冻干机冷冻干燥的工作原理 冻干机工作原理

冻干机冷冻干燥的工作原理冻干机工作原理

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，因此它干燥后体积不变，疏松多孔在升华时要吸收

热量。引起产品木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。冻干机按系统分，由致冷系统、真空系统、加

热系统、和控制系统四个主要部分组成。按结构分，由冻干箱或称

干燥箱、冷凝器或称水汽凝集器、冷冻机、真空泵和阀门、电气控

制元件等组成。

冻干箱是一个能够致冷到-4(rc左右，能够加热至U+5(rc左右的

高低温箱，也是一个能抽成真空的密闭容器。它是冻干机的主要部

分，需要冻干的产品就放在箱内分层的金属板层上，对产品进行冷

冻，并在真空下加温，使产品内的水分升华而干燥。

冷凝器同样是一个真空密闭容器，在它的内部有一个较大表面

积的金属吸附面，吸附面的温度能降到-40℃以下，并且能恒定地维

持这个低温。冷凝器的功用是把冻干箱内产品升华出来的水蒸气冻

结吸附在其金属表面上。

冻干箱、冷凝器、真空管道和阀门，再加上真空泵，便构成冻

干机的真空系统。真空系统要求没有漏气现象，真空泵是真空系统

建立真空的重要部件Q真空系统对于产品的迅速升华干燥是必不可

少的。

致冷系统由冷冻机与冻干箱、冷凝器内部的管道等组成。冷冻

机可以是互相独立的二套，也可以合用一套。冷冻机的功用是对冻

干箱和冷凝器进行致冷，以产生和维持它们工作时所需要的低温，

它有直接致冷和间接致冷二种方式。

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加热系统对于不同的冻干机有不同的加热方式。有的是利用直

接电加热法；有的则利用中间介质来进行加热，由一台泵使中间介

质不断循环。加热系统的作用是对冻干箱内的产品进行加热，以使

产品内的水份不断升华，并达到规定的残余水份要求。

控制系统由各种控制开关，指示调节仪表及一些自动装置等组

成，它可以较为简单，也可以很复杂。一般自动化程度较高的冻干

机则控制系统较为复杂。控制系统的功用是对冻干机进行手动或自

动控制，操纵机器正常运转，以冻干出合乎要求的产品来。

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，一般是玻瓶或安瓶，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。

装箱之前，先将冻干箱进行空箱降温，然后将产品放入冻干箱内进

行预冻，抽真空之前要根据冷凝器冷冻机的降温速度提前使冷凝器

工作，抽真空时冷凝器应达到-40。（2左右的温度，待真空度达到一定

数值后（通常应达到lOOuIIg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

使产品上升的规定的最高温度。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，与产品在每瓶内的装

量，总装量，玻璃容器的形状、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，要放干燥无菌的空气进入干燥箱，然后尽快地进

行加塞封口，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、冷凝器温度和真空度对

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

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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。

有哪些影响冻干机干燥过程及其冻干质量的因素？

冻干机简称真空冷冻干燥机，按规格划分，可分为实验室冻干机、

中试型冻干机、生产型冻干机。而实验室冻干机顾名思义就是用于

样品实验、少量冻干的一种小型冻干机设备。

影响冻干机干燥过程及其冻干质量的因素，也就是一条理想的

冻干曲线要受到诸如物料性质、浓度、升华面积、共晶点、热传导

介质和方式、设备性能等因素的制约，但主要因素有：

1、物料厚度直接影响物料的干燥时间，因为物料厚度越大，其

传热传质的阻力越大，物料内部的水分就越难向外传递，所以干燥

时间也就越长。

2、预冻温度和维持时间若预冻没有法好，或冻结不实，在进入

第一阶段升华干燥时，物料可能出现“沸腾”现象，或冻干后制品

表面凹凸不平，影响外观；如果冷的过低，则浪费了能源和时间。

预冻所需的时间要根据不同的具体条件来确定。但总的原则是，应

使制品的各部分完全冻实。

3、升华界面的温度（或供热量）和水蒸汽逸出制品的能力前者主

要由隔板的温度和干燥箱的压力（真空度）所决定，而后者主要由升

华界面的温度（对应的水蒸汽饱和压力）和箱内的水蒸汽分压所决定。

实验室冻干机发展至今，其种类也逐渐增多。按其功能划分，

可分为：普通型冻干机、压盖型冻干机、多歧管普通型冻干机、多

歧管压盖型冻干机、T型架冻干机、原位型冻干机。

然而冷冻干燥也有其缺点和难点；冷法干燥过程耗时长、耗能多；

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冷冻干燥过程对冻干药品和食品的质量有着决定性的影响。冷冻干

燥过程包括预冷、一次干燥、二次干燥和储存阶段等，都是相当

复杂传热传质过程;而且这些过程与药品、食品、赋形剂、低温保护

剂的热物性有密切的关系。

因此必须弄清楚影响伶栋干燥过程中传热传质的因素，测定有

关材料的热物性，才能制定可靠的程序，采用优化的冷冻干燥过程,

生产出高质量的药品和食品；并可达到缩短生产时间、节约能耗、降

低成本的目的。

产品的冷冻干燥需要在一定装置中进行，这个装置叫做真空冷

冻干燥机，简称冻干机。冻干机按系统分，由致冷系统、真空系统、

加热系统、和控制系统四个主要部分组成。按结构分，由冻干箱或

称干燥箱、伶凝器或称水汽凝集器、冷冻机、真空泵和阀门、电气

控制元件等组成。

冷冻干燥过程实际上是水的物质变化及其转移过程。冻干过程

有二个放热过程和二个吸收过程：液体生物制品放出热量凝固戌固

体生物制品，固体生物制品在真空下吸收热量升华成水蒸汽。水蒸

汽在冷凝器中放出热量凝华成冰霜，冻干结束后冰霜在冷凝器中吸

收热量熔化成水。

整个冻干过程中进行着热量质量的传递现象。热量的传递贯穿

冷冻干燥的全过程中。预冻阶段、干燥的第一阶段和第二阶段以及

化霜阶段均进行着热量