状海绵体构造，此构造与温度有关，当蜂窝状构造体的干层呈多孔蜂窝状海绵体构造，此构造与温度有关，当蜂窝状构造体的固体基质温度较

15、高时，其刚性降低，当温度到达某一临界值时，固体基固体基质温度较高时，其刚性降低，当温度到达某一临界值时，固体基质的刚性缺乏以维持蜂窝状构造，空穴的固形物基质壁将发生塌陷，原质的刚性缺乏以维持蜂窝状构造，空穴的固形物基质壁将发生塌陷，原先蒸汽分散的通道被封锁，此临界温度称为冻干物料的解体温度或塌陷先蒸汽分散的通道被封锁，此临界温度称为冻干物料的解体温度或塌陷温度。温度。玻璃化转变温度：玻璃化转变温度： 当温度降低时，液态转变为固态，有两种不同形状当温度降低时，液态转变为固态，有两种不同形状-晶态和非晶态，在晶态和非晶态，在非晶态固体资料中，原子、离子或分子的陈列是无规那么的，由于人们非晶态固体资

16、料中，原子、离子或分子的陈列是无规那么的，由于人们已习惯将融化物质在冷却过程中不发生结晶的无机物称为玻璃，所以后已习惯将融化物质在冷却过程中不发生结晶的无机物称为玻璃，所以后来逐渐的将其他非晶态均称为玻璃态。由于在药品冻干中要求更加严厉，来逐渐的将其他非晶态均称为玻璃态。由于在药品冻干中要求更加严厉，希望药品在冻干过程处于玻璃化温度以下，但这里玻璃化转变温度不是希望药品在冻干过程处于玻璃化温度以下，但这里玻璃化转变温度不是指完全的玻璃化，由于完全的玻璃化是指整个样品都构成了玻璃态，实指完全的玻璃化，由于完全的玻璃化是指整个样品都构成了玻璃态，实现完全玻璃化要求极高的地降温速率，几乎是不能够的。

17、冻干过程呢个现完全玻璃化要求极高的地降温速率，几乎是不能够的。冻干过程呢个的玻璃化温度指最大冻结浓缩液的玻璃化转变温度。由于在冻结过程中的玻璃化温度指最大冻结浓缩液的玻璃化转变温度。由于在冻结过程中随着冰晶的析出，剩余溶液的浓度逐渐添加，当到达一定浓度时，剩余随着冰晶的析出，剩余溶液的浓度逐渐添加，当到达一定浓度时，剩余的水分不再结晶，此时的溶液到达最大冻结浓缩形状，对应得温度称为的水分不再结晶，此时的溶液到达最大冻结浓缩形状，对应得温度称为最大冻结浓缩液的玻璃化转变温度。最大冻结浓缩液的玻璃化转变温度。冻干实际知识 冻干的三个关键要素冻干的三个关键要素 一、处方一、处方 确定处方是最关键的步

18、骤。确定处方是最关键的步骤。 溶液的组成关系到冷冻、升华等步骤地施行。溶液的组成关系到冷冻、升华等步骤地施行。 处方包括：处方包括： 活性成分：赋形剂；工艺用水。活性成分：赋形剂；工艺用水。二、重要的热力学性能：冻干工艺曲线二、重要的热力学性能：冻干工艺曲线 过冷的程度；结晶的程度；崩解温度或共晶温度；亚稳形过冷的程度；结晶的程度；崩解温度或共晶温度；亚稳形状间隙物质的相变化；溶液的结晶热；间隙物质的熔化温状间隙物质的相变化；溶液的结晶热；间隙物质的熔化温度。度。三、好的冻干机三、好的冻干机 满足满足GMP要求；性能杰出；能量随意调理；重演性强。要求；性能杰出；能量随意调理；重演性强。 冻干实

19、际知识 冻干曲线的测定冻干曲线的测定 冻干曲线是表示冻干过程中产品的温度、压力随时间而变化冻干曲线是表示冻干过程中产品的温度、压力随时间而变化的曲线的曲线冻干曲线的外形与产品的性能、装量的多少、分装容器的种类、冻干曲线的外形与产品的性能、装量的多少、分装容器的种类、设备设备条件等许多要素有关。条件等许多要素有关。制定冻干曲线，主要确定以下参数；制定冻干曲线，主要确定以下参数；a、预冻速率、预冻速率 预冻速率的快慢，对产品中晶粒的大小、活菌的存活率和升预冻速率的快慢，对产品中晶粒的大小、活菌的存活率和升华速率有直接影响。慢冻晶粒大，产品外观粗糙，不易损伤华速率有直接影响。慢冻晶粒大，产品外观粗糙

20、，不易损伤活菌，但升华速率快。速冻晶粒小，产品外观细腻升华速率活菌，但升华速率快。速冻晶粒小，产品外观细腻升华速率慢。慢。b、预冻温度、预冻温度 制品温度应低于其共溶点制品温度应低于其共溶点5-10c、预冻时间、预冻时间 预冻所需时间要根据不同的详细条件而定，总的原那么是应预冻所需时间要根据不同的详细条件而定，总的原那么是应使产品各部分完全冻牢。使产品各部分完全冻牢。 在制品温度降到预定的最低温度后，还需在此温度下坚持在制品温度降到预定的最低温度后，还需在此温度下坚持1-2h，才干进展升华。，才干进展升华。d、冷凝器降温时间和温度、冷凝器降温时间和温度 冷凝器温度的上下，应根据制品升华的温度而

21、定。升华温度冷凝器温度的上下，应根据制品升华的温度而定。升华温度低，相应要求冷凝器的低，相应要求冷凝器的 温度也低，升华的最正确速率是在产品升华温度的饱和蒸汽温度也低，升华的最正确速率是在产品升华温度的饱和蒸汽压力的二分之一左右。压力的二分之一左右。冻干实际知识 冻干曲线的测定冻干曲线的测定过低的压力不仅不能加快升华，相反还会向产品的供热性过低的压力不仅不能加快升华，相反还会向产品的供热性能差，降低升华速能差，降低升华速率。率。 e、升华速率和枯燥时间、升华速率和枯燥时间升华速率主要由搁板的供热才干和冷凝器的捕水才干而定。升华速率主要由搁板的供热才干和冷凝器的捕水才干而定。只需枯燥箱内的压力维

22、持在允许的最高压力下，升温速只需枯燥箱内的压力维持在允许的最高压力下，升温速率就可提高。率就可提高。一次枯燥时，可粗略的以每小时枯燥制品厚度一次枯燥时，可粗略的以每小时枯燥制品厚度1mm计。可计。可以根据以下景象来判别：以根据以下景象来判别：1、枯燥层和冻结层的交界面到达瓶底并消逝。、枯燥层和冻结层的交界面到达瓶底并消逝。2、产品温度上升到接近导热油的温度。、产品温度上升到接近导热油的温度。3、枯燥箱内压力下降到冷凝器的压力，两者接近且压力维、枯燥箱内压力下降到冷凝器的压力，两者接近且压力维持不变。持不变。4、封锁中隔阀，箱内压力上升速率与干箱的走漏率接近。、封锁中隔阀，箱内压力上升速率与干箱

23、的走漏率接近。上述景象发生后，再延伸上述景象发生后，再延伸0.5-1h，一次枯燥终了。，一次枯燥终了。二次枯燥时，产品的温度可提高到允许的最高温度以下，二次枯燥时，产品的温度可提高到允许的最高温度以下，使结合水和吸附于干使结合水和吸附于干燥层燥层 中的水获得足够的能量，从分子吸附中解析出来，二次枯中的水获得足够的能量，从分子吸附中解析出来，二次枯燥的时间为一次枯燥时间的燥的时间为一次枯燥时间的0.35-0.5倍。倍。 冻干实际知识 几种冻结升华方法几种冻结升华方法制品冻结方法制品冻结方法低温冻结低温冻结 低温冻结低温冻结10-15/分对于保证质量有利，构成的微结晶，得到的制分对于保证质量有利，

24、构成的微结晶，得到的制品外观好，溶解速度也快，但构成微结晶那么不利于加快冻干速度。品外观好，溶解速度也快，但构成微结晶那么不利于加快冻干速度。 低温慢冻低温慢冻1/分构成粗结晶，对提高冻干效率有利，但是慢冻普通分构成粗结晶，对提高冻干效率有利，但是慢冻普通制质量量，特别是含活性的酶类或活菌活病毒等的存活率极为不利。制质量量，特别是含活性的酶类或活菌活病毒等的存活率极为不利。 对于合成药物，快冻和慢冻的要求不是严厉的，此两种方法均可。对于合成药物，快冻和慢冻的要求不是严厉的，此两种方法均可。 冻结升华的几种方法冻结升华的几种方法 一次升华法：普通适用制品的共溶点要在一次升华法：普通适用制品的共溶

25、点要在-10至至-20左右，以及构造单左右，以及构造单一，粘度、浓度均不高，安装在一，粘度、浓度均不高，安装在10mm厚度或厚度或15mm厚度，只需将制品的厚度，只需将制品的温度降低到其共溶点以下温度降低到其共溶点以下-10至至-21即可加热升华，在加热升华过程中即可加热升华，在加热升华过程中需控制好升温的速度，可保证制品枯燥胜利。需控制好升温的速度，可保证制品枯燥胜利。 反复预冻升华法：某些共溶点较低的制品，即使很低的温度下也不能到反复预冻升华法：某些共溶点较低的制品，即使很低的温度下也不能到达完全冻结。外观看好象曾经冻结完全，但在升华过程中，往往冻快软达完全冻结。外观看好象曾经冻结完全，但在升华过程中，往往冻快软化，产生气泡，并在制品外表构成粘稠状网状构造，影响升华枯燥的进化，产生气泡，并在制品外表构成粘稠状网状构造，影响升华枯燥的进展，如蜂蜜、王浆等其物质构造比较复杂又粘稠的制品往往不易冻结，展，如蜂蜜、王浆等其物质构造比