1樓:匿名使用者
真空冷凍乾燥技術是將溼物料或溶液在較低的溫度(-10℃~-50℃)下凍結成固態,然後在真空(1.3~13帕)下使其中的水分不經液態直接昇華成氣態,最終使物料脫水的乾燥技術。我國是原料藥生產大國,因此該技術應用前景十分廣闊。
但是,應當引起注意的是,近年來真空冷凍乾燥技術在我國推廣得非常迅速,相比之下,其基礎理論研究相對滯後、薄弱,專業技術人員也不多。並且,與氣流乾燥、噴霧乾燥等其他乾燥技術相比,真空冷凍乾燥裝置投資大,能源消耗及藥品生產成本較高,從而限制了該技術的進一步發展。因此,切實加強基礎理論研究,在確保藥品質量的同時,實現節能降耗、降低生產成本,已經成為真空冷凍乾燥技術領域當前面臨的最主要的問題。
■技術優勢突出
由於真空冷凍乾燥在低溫、低壓下進行,而且水分直接昇華,因此賦予產品許多特殊的效能。如真空冷凍乾燥技術對熱敏性物料亦能脫水比較徹底,且經乾燥的藥品十分穩定,便於長時間貯存。由於物料的乾燥在凍結狀態下完成,與其他乾燥方法相比,物料的物理結構和分子結構變化極小,其組織結構和外觀形態被較好地儲存。
在真空冷凍乾燥過程中,物料不存在表面硬化問題,且其內部形成多孔的海綿狀,因而具有優異的覆水性,可在短時間內恢復乾燥前的狀態。由於乾燥過程是在很低的溫度下進行,而且基本隔絕了空氣,因此有效地抑制了熱敏性物質發生生物、化學或物理變化,並較好地儲存了原料中的活性物質,以及保持了原料的色澤。
■加強基礎理論研究
目前,我國真空冷凍乾燥裝置趨於完善,但與發達國家相比,該技術基礎理論的研究顯得滯後和薄弱,阻礙了技術應用水平的提高。因此,研究的重點正向這方面轉移。目前,研究的焦點集中在真空冷凍乾燥的物性引數及其影響因素、過程引數、過程機理和模型、過程優化控制等的研究。
真空冷凍乾燥技術的基本引數包括物性引數和過程引數,它們是實現真空冷凍乾燥過程的基礎。這些資料的缺乏會使乾燥過程難以實現針對原料的優化,不能充分發揮系統效率。物性引數指物料的導熱係數、傳遞係數等。
這方面的研究內容包括物性引數資料的測定及測定方法,以及環境條件壓強、溫度、相對溼度和物料顆粒取向等對物性引數的影響。過程引數包括冷凍、供熱和物料形態等有關引數。對冷凍過程的研究意在為系統找到最優冷凍曲線。
供熱過程的研究則集中在兩方面:一是對原料載體的改良;二是加熱方式(傳熱方式和供熱熱源)的選擇。確定恰當的物料形態也是重要的研究內容,它包括原料的顆粒形態和料層厚度等。
從熱量傳遞和質量傳遞入手研究真空冷凍乾燥的機理,並建立相應的數學模型,有助於找出過程的影響因素,**時間、溫度及蒸氣壓強的分佈狀況。目前的研究主要限於均質液相,並提出了一些數學模型,如冰前沿均勻退卻模型、昇華模型、吸附-昇華模型等。這些模型雖然對真空冷凍乾燥的過程作了不同程度的描述,但在實際應用中仍然存在許多限制條件。
過程優化控制是建立在上述數學模型的基礎上的。控制方案又有準穩態模型和非穩態模型之分。
■嚴控生產工藝
由於生物製品和藥品的凍幹工藝比較複雜,為保證凍乾產品的質量和節能,在生產過程中需要嚴格控制預凍溫度、昇華吸熱等,使凍幹過程各階段按照預先制訂的工藝路線工作。
*應用提示一:保持合理的預凍溫度
在真空冷凍乾燥過程中,需要先對被幹燥的藥品進行預凍,然後在真空狀態下,使水分直接由冰變為氣而使藥品乾燥。在整個昇華階段,藥品必須保持在凍結狀態,否則就不能得到性狀良好的產品。在藥品預凍階段,要嚴格控制預凍溫度(通常比藥品的共熔點低幾度)。
如果預凍溫度不夠低,則藥品可能沒有完全凍結,在抽真空昇華時會膨脹起泡;若預凍溫度太低,不僅會增加不必要的能量消耗,而且對於某些生物藥品,會降低其凍幹後的成活率。
*應用提示二:關注昇華吸熱
在乾燥昇華階段,物料需要吸收熱量(每克冰完全昇華成水蒸氣約吸收2.8千焦耳的熱量)。如果不對藥品進行加熱或熱量不足,則在水分在昇華時會吸收藥品本身的熱量而使藥品的溫度降低,致使藥品的蒸氣壓降低,於是引起昇華速度的降低,整個乾燥的時間就會延長,生產率下降;如果對藥品加熱過多,藥品的昇華速率固然會提高,但在抵消了藥品昇華所吸收的熱量之後,多餘的熱量會使凍結藥品本身的溫度上升,使藥品可能出現區域性甚至全部熔化,引起藥品的幹縮起泡現象,整個乾燥就會失敗。
*應用提示三:採用計算機自動化控制
為了獲得良好的凍幹藥品,一般在凍干時應根據每種凍幹機的效能和藥品的特點,在經過試驗的基礎上制訂出一條凍幹曲線,然後控制機器,使凍幹過程各階段的溫度變化符合預先制訂的凍幹曲線。目前,真空冷凍乾燥的生產過程控制可藉助於計算機來控制生產系統按照預先設定的凍幹曲線工作。如計算機對鏈黴素硫酸鹽的凍幹過程控制可分為兩個階段:
第一階段,在低於熔點的溫度下,將水分從冷凍的物料內昇華,約有98%~99%的水分均在此時被除去。第二階段,將物料溫度逐漸升到或略高於室溫,經此階段水分可以減少到低於0.5%。
此過程預凍溫度為-40℃左右,時間約兩小時。凍幹藥品的乾燥昇華階段,物料溫度約為-30℃~-35℃,絕對壓強約為4~7帕。鏈黴素的最終乾燥溫度可升至40℃,總乾燥時間約18小時。
採用計算機自動化控制系統,有助於保證藥品符合質量要求。
2樓:匿名使用者
加熱會使物質腐爛變質啊,就算時間太短了,那加熱還有一點不好,就是會破壞食物中的營養
真空冷凍乾燥機的工作原理
3樓:匿名使用者
物體乾燥的方法許多,如風乾、晒乾、煮幹、微波乾燥、烘乾、噴霧乾燥和真空冷凍乾燥等。真空冷凍乾燥技術優於其它的乾燥方法,能保留物料原本的色、香、味,以及有效阻止熱敏性的物質,如蛋白質、維生素會發生變性。凍幹後覆水性好,保持了物料的活性。
一、真空冷凍乾燥機工作原理:
1、真空冷凍乾燥機工作原理是利用昇華的原理進行乾燥的一種技術,是將被幹燥的物質在低溫下快速凍結,然後在適當的真空乾燥箱環境下,使凍結的水分子直接昇華成為水蒸氣逸出的過程. 冷凍乾燥得到的產物稱作凍幹物(lyophilizer),該過程稱作凍幹(lyophilization)。
2、物質在乾燥前始終處於低溫(凍結狀態),同時冰晶均勻分佈於物質中,昇華過程不會因脫水而發生濃縮現象,避免了由水蒸氣產生泡沫、氧化等***。乾燥物質呈幹海綿多孔狀,體積基本不變,極易溶於水而恢復原狀。在最大程度上防止乾燥物質的理化和生物學方面的變性。
二、真空冷凍乾燥機工作原理:(簡化版)
真空冷凍乾燥機工作原理就是將含水物質,先凍結成固態,而後使其中的水分從固態昇華成氣態,以除去水分,從而得到乾燥的物質。
三、真空冷凍乾燥機工作原理:(實踐版)
真空冷凍乾燥機無非就是一種兩臺大冰箱加一個真空泵的結構。其中一個冰箱首先負責把藥品凍成冰塊,然後開動真空泵營造一種低真空的環境。在此減壓環境下,物體的沸點、熔點等熱常數都相應降低,因而,箱內的物質輕微受熱後即能在低溫條件下從固體昇華為氣體。
這些氣體隨即流向另外一個大冰箱,**捉下來重新凝結成冰塊。當物質的水分完全抽乾以後,便完成了一個凍幹過程。
備註:以上幾種冷凍乾燥機工作原理的說法都是正確的,只是不同人理解也不同罷了。上海拓紛真空冷凍乾燥機廠家把它總結起來,便於大家理解。
4樓:微笑著期待
真空冷凍乾燥機和其它乾燥方法一樣,要維持昇華乾燥的不斷進行,必須滿足兩個基本條件,即熱量的不斷供給和生成蒸汽的不斷排除。在開始階段,如果物料溫度相對較高,昇華所需要的潛熱可取自物料本身的顯熱。但隨著昇華的進行,物料溫度很快就降到與乾燥室蒸汽分壓相平衡的溫度,此時,若沒有外界供熱,昇華乾燥便停止進行。
在外界供熱的情況下,昇華所生成的蒸汽如果不及時排除,蒸汽分壓就會升高,物料溫度也隨之升高,當達到物料的凍結點時,物料中的冰晶就會融化,冷凍乾燥也就無法進行了。
真空冷凍乾燥機的加熱方式:
①接觸傳熱方式 這是一種最簡單的加熱方法,在乾燥室內設定可加熱的多層擱板,上面放置裝有被幹燥食品的乾燥盤。利用乾燥盤與擱板接觸傳導加熱。在這種情況下。
加熱擱板與乾燥盤,乾燥盤與乾燥食品間不能完全良好地接觸,因此利用這種方法進行加熱時,乾燥時間多少較其它方法長些,但其優點是乾燥是構造簡單,並可充分利用空間。
②複式加熱方式 接觸傳導僅加熱食品的一面,而在本法中被幹燥的食品兩面都與加熱板接觸,因此傳熱良好而可縮短乾燥時間,所採用的方式將被幹燥食品在與加熱板接觸前,先以金屬網狀鋁板夾住,以開啟昇華時水蒸汽的通道並減少其阻力,然後用液壓加上擱板,使之與網狀鋁板接觸,此法優點是可縮短乾燥時間,但為能與上擱板接觸,擱板必須是活動的,因此必須使用液壓裝置,而導致構造複雜,並降低乾燥室的利用率,故裝置費用高昂,此外,對非平面而不定形被幹燥食品,則有不能充分發揮效果的缺點。
③有釘板加熱方式 這是上述複式加熱方式的變形,此法是利用裝有多枚釘子的2片加熱板將被幹燥食品夾在中間以進行加熱,這種方式的加熱接觸面積擴大到被幹燥食品的內部,因而能有效地進行熱供給,利用此方式,乾燥時間可大幅度縮短,這正是被希望的方式,但相反的是,大量處理被幹燥食品時,乾燥前與乾燥後的操作繁雜,需要人力與時間,另外還涉及衛生的問題,因此在實用規模裝置上幾乎都不採用。
④輻射加熱方式 此種方式是將被加熱乾燥的食品置於乾燥盤或乾燥網上,然後插入兩片加熱板之間,使之不與加熱板接觸,而由加熱板輻射來供給熱量,因此加熱板可加熱到容許溫度以上的高溫,而被幹燥食品的溫度則保持在容許溫度之內,這樣可以縮短乾燥時間,且被幹燥食品的形狀若不是定型時也不會有所妨礙。乾燥前後的操作也很容易,特別是在大型連續乾燥裝置中更加有效,已經設計出適當的控制方式,並提高加熱板的輻射能轉換效率,其乾燥時間已縮短至可以與複式加熱相匹敵的程度,因此,該加熱方式已演變成凍幹食品裝置的基本形式。
⑤微波加熱方式 微波照射能使不同形狀的食品內外都得到加熱,大大縮短乾燥時間(約10%~20%)。此外,乾燥室的利用率也較高。儘管微波加熱具有明顯的優點,但是到目前為止還沒有在工業上成功的例子。
這是因為產生微波形式的能量是昂貴的,其費用為蒸汽費用的10~20倍。另外,微波加熱過程很難控制。如果供熱量有餘,會導致昇華介面有少量冰融化,而水的介電常數比冰的介電常數大得多,水將吸收更多的熱量使溫度升高而使更多的冰融化,最終導致乾燥失敗。
⑥紅外線加熱 在乾燥室安裝紅外線發生器產生紅外線輻射。但由於其維持費用相當高,故很少應用於冷凍乾燥食品方面。
綜上所述,各種加熱方法各有其特點。人們在不斷認識凍幹過程本質的基礎上,探索出了多種加熱、輻射的組合,如傳導-輻射加熱法、傳導-微波加熱法、輻射-微波加熱法等。其目的都是期望能在保證產品質量的前提下,提**燥速率,降低能耗。
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