（精選）冷凍干燥原理培訓(xùn)(凍干原理).ppt

1、冷凍干燥原理,1,2,一、冷凍干燥的綜述,就是把含有大量水分的制品，預(yù)先進(jìn)行降溫凍結(jié)成固體，然后在真空的條件下使水蒸汽直接升華出來(lái)，而制品本身保留在凍結(jié)時(shí)的冰架中，干燥后的制品體積基本不變，疏松多孔，有效地保證了生物制品的活性且易于保存。在冷凍干燥過(guò)程中為了增加升華速度，縮短干燥時(shí)間，要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)加熱。整個(gè)干燥是在較低的溫度下進(jìn)行的。,3,二、冷凍干燥的優(yōu)點(diǎn),1冷凍干燥在低溫下進(jìn)行，對(duì)許多熱敏性物質(zhì)特別適用。 2在低溫下干燥時(shí)，物質(zhì)中的一些揮發(fā)性成分損失很小，適合藥品的干燥。 3在冷凍干燥過(guò)程中，微生物的生長(zhǎng)和酶的作用無(wú)法進(jìn)行，因此能保持原來(lái)的性裝。,4,二、冷凍干燥的優(yōu)點(diǎn),4由于在凍結(jié)的

2、狀態(tài)下進(jìn)行干燥，因此體積幾乎不變，保持了原來(lái)的結(jié)構(gòu)，不會(huì)發(fā)生濃縮現(xiàn)象。 5干燥后的物質(zhì)疏松多孔，呈海綿狀，加水后溶解迅速而完全，幾乎立即恢復(fù)原來(lái)的性狀。 6由于干燥在真空下進(jìn)行，氧氣極少，因此一些易氧化的物質(zhì)得到了保護(hù)。 7干燥能排除95-99%以上的水份，使干燥后產(chǎn)品能長(zhǎng)期保存而不致變質(zhì)。,5,三、凍干機(jī)的組成,6,1、凍干機(jī)的組成按系統(tǒng)分,1.1 制冷系統(tǒng) 1.2 真空系統(tǒng) 1.3 加熱系統(tǒng) 1.4 控制系統(tǒng),7,1.1 制冷系統(tǒng),制冷系統(tǒng)由冷凍機(jī)與凍干箱、冷凝器內(nèi)部的管道等組成。冷凍機(jī)可以是互相獨(dú)立的二套，也可以合用一套。冷凍機(jī)的功用是對(duì)凍干箱和冷凝器進(jìn)行致冷，以產(chǎn)生和維持它們工作時(shí)所需

3、要的低溫，它有直接制冷和間接制冷二種方式。,8,1.2 真空系統(tǒng),凍干箱、冷凝器、真空管道和閥門，再加上羅茨泵、真空泵，便構(gòu)成凍干機(jī)的真空系統(tǒng)。 真空系統(tǒng)要求沒(méi)有漏氣現(xiàn)象，真空泵是真空系統(tǒng)建立真空的重要部件。 真空系統(tǒng)對(duì)于產(chǎn)品的升華干燥是必不可少的。,9,1.3 加熱系統(tǒng),加熱系統(tǒng)對(duì)于不同的凍干機(jī)有不同的加熱方式。有的是利用直接電加熱法；有的則利用中間介質(zhì)來(lái)進(jìn)行加熱，由一臺(tái)循環(huán)泵泵使中間介質(zhì)不斷循環(huán)。 加熱系統(tǒng)的作用是對(duì)凍干箱內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行加熱，以使產(chǎn)品內(nèi)的水份不斷升華，并達(dá)到規(guī)定的殘余水份要求。,10,1.4 控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)由各種控制開關(guān)，指示調(diào)節(jié)儀表及一些自動(dòng)裝置等組成，它可以較為簡(jiǎn)單，

4、也可以很復(fù)雜。一般自動(dòng)化程度較高的凍干機(jī)則控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。 控制系統(tǒng)的功用是對(duì)凍干機(jī)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制，操縱機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以凍干出合乎要求的產(chǎn)品來(lái)。,11,2、凍干機(jī)的組成按結(jié)構(gòu)分,由凍干箱或稱干燥箱、冷凝器或稱水汽凝集器、冷凍機(jī)、真空泵和閥門、電氣控制元件等組成。,12,2.1 凍干箱,凍干箱是一個(gè)能夠致冷到-40左右，能夠加熱到+50左右的高低溫箱，也是一個(gè)能抽成真空的密閉容器。 它是凍干機(jī)的主要部分，需要凍干的產(chǎn)品就放在箱內(nèi)分層的金屬板層上，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行冷凍，并在真空下加溫，使產(chǎn)品內(nèi)的水份升華而干燥。,13,2.2冷凝器,冷凝器同樣是一個(gè)真空密閉容器，在它的內(nèi)部有一個(gè)較大表面積的金屬吸附

5、面，吸附面的溫度能降到-40以下，并且能恒定地維持這個(gè)低溫。 冷凝器的功用是把凍干箱內(nèi)產(chǎn)品升華出來(lái)的水蒸氣凍結(jié)吸附在其金屬表面上。,14,四、共溶點(diǎn)及其測(cè)量方法,15,1.共熔點(diǎn)的概念,制品內(nèi)的各種組份全部?jī)鼋Y(jié)成固體的溫度即為共熔點(diǎn)。,16,2、共熔點(diǎn)的意義,由于冷凍干燥是在真空狀態(tài)下進(jìn)行。只有制品全部?jī)鼋Y(jié)后才能在真空下進(jìn)行升華，否則有部分液體存在時(shí)，在真空下不僅會(huì)迅速蒸發(fā)，造成液體的濃縮使凍干制品的體積縮??；而且溶解在水中的氣體在真空下會(huì)迅速冒出來(lái)，造成象液體沸騰的樣子，使凍干產(chǎn)品鼓泡，甚至冒出瓶外。 凍干制品在升華開始時(shí)必須要冷到共熔點(diǎn)以下的溫度，使凍干制品真正全部?jī)鼋Y(jié)。,17,3、共熔點(diǎn)

6、的確定,在凍結(jié)過(guò)程中，從外表的觀察來(lái)確定制品是否完全凍結(jié)成固體是不可能的；靠測(cè)量溫度也無(wú)法確定制品內(nèi)部是否完全凍結(jié)成固體。而隨著制品凍結(jié)溫度的變化，其內(nèi)部冰晶結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，同時(shí)制品的電阻率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。 制品完全凍結(jié)后其內(nèi)部離子將固定不動(dòng)，因此電阻率明顯增大；如果制品沒(méi)有完全凍結(jié)，其內(nèi)部會(huì)有少量液體存在，其電阻率將顯著下降。因此通過(guò)測(cè)量制品的電阻率可以確定制品的共熔點(diǎn)。,18,4、一些物質(zhì)的共熔點(diǎn),19,五、冷凍干燥的程序,20,1、冷凍干燥的程序,1.1在凍干之前，把需要凍干的制品分裝在合適的容器內(nèi)，一般是玻瓶或安瓶，裝量要均勻，蒸發(fā)表面盡量大而厚度盡量薄些；然后放入與凍干箱尺寸相適應(yīng)

7、的金屬盤內(nèi)。 1.2將制品放入凍干箱內(nèi)進(jìn)行預(yù)冷凍結(jié)抽真空，抽真空之前要根據(jù)冷凝器冷凍機(jī)的降溫速度提前使冷凝器工作，抽真空時(shí)冷凝器應(yīng)達(dá)到-40左右的溫度，待真空度達(dá)到一定數(shù)值后，即可對(duì)箱內(nèi)制品進(jìn)行加熱。,21,1、冷凍干燥的程序,1.3一般加熱分兩步進(jìn)行，第一步加溫不使制品的溫度超過(guò)共熔點(diǎn)的溫度；待制品內(nèi)水份基本干完后進(jìn)行第二步加溫，這時(shí)可迅速地使制品上升的規(guī)定的最高溫度。在最高溫度恒溫保持?jǐn)?shù)小時(shí)后，即可結(jié)束凍干。 1.4凍干結(jié)束壓塞后，放入無(wú)菌空氣進(jìn)入干燥箱，然后盡快地出箱封口，以防重新吸收空氣中的水份。,22,2、冷凍干燥時(shí)間的影響因素,4.1 產(chǎn)品的種類 4.2 產(chǎn)品的裝量 4.3 玻璃容

8、器的形狀、規(guī)格 4.4 凍干曲線及機(jī)器的性能等。,23,3、凍干曲線,凍干曲線：在凍干過(guò)程中，以產(chǎn)品和板層的溫度、冷凝器溫度和真空度為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)畫成的曲線，叫做凍干曲線。 凍干不同的產(chǎn)品應(yīng)采用不同的凍干曲線。同一產(chǎn)品使用不同的凍干曲線時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量也不相同，凍干曲線還與凍干機(jī)的性能有關(guān)。,24,六、制品的凍結(jié),25,1.制品凍結(jié)的簡(jiǎn)述,1.1 凍結(jié)的目的：是為了固定制品，以便在真空下進(jìn)行升華。沒(méi)有凍實(shí)的制品抽真空時(shí)制品會(huì)冒出瓶外；如果制品溫度凍的過(guò)低，則不僅浪費(fèi)了能源和時(shí)間，而且對(duì)于某些制品還會(huì)降低活性。,26,1.制品凍結(jié)的簡(jiǎn)述,1.2 制品在進(jìn)行冷凍干燥時(shí)，需要裝入適宜的容器，然

9、后進(jìn)行凍結(jié)，才能進(jìn)行升華干燥。 1.3凍結(jié)過(guò)程不僅昰為了保護(hù)物質(zhì)的主要性能不變；而且要獲得凍結(jié)后制品有合理的結(jié)構(gòu)以利于水份的升華；還要有恰當(dāng)?shù)难b量，以便日后的應(yīng)用。,27,2.制品凍結(jié)時(shí)的注意事項(xiàng),2.1 制品中物質(zhì)的含量：需要凍干的產(chǎn)品需配制成一定濃度的液體，為了能保證干燥后有一定的形狀，物質(zhì)含量在20%左右最佳。 2.2.1 制品分裝到容器中要有一定的表面積與厚度之比。表面積要大一些，厚度要小些，這樣才有利于制品中水分的升華。一般分裝厚度不大于10mm。,28,2. 制品凍結(jié)時(shí)的注意事項(xiàng),2.2.2 有些制品需用大瓶，并且瓶中制品裝量較多時(shí)，可以采用旋凍的方法凍成殼狀，或傾斜容器凍成斜面，

10、以增大表面積，減小厚度。 2.3 直接把產(chǎn)品放置在凍干箱內(nèi)的多層擱板上，由冷凍機(jī)來(lái)進(jìn)行冷凍。大量的小瓶和安瓿進(jìn)行凍干時(shí)為了進(jìn)箱和出箱方便，一般把小瓶或安瓿分裝在若干金屬盤內(nèi)，再裝進(jìn)箱子。,29,2.制品凍結(jié)時(shí)的注意事項(xiàng),2.4 為了改進(jìn)熱傳遞，有些金屬盤制成可分離式，進(jìn)箱時(shí)把底抽走，讓小瓶直接與凍干箱的金屬板接觸；對(duì)于不可抽底的盤子要求盤底平整，以利于產(chǎn)品熱傳遞的均一性；采用旋凍法的大血漿瓶要事先凍好，然后再加上降過(guò)溫的金屬塊后再進(jìn)行冷凍。,30,3、制品的凍結(jié)過(guò)程,純水結(jié)冰 冰晶的生長(zhǎng) 電解質(zhì)的濃縮 低溫共熔混合物凝固 變?yōu)楣腆w,31,4、冷凍對(duì)細(xì)胞和生命體的破壞作用,其機(jī)理是非常復(fù)雜，目前

11、尚無(wú)統(tǒng)一的理論，一般認(rèn)為主要是由以下兩種效應(yīng)引起 4.1 機(jī)械效應(yīng) 4.2 溶質(zhì)效應(yīng),32,4.1 機(jī)械效應(yīng),4.1.1 機(jī)械效應(yīng)是由細(xì)胞內(nèi)外冰晶生長(zhǎng)而產(chǎn)生的機(jī)械力量引起的。特別是對(duì)于有細(xì)胞膜的生命體影像較大。一般冰晶越大，細(xì)胞膜越易破裂，從而造成細(xì)胞死亡；冰晶小，對(duì)細(xì)胞膜的機(jī)械損傷也較小。,33,4.1 機(jī)械效應(yīng),4.1.2 緩慢冷凍產(chǎn)生的冰晶較大，快速冷凍產(chǎn)生的冰晶較?。痪痛硕?。快速冷凍對(duì)細(xì)胞的影響較小。緩慢冷凍容易引起細(xì)胞的死亡。,34,4.2 溶質(zhì)效應(yīng),4.2.1 由于水的凍結(jié)使間隙液體逐漸濃縮，從而使電解質(zhì)的濃度增加。 由于蛋白質(zhì)對(duì)電解質(zhì)的濃度較敏感，電解質(zhì)濃度的增加會(huì)引起蛋白質(zhì)的

12、變性，從而使細(xì)胞死亡；另外電解質(zhì)濃度的增加會(huì)使細(xì)胞脫水而死亡。間隙液體濃度越高。上述原因引起的破壞也越厲害。,35,4.2 溶質(zhì)效應(yīng),4.2.2 溶質(zhì)效應(yīng)在某一溫度范圍最為明顯。這個(gè)溫度范圍在水的冰點(diǎn)和該液體的全部固化溫度之間。 若制品能以較高的速度越過(guò)這一溫度范圍，溶質(zhì)效應(yīng)所產(chǎn)生的影響就能大大減弱。,36,4.2 溶質(zhì)效應(yīng),4.2.3 冷凍時(shí)所形成冰晶體的大小在很大程度上也影響干燥的速率和干燥后制品的溶解速度。 大的冰晶容易升華，小的冰晶不利于升華；但大的冰晶溶解慢，小的冰晶溶解快。冰晶越小、干燥后越能反映產(chǎn)品的原來(lái)結(jié)構(gòu)。,37,5、凍結(jié)之前應(yīng)確定的三個(gè)數(shù)據(jù),5.1 凍結(jié)的速率 ：應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品

13、不同而試驗(yàn)出一個(gè)最優(yōu)冷凍速率。 5.2 凍結(jié)的最低溫度：應(yīng)根據(jù)該產(chǎn)品的共熔點(diǎn)來(lái)決定，預(yù)凍的最低溫度應(yīng)低于共熔點(diǎn)的溫度。,38,5、凍結(jié)之前應(yīng)確定的三個(gè)數(shù)據(jù),5.3 凍結(jié)的時(shí)間：根據(jù)機(jī)器的情況來(lái)決定，保證抽真空之前所有產(chǎn)品均已凍實(shí)，不致因抽真空而冒出瓶外；凍干箱的每一板層之間，每一板層的各部分之間溫差越小，則預(yù)凍的時(shí)間可以相應(yīng)縮短，一般產(chǎn)品的溫度達(dá)到凍結(jié)最低溫度12小時(shí)后，即可開始抽真空，進(jìn)行升華干燥。,39,七、制品的第一階段干燥,40,1.第一階段干燥的簡(jiǎn)述,1.1 制品內(nèi)的冰全部升華之前的階段稱第一階段干燥、也叫作解吸干燥階段 1.2 制品在升華時(shí)要吸收熱量，一克冰全部變成水蒸汽大約需要吸

14、收670卡左右的熱量，因此升華階段必須對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加熱。但對(duì)制品的加熱量是有限度的，不能使制品的溫度超過(guò)其自身共熔點(diǎn)溫度。,41,2. 升華的制品溫度與共熔點(diǎn)溫度的比較,2.1 升華的制品溫度如果低于共熔點(diǎn)溫度過(guò)多，則升華的速率降低，升華階段的時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)； 2.2 如果高于共熔點(diǎn)溫度，則產(chǎn)品會(huì)發(fā)生熔化，干燥后的產(chǎn)品將發(fā)生體積縮小，出現(xiàn)氣泡，顏色加深，溶解困難等現(xiàn)象。 2.3 因此升華階段制品的溫度要求接近共熔點(diǎn)溫度，但又不能超過(guò)共熔點(diǎn)溫度,42,3.制品的溫度,3.1 由于制品升華時(shí)，升華面不是固定的。而是在不斷的變化，并且隨著升華的進(jìn)行，凍結(jié)產(chǎn)品越來(lái)越少。因此造成對(duì)產(chǎn)品溫度測(cè)量的困難，利用溫度

15、計(jì)來(lái)測(cè)量均會(huì)有一定的誤差。 也能通過(guò)對(duì)升華產(chǎn)品的電阻的測(cè)量來(lái)推斷。如果測(cè)得產(chǎn)品的電阻大于共熔點(diǎn)時(shí)的電阻數(shù)值，則說(shuō)明產(chǎn)品的溫度低于共熔點(diǎn)的溫度；如果測(cè)得的電阻接近共熔點(diǎn)時(shí)的電阻數(shù)值，則說(shuō)明產(chǎn)品溫度已接近或達(dá)到共熔點(diǎn)的溫度。,43,4、凍干箱內(nèi)的壓強(qiáng),4.1 冷凍干燥時(shí)凍干箱內(nèi)的壓強(qiáng)，過(guò)去認(rèn)為是越低越好，現(xiàn)在則認(rèn)為不是越低越好，而是要控制在一定的范圍之內(nèi)。 4.2 壓強(qiáng)低當(dāng)然有利于產(chǎn)品內(nèi)冰的升華。但由于壓強(qiáng)太低時(shí)對(duì)熱傳遞不利，產(chǎn)品不易獲得熱量，升華速率反而降低。實(shí)驗(yàn)表明：在凍干箱的壓強(qiáng)低于10Pa時(shí)，氣體的對(duì)流傳熱小到可以忽略不計(jì)；而壓強(qiáng)大于10Pa時(shí)，氣體的對(duì)流傳熱就明顯增加。在同樣的板層溫度下

16、，壓強(qiáng)高于10Pa時(shí)，產(chǎn)品容易獲得熱量，因而升華速率增加。,44,4、凍干箱內(nèi)的壓強(qiáng),4.3 當(dāng)壓強(qiáng)太高時(shí)，產(chǎn)品內(nèi)冰的升華速率減慢，產(chǎn)品吸熱量將減少。于是產(chǎn)品自身的溫度上升，當(dāng)高于共熔點(diǎn)溫度時(shí)，產(chǎn)品將發(fā)生熔化，造成凍干失敗。 4.4 凍干箱的合適壓強(qiáng)一般認(rèn)為是在10-30Pa之間，在這個(gè)壓強(qiáng)范圍內(nèi)，既利于熱量的傳遞又利于升華的進(jìn)行。超過(guò)30Pa時(shí)，產(chǎn)品可能熔化，此時(shí)將發(fā)出真空?qǐng)?bào)警信號(hào)，切斷對(duì)產(chǎn)品的加熱，甚至啟動(dòng)冷凍機(jī)對(duì)凍干箱進(jìn)行降溫，以保護(hù)產(chǎn)品不致發(fā)生熔化。,45,5、板層的溫度應(yīng)進(jìn)行合理控制,在升華干燥階段，凍干箱的板層為制品的升華提供熱量。 板層溫度高，制品獲得的熱量就多；板層溫度低，制品

17、獲得的熱量就少； 板層溫度過(guò)高，制品獲得過(guò)多的熱量使制品發(fā)生熔化；板層溫度過(guò)低，制品得不到足夠的熱量會(huì)延長(zhǎng)升華干燥時(shí)間。因此，板層的溫度應(yīng)進(jìn)行合理的控制。,46,6、板層溫度高低的三個(gè)因素,制品溫度 凍干箱的壓強(qiáng)（即凍干箱的真空度） 冷凝器溫度,47,6、板層溫度高低的三個(gè)因素,如果在升華干燥的時(shí)候，制品的溫度低于該制品的共熔點(diǎn)溫度較多，凍干箱內(nèi)的壓強(qiáng)小于真空?qǐng)?bào)警設(shè)定的壓強(qiáng)較多，冷凝器溫度也低于-40較多，則板層的加熱溫度還可以繼續(xù)提高。 如果板層溫度提高到某一數(shù)值之后，制品的溫度已接近共熔點(diǎn)溫度，或者凍干箱的壓強(qiáng)上升到接近真空?qǐng)?bào)警的數(shù)值或者冷凝器溫度回升到-40，則板層溫度不可再繼續(xù)提高。,

18、48,7、升華階段時(shí)間長(zhǎng)短的影響因素,7.1 制品的品種：有些制品容易干燥，有些制品不容易干燥。一般來(lái)說(shuō)，共熔點(diǎn)溫度較高的制品容易干燥，升華的時(shí)間短些。 7.2 制品的分裝厚度：正常的干燥速率大約每小時(shí)使產(chǎn)品下降1毫米的厚度。因此分裝厚度大，升華時(shí)間也長(zhǎng)。,49,7、升華階段時(shí)間長(zhǎng)短的影響因素,7.3 升華時(shí)提供的熱量：升華時(shí)若提供的熱量不足，則會(huì)減慢升華速率，延長(zhǎng)升華階段的時(shí)間。 7.4 凍干機(jī)本身的性能，這包括凍干機(jī)的真空性能，冷凝器的溫度以及機(jī)器構(gòu)造的幾何形狀等，性能良好的凍干機(jī)使升華階段的時(shí)間縮短些。,50,8、崩解溫度,8.1 崩解溫度：某些已干燥的產(chǎn)品當(dāng)溫度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)會(huì)失去剛性

19、，發(fā)生類似崩潰的現(xiàn)象，失去了疏松多亂的性質(zhì)，使干燥產(chǎn)品有些發(fā)粘。比重增加，顏色加深。發(fā)生這種變化的溫度就叫做崩解溫度。,51,8、崩解溫度,所謂崩解溫度是對(duì)已經(jīng)干燥的產(chǎn)品而言的，已干燥的產(chǎn)品應(yīng)該是疏松多孔，保持一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，以便下層凍結(jié)產(chǎn)品中升華的水蒸汽能順利通過(guò)，使全部的產(chǎn)品都能良好的干燥。 在產(chǎn)品的第一階段時(shí)，除了要保持凍結(jié)產(chǎn)品的溫度不能超過(guò)共熔點(diǎn)以外，還要保持已干燥的產(chǎn)品溫度不能超過(guò)崩解溫度。,52,8、崩解溫度,8.2、崩解后的制品：干燥制品發(fā)生崩解之后，阻礙或影響下層凍結(jié)制品升華的水蒸汽順利通過(guò)，于是升華速度減慢，凍結(jié)制品吸收的熱量將減少，由板層繼續(xù)提供的熱量就會(huì)多余，就會(huì)造成凍結(jié)

20、制品溫度上升，制品發(fā)生熔化發(fā)泡現(xiàn)象。,53,8、崩解溫度,8.3 崩解溫度與制品的種類和性質(zhì)有關(guān)，因此應(yīng)該合理的選擇制品的保護(hù)劑，使崩解溫度盡可能高一些，例如產(chǎn)品的崩解溫度應(yīng)高于該制品的共熔點(diǎn)溫度。 8.4 崩解溫度一般由試驗(yàn)來(lái)確定，通過(guò)顯微冷凍干燥試驗(yàn)可以觀察到崩解現(xiàn)象，從而確定崩解溫度。,54,八、制品的第二階段干燥,55,1、制品進(jìn)行第二次干燥的意義,一旦制品內(nèi)冰升華完畢，制品的干燥便進(jìn)入了第二階段。在該階段雖然制品內(nèi)不存在凍結(jié)冰，但產(chǎn)品內(nèi)還存在10左右的水分，為了使制品達(dá)到合格的水分含量，必須對(duì)制品進(jìn)一步的干燥。,56,2、制品在解吸階段的溫度要求,在解吸階段，可以使制品的溫度迅速地上

21、升到該制品的最高允許溫度，并在該溫度一直維持到凍干結(jié)束為止。迅速提高制品溫度有利于降低制品水分含量，縮短解吸干燥的時(shí)間。 制品的允許溫度因制品的品種而定，一般為2540左右。病毒性產(chǎn)品為25，細(xì)菌性產(chǎn)品為30，血清、抗菌素等可高達(dá)40。,57,3、凍干箱內(nèi)的壓強(qiáng)控制,3.1 為了改進(jìn)凍干箱傳熱，使制品溫度較快地達(dá)到最高允許溫度，以縮短解吸干燥階段時(shí)間。要對(duì)凍干箱內(nèi)的壓強(qiáng)進(jìn)行控制，控制的壓強(qiáng)范圍在1530Pa之間。 3.2 壓強(qiáng)控制采用真空泵間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的方法控制。,58,4、解吸階段時(shí)間長(zhǎng)短的影響因素,4.1 制品的品種：制品不同，干燥的難易不同，最高許可溫度也不同，最高許可溫度較高的產(chǎn)品，時(shí)間可

22、相應(yīng)短些。 4.2水分的含量：水分的含量要求低的產(chǎn)品，干燥時(shí)間較長(zhǎng)。制品水分的含量應(yīng)有利于該產(chǎn)品的長(zhǎng)期存放，太高太低均不好。應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)來(lái)確定。,59,4、解吸階段時(shí)間長(zhǎng)短的影響因素,4.3凍干機(jī)的性能：在解吸階段后期能達(dá)到的真空度高，冷凝器的溫度低的凍干機(jī)，其解吸干燥的時(shí)間可短些。 4.4是否采用壓強(qiáng)控制法：如果采用壓強(qiáng)控制法，則改進(jìn)了傳熱，使產(chǎn)品達(dá)到最高許可溫度的時(shí)間縮短，解吸干燥的時(shí)間也會(huì)縮短。,60,5、凍干結(jié)束的確定,制品溫度已達(dá)到最高許可溫度，并在這個(gè)溫度保持8小時(shí)以上的時(shí)間；關(guān)閉凍干箱和冷凝器之間的閥門，注意觀察凍干箱的壓力升高情況（這時(shí)關(guān)閉的時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)些，約30秒到60秒）。如果凍

23、干箱內(nèi)的壓力沒(méi)有明顯的升高，則說(shuō)明干燥已基本完成，可以結(jié)束凍干。 如果壓力有明顯升高，則說(shuō)明還有水分逸出，要延長(zhǎng)時(shí)間繼續(xù)進(jìn)行干燥。直到關(guān)閉凍干箱冷凝器之間的閥門之后，壓力無(wú)明顯上升為止。,61,九、影響干燥過(guò)程的因素,62,1、冷凍干燥過(guò)程的簡(jiǎn)述,1.1 冷凍干燥過(guò)程實(shí)際上是水的物質(zhì)變化及其轉(zhuǎn)移過(guò)程。含有大量水份的生物制品首先凍結(jié)成固體，然后在真空狀態(tài)下固態(tài)冰直接升華成水蒸汽，水蒸汽又在冷凝器表面凝結(jié)成冰霜，干燥結(jié)束后冰霜熔化排出。在凍干箱內(nèi)得到了需要的冷凍干燥產(chǎn)品,63,1、冷凍干燥過(guò)程的簡(jiǎn)述,1.2 凍干過(guò)程有二個(gè)放熱過(guò)程和二個(gè)吸熱過(guò)程：液體生物制品放出熱量凝固成固體生物制品，固體生物制品

24、在真空下吸收熱量升華成水蒸汽。水蒸汽在冷凝器中放出熱量凝結(jié)成冰霜，凍干結(jié)束后冰霜在冷凝器中吸收熱量熔化成水。,64,2、凍干過(guò)程中的熱量質(zhì)量傳遞,熱量的傳遞貫穿冷凍干燥的全過(guò)程中。凍結(jié)階段、干燥的第一階段和第二階段以及化霜階段均進(jìn)行著熱量的傳遞； 質(zhì)量的傳遞僅在干燥階段進(jìn)行，凍干箱制品中產(chǎn)生的水蒸汽到冷凝器內(nèi)凝結(jié)成冰霜的過(guò)程，實(shí)際上也是質(zhì)量傳遞的過(guò)程，只有發(fā)生了質(zhì)量的傳遞產(chǎn)品才能獲得干燥。在干燥階段，熱的傳遞是為了促進(jìn)質(zhì)的傳遞，改善熱的傳遞也能改善質(zhì)的傳遞。,65,3、制品干燥的速率,干燥的速率與凍干箱和冷凝器之間的水蒸汽壓力差成正比，與水蒸汽流動(dòng)的阻力成反比。水蒸汽壓力差越大，流動(dòng)的阻力越小

25、，則干燥的速率越快。 水蒸汽的壓力差取決于冷凝器的有效溫度和制品溫度的溫度差。 因此要盡可能地降低冷凝器的有效溫度和最大限度地提高制品的溫度。,66,4、凍干過(guò)程的水分子描述,升華首先從制品的表面開始，在干燥進(jìn)行了一段時(shí)間之后，在凍結(jié)制品表面上形成了一層已干燥的制品，產(chǎn)生了干燥制品與凍結(jié)制品之間的交界面。交界面隨著干燥的進(jìn)行不斷下降，直到升華完畢交界面消失。水分子跑出交界面之后，進(jìn)入已經(jīng)干燥制品的某一間隔內(nèi)，以后可能還要穿過(guò)許多這樣的間隔后，才能從制品的縫隙進(jìn)入空間。也可能經(jīng)過(guò)一些轉(zhuǎn)折又回到凍結(jié)制品之中。,67,4、凍干過(guò)程的水分子描述,當(dāng)水分子跑出制品表面以后，它的運(yùn)動(dòng)路徑還很曲折?？赡芘c玻

26、璃瓶壁碰撞，可能凍干機(jī)的金屬板壁碰撞，也經(jīng)常發(fā)生水分子之間的相互碰撞，然后進(jìn)入冷凝器內(nèi)。當(dāng)水分子與冷凝器的制冷表面發(fā)生碰撞時(shí)，由于該表面的溫度很低，低溫表面吸收了水分子的能量，這樣水分子便失去了動(dòng)能，使其沒(méi)有能量再離開冷凝器的表面，于是水分子被“捕獲”了。大量水分子捕獲后在冷凝器表面形成一層冰霜，這樣就降低了系統(tǒng)內(nèi)的水蒸汽壓力。使凍干箱的水蒸汽不斷的流向冷凝器。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，凍干箱內(nèi)不斷對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加熱以及冷凝器的持久工作，產(chǎn)品逐漸得到了干燥。,68,5、凍干過(guò)程中水蒸汽的流動(dòng)阻力,5.1 產(chǎn)品內(nèi)部的阻力：水分子通過(guò)已經(jīng)干燥的產(chǎn)品層的阻力。這個(gè)阻力的大小與干燥層的結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品的種類、成份、濃度、

27、保護(hù)劑等有關(guān)。 5.2 容器的阻力：主要來(lái)自瓶口之處，因?yàn)槠靠诘慕孛孑^小，瓶口處可能還有某些物品。如：帶槽的橡皮塞、紗布等，瓶口截面大，則阻力小。 5.3 機(jī)器本身的阻力：主要是凍干箱與冷凝器之間管道的阻力，管道粗、短、直則阻力小。另外阻力還與凍干箱的結(jié)構(gòu)和幾何形狀有關(guān)。,69,6、提高干燥速率的方法,6.1 提高凍干箱內(nèi)產(chǎn)品的溫度，能增加凍干箱內(nèi)水蒸汽壓力，加速水蒸汽流向冷凝器，加快質(zhì)的傳遞，增加干燥速率。但是提高產(chǎn)品的溫度是有一定限度的，不能使產(chǎn)品溫度超過(guò)共熔點(diǎn)的溫度。,70,6、提高干燥速率的方法,6.2 降低冷凝器的溫度。也就降低了冷凝器內(nèi)水蒸汽的壓力，也能加速水蒸汽從凍干箱流向冷凝器

28、。同樣能加快質(zhì)的傳遞，提高干燥速率。但是更多的降低冷凝器的溫度需增加投資和運(yùn)行費(fèi)用。,71,6、提高干燥速率的方法,6.3 減少水蒸汽的流動(dòng)阻力也能加快質(zhì)的傳遞，提高干燥速率。減小制品的分裝厚度；合理的設(shè)計(jì)瓶、塞、減少瓶口阻力；合理的設(shè)計(jì)凍干機(jī)，減少機(jī)器的管道阻力；選擇合適的濃度和保護(hù)劑，使干燥產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)疏松多亂，減少干燥層的阻力；試驗(yàn)最優(yōu)的凍結(jié)方法，造成有利于升華的冰晶結(jié)構(gòu)等。這些方法均能促進(jìn)質(zhì)的傳遞，提高干燥速率。,72,十、凍干工藝的制定,73,1、凍干工藝簡(jiǎn)述,凍干工藝就是進(jìn)行冷凍干燥過(guò)程控制的基本依據(jù)。 凍干工藝不僅是手工操作凍干機(jī)的依據(jù)，而且也是自動(dòng)控制凍干機(jī)操作的依據(jù)。,74,2

29、、制定凍干工藝的考慮因素,2.1 制品的品種：制品不同則共熔點(diǎn)亦不同，共熔點(diǎn)低的產(chǎn)品要求凍結(jié)的溫度低；加熱時(shí)板層的溫度亦相應(yīng)要低些。有些產(chǎn)品受冷凍的影響較大，有些產(chǎn)品則影響較?。?一般細(xì)菌性的產(chǎn)品受冷凍的影響較大，病毒性的產(chǎn)品受冷凍的影響較小。要根據(jù)試驗(yàn)找出一個(gè)產(chǎn)品的最優(yōu)冷凍速率，以獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品和較短的冷凍干燥時(shí)間。 產(chǎn)品不同，對(duì)水分含量的要求也不同。為了長(zhǎng)期保存產(chǎn)品，有些產(chǎn)品要求水分含量低些。有些則要求高些。水分含量要求低的產(chǎn)品，凍干時(shí)間需長(zhǎng)些。水分含量要求高的產(chǎn)品，凍干時(shí)間可縮短。,75,2、制定凍干工藝的考慮因素,2.2 裝量的多少也影響凍干工藝的制定。一個(gè)是總裝量的多少，一個(gè)是每一

30、容器內(nèi)產(chǎn)品裝量的多少。裝量多的制品，其凍干時(shí)間也長(zhǎng)。 2.3 容器的品種也是需要考慮的因素，底部平整的瓶子傳熱較好，凍干時(shí)間較短； 底部不平或玻璃厚的瓶子傳熱較差，凍干時(shí)間較長(zhǎng)。,76,2、制定凍干工藝的考慮因素,2.4 凍干機(jī)性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到凍干工藝的制定，凍干機(jī)有各種不同的型號(hào)，因此它們的性能也各不相同。有些機(jī)器的性能好，例如板層之間，每板層的各部分之間溫差??；冷凝器的溫度低，冰負(fù)荷能力大；凍干箱與冷凝器之間的水蒸汽流動(dòng)阻力?。徽婵毡贸樗倏?，真空度好而穩(wěn)定。有些機(jī)器則差一些。,77,3、制定凍干工藝要確定的數(shù)據(jù),3.1 凍結(jié)速度：凍結(jié)速度大部分機(jī)器不能進(jìn)行控制，因此只能以凍結(jié)溫度和裝箱

31、后的時(shí)間來(lái)確定凍結(jié)的速率，要求凍結(jié)的速率快，則凍干箱擱板先降至凍結(jié)溫度，然后再讓產(chǎn)品裝箱；要求凍結(jié)的速率慢，則產(chǎn)品裝箱之后再讓凍干箱擱板降溫。,78,3、制定凍干工藝要確定的數(shù)據(jù),3.2 凍結(jié)的最低溫度：這個(gè)溫度取決于制品的共熔點(diǎn)溫度，凍結(jié)最低溫度應(yīng)低于該制品的共熔點(diǎn)溫度。 3.3 凍結(jié)的時(shí)間：制品裝量多，使用的容器底厚而不平整，不是把制品直接放在凍干箱板層上凍干，凍干箱冷凍機(jī)能力差，每一板層之間以及每一板層的個(gè)部分之間溫差大的機(jī)器，則要求凍結(jié)時(shí)間長(zhǎng)些。為了使箱內(nèi)每一瓶產(chǎn)品全部?jī)鰧?shí)，一般要求在樣品的溫度達(dá)到預(yù)定的最低溫度之后再保持12小時(shí)的時(shí)間。,79,3、制定凍干工藝要確定的數(shù)據(jù),3.4 冷

32、凝器降溫的時(shí)間：冷凝器要求在凍結(jié)末期，凍結(jié)尚未結(jié)束，抽真空之前開始降溫。提前多少時(shí)間要由冷凝器機(jī)器的降溫性能來(lái)確定。要求在凍結(jié)結(jié)束抽真空的時(shí)候，冷凝器的溫度要達(dá)到-40左右。好的機(jī)器一般提前半小時(shí)開始降溫。 冷凝器的降溫通常從開始之后一直持續(xù)到凍干結(jié)束為止。溫度始終應(yīng)在-40以下。,80,3、制定凍干工藝要確定的數(shù)據(jù),3.5 抽真空時(shí)間：凍結(jié)結(jié)束時(shí)間就是開始抽真空的時(shí)間，要求在半小時(shí)以內(nèi)的時(shí)間真空度能達(dá)到13Pa。 抽真空的同時(shí)，也是凍干箱冷凝器之間的真空閥打開的時(shí)候，真空泵和真空閥門打開同樣一直持續(xù)到凍干結(jié)束為止。,81,3、制定凍干工藝要確定的數(shù)據(jù),3.6 開始加熱時(shí)間：一般認(rèn)為開始加熱的時(shí)間（實(shí)際上抽真空開始升華即已開始）。開始加熱是在真空度達(dá)到10Pa之后，有些凍干機(jī)利用真空繼電器自動(dòng)接通加熱，即