冻干工艺原理

冻干工艺原理第一节冷冻枯燥的原理一、冻干的概念、目的及应用,且制品复水性极好。利用冷冻枯燥目的是为了贮存潮湿的物质，通常是含有微生物组织的水溶要的低水汽压是靠真空的状况下到达的。真空冷冻枯燥技术主要应用于：热稳定性差的生物制品，生化类制品，血液制品，基因工程类制品等药物冻干；为保持生物组织构造和活性，外科手术用的皮层、骨骼、角膜、心瓣膜等生物组织的处理；海产品、果蔬的冻干；在微胶囊制备、药品控释材料等方面的应用。以保持生鲜物质不变性的人参、蜂皇浆、龟鳖等保健品及中草药制剂的加工；超微细粉末功能材料如：光导纤维、超导材料、微波介质材料、磁粉以及能加速反响工程的催化剂的处理等。二、冷冻枯燥的原理及优点1、水的状态平衡图1-1的状态平衡图。图中OA、OB、OC三条曲线分别表示冰和水、水和水蒸汽、冰123过程。曲线OB的顶端有一点K，其温度为374℃，称为临界点。假设水蒸汽的温度高于其临界温度374℃时，无论怎样加大压力，水蒸汽也不能变成水。三曲线的交点O，为固、液、汽三相其存的状态，称为三相点，其温度为0.01℃，压力为610Pa。在三相点以下，不存在液相。相，这一过程称为升华。真空冷冻枯燥是先将湿料冻结到共晶点温度以下,使水分变成固态的冰,然后在较高的真空度下,使冰直接升华为水蒸气,再用真空系统中的水汽分散器将水蒸气冷凝,从而获得枯燥制品的技术。枯燥过程是水的物态变化和移动的过程。这下传质传热的机理。2、冷冻枯燥的优点出的优点：冷冻枯燥在低温下进展，因此在对于很多热敏性的物质特别适用。如蛋白质、微生物之类，不会发生变性或失去生物活力。的性状。失很小，适合一些化学制品、药品和食品的枯燥。由于在冻结的状态下进展枯燥，因此制品的体积、外形几乎不变，保后溶解快速而完全，几乎马上恢复原来的性状。在真空下进展枯燥，物料处于高度缺氧状态下，简洁氧化的物质得到了保护。95-99%以上的水份，使枯燥后产品能长期保存而不变质。其次节冷冻枯燥的一般过程需要冻干的物品需配制成肯定浓度的液体，为了能保证枯燥后有肯定的外形4%～25%之间的稀溶液，以浓度10%～15%最正确。以分子吸附在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步进展，即预冻结、升华枯燥〔或称第一阶段枯燥、解析枯燥〔或称其次阶段枯燥。一、预冻结质可溶性削减和生命特性的变化。1、预冻的方法溶液的预冻方法有两种：冻干箱内预冻法和箱外预冻法。导热用的金属架后再进箱进展冷冻。品边旋转边冷冻成壳状构造，然后再进入冻干箱内。800转/分左右。冻干工艺原理〔2〕2、预冻的过程：这时的温度就是共晶点。当浓度到达共晶浓度，温度下降到共晶点以下时，溶液就会全部冻结。粒数量越少，晶粒越大。晶体的外形也与冻结温度有关。在0oC四周开头冻结时，冰晶呈六角对称角对称形式，加之成核数多，冻结速度快,可能形成一种不规章的树枝型，它们有任意数目的轴向柱状体，而不象六方晶型那样只有六条。生物体液〔如血液血浆、肌肉浆液、玻璃体液等〕结冰形成的结晶单元，往速度下形成六方结晶单元，快速冷却至低温时形成不规章树枝状晶体。细胞悬浮液〔如红血球、白血球、精子、细菌等悬浮于蒸馏水、血浆或其他悬浮介质中，在高零下温度缓慢结冰时，悬浮液中大量的冰生长，将细胞挤在存在与否、保护剂的性质以及细胞内水的含量有关，一般说来，冷却速度越快、冰时细胞内形成的冰数目削减。率来考虑，慢冻为好。此外，冻结的速率还与冻结设备的种类、力量和传热介质等有关。预冻过程中水结冰所产生的机械效应和溶质效应是引起生化药品在冻干过程中溶质浓度上升以及由于各种溶质在各种温度条件下溶解度变化不全都引起pH值的以下措施解决：① 形成微小冰晶，使其来不及产生气械效应。② 选用缓冲剂时要选用溶解度相当的缓冲配对盐。③ 参加产品保护剂。升华阶段时间的长短与以下因素有关：①产品的品种：共熔点温度较高的产品简洁枯燥，升华的时间短些；②每瓶内的装量〔正常的枯燥速率大约为1mm/本身的性能。冻干工艺原理〔3〕二、升华枯燥〔第一阶段枯燥〕结局部的分界面称为升华界面。在生物制品枯燥中，升华界面约为每小时1mm90%左右。产品在升华枯燥时要吸取热量，一克冰全部变成水蒸汽大约需要吸取670卡左右的热量。因此升华阶段必需对产品进展加热。当冻干箱内的真空度降至可依据制品要求而定的进展。第一阶段升华枯燥是冷冻枯燥的关键阶段，大局部的水在这一阶段被升华。1－2秒的时间〔切不行太长。然后又快速翻开，在关闭的瞬间观看冻干箱内的压强升阻数值，则说明产品温度已接近或到达共熔点的温度。第一阶段枯燥完毕可以通过以下现象推断：b.产品温度上升到接近产品共溶点的温度。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〔需要预先检查渗漏的速率。301小时的时间再转到其次步枯燥，以保证没有残留的冰。冻干工艺原理〔4〕三、解析枯燥〔其次阶段枯燥〕解析枯燥也称其次阶段枯燥。在第一阶段枯燥完毕后，产品内还存在10%的。当它们到达肯定含量，就为微生物的生长生殖和某些化学反响供给了条件。保存期，需要除去这些水分。这就是解析枯燥的目的。由于这一局部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〔25℃-40可高达40℃，维持肯定的时间〔由制品特点而定，使剩余水分含量到达预定值，整个冻干过程完毕。但也需保证制品在大量升华时的温度不得超过共晶点。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15～30Pa之间。出。4-63%。冻干工艺原理〔5〕第三节冻干曲线的制定枯燥过程掌握的根本依据。〔或箱内空间温度间的曲线。这些曲线均为冻干曲线。较低，依据实际状况，一般可掌握在-10℃～+10℃之间。其次阶段则依据制品性，机器性能较差或其工作不够稳定时，用此法也比较稳妥。备条件等很多因素有关。制定冻干曲线要考虑以下因素：①产品的品种：有些产品受冷冻的影响较大，有些产品则影响较小；一般干时间可缩短；②装液量：总装液量和每一容器内产品装液量的多少，装液量多则冻干时间长；③容器的品种：底部平坦则传热较好。底部不平或玻璃较厚则传热较差，后者明显冻干时间较长；④冻干机性能：生产厂家不同，冻干曲线。制定冻干曲线和冻干时序主要确定以下数据:预冻速率〔箱〕预冷至较低温度，再将制品入箱冻结。假设使枯燥箱与制品一起降温，其冻结速率较慢。预冻温度依据预冻方法不同而略有差异。一般来说，搁板温度应低于制品共熔点5～10oC。预冻时间反之预冻时间可以缩短。通常搁板式冻干机，枯燥箱的搁板从室温30oC降到1～2小时，才能升华。水汽分散器的降温时间与温度在产品预冻完毕前30-50分钟〔视其制冷力量打算时间长短〕就应使水汽分散-40oC10-20Pa以下，起动加热循环泵，给产品供热升华。抽真空时间0.5h10Pa；预时停顿冷冻机的运转。预冻完毕的时间要求时停顿板层的降温。开头加热时间〔。10Pa即真空度到达10Pa时，加热便自动开头；有些冻干机是在抽真空之后半小时开头10Pa甚至更高。真空报警工作时间由于真空度对于升华是极其重要的，因此式的冻干机均设有真空报警装降温，以保护产品不致发生熔化。真空掌握的工作时间产品加热的最高许可温度差，板层的温度可比产品的最高许可温度略高少许。冻干的总时间18~24h左右，有些产品需要几天的时间。冻干工艺原理〔6〕第四节冻干过程中主要参数的掌握〔或供热量和水蒸汽逸〔真空度〕所打算，而后〔对应的水蒸汽饱和压力和箱内的水蒸汽分压所打算。〔真空度〕和冻干条件和同样的质量。〔真空度〕和水蒸汽分压的掌握。一、搁板温度的掌握量和温度。一般承受两种方式。1、阶梯式升温〔质板的升温，因此制品的升温速率与预定的接近。2、跟踪式升温程掌握。二、箱内压力〔真空度〕的掌握内压力调控的方法主要有：1、校下漏孔法〔或气体，下同〕引入枯燥箱和冷阱，在冷阱的冷枯燥箱的压力也相应提高。许温度，而水蒸汽分压稍低，有得水蒸汽的逸出，因此可以提高升华速率。但是：误差。因此实际使用中多用于升华后期和解吸枯燥初期。的气道堵塞。调整真空泵力量法均匀，其进口处可能造成堵塞。节流调压法对于分别型冷凝器是可能的方式，限制枯燥箱与冷凝器间的真空管道的开这一方法的优点是：第一，仅由箱体发生的水蒸气来掌握，没有重从外部导入道