真空冷冻干燥机的原理和曲线图

真空冷冻干燥机(简称:冻干机)原理是利用.

真空冷冻干燥机(简称:冻干机)原理是利用升华原理,使预先冻结的物料中的水分,不经过冰的融化,直接以冰态升华为水蒸气被除去,从而达到干燥的目的。在低温下干燥时,物质中的一些挥发性成分损失很小,体积几乎不变,保持了原来的结构,不会发生塌陷现象,适合一些生化样品,药品和食品干燥。因此其用途主要广泛,适用于目前可见的所有产品的干燥。

水的分子是由二个氢原子,一个氧原子组成的,分子式是 H 2O,分子量为 18。 在一个大气压下,水的冰点是 0℃,压力增加,冰点下降。结冰是一个放热过程,水的熔化热为 80 卡/克。在一个大气压下,水的沸点是 100℃,这时水的蒸汽压与大气压相等, 当压力减小时沸点会降低,压力增大时沸点会上升。水的汽化是一个吸热过程,水的汽化热 走 536.5 卡/克。从水的状态图中可以看到,三相点约为 0℃和 6.11 毫巴,当压力低于 6.11毫巴时,水只能以气相和固相存在,没有液相。冰的升华热约为 670 卡/克。

水的密度在 4℃时最大,为 1 克/厘米 3,温度升高或降低时密度均减小,冰的密度为0.92 克/厘米 3,所以冰比水轻,并且结冰时会发生体积膨胀现象。

水蒸汽的临界温度是 374℃,临界压力是 217.7 个大气压。温度降低时,水蒸气很容 易液化,在不同的温度时,水和冰均有不同的蒸汽压。

空气能溶解于水中,溶解度随温度的升高而降低。纯水几乎不导电,当水中溶有其他 物质时,导电性会明显增加。冰是热的不良导体。

溶液的冰点和沸点与溶媒和溶质都不同,它随溶质的浓度不同而有不同的冰点和沸点。以水溶液为例来说明溶液的凝结过程。水溶液的凝结与纯水不一样,它不是在某一固定 温度下完全凝结成固体,溶液温度降低到某一温度对,晶体开始析出,随着温度的降低,晶 体的数量不断增加,最后溶液全部凝结。因此溶液是在某一温度范围内凝结的,冷却时开始 析出晶体的温度称溶液的冰点,而溶液全部凝结的温度叫溶液的凝固点,是溶质和溶媒全部 结晶的温度点。在溶液的结晶过程中溶液的浓度会增加,冰点会下降,稀溶液变为浓溶液, 并逐步成为饱和溶液,温度继续降低时,由于溶解度降低,将会有溶质的晶体析出,最后成 为冰晶体和溶质晶体的共晶混合物,这时的温度就是溶液的共晶点温度。这个过程也是一个 放热过程,在冷冻曲线上也会像水结冰那样出现过冷和一个平台。

冻干产品大都数是水溶液,有些是多种成份的水溶液,有些是溶液和悬浮液的混合液。 一些成份复杂的液体在冷冻时会形成两种状态,一种是晶体状态,一种是无定形态(也称玻 璃态)。如果形成晶体状态,那末完全冻结或固化的温度叫共晶点;如果形成玻璃态,完全 冻结或固化的温度叫玻璃态转化温度。

溶液的浓度对冻干是很重要的,它能影响冻干的时间和产品的质量,浓度太高或太低 均对冻干不利。浓度太高,干燥之后干物质太多,密度大,溶解慢,干燥时会影响升华速率, 甚至发生熔化。浓度太低,干燥之后干物质太少,不能形成团块结构,产品像棉花状,甚至 会被升华气流带到容器的外边。冻干产品的浓度应该在在 4%~25%之间,以 10%~15%为 最佳。浓度的高低也会影响产品的凝固点,例如氯化钠水溶液,浓度 18.8%时,凝固点是-15℃,浓度 23%时,凝固点是-21℃。

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