凍干工藝原理

1、凍干工藝原理 第一節(jié) 冷凍枯燥的原理一、凍干的概念、目的及應用冷凍枯燥就是把含有大量水分的物質， 預先進行降溫凍結成固體。然后在真 空的條件下使水蒸汽直接從固體中升華出來， 而物質本身留在凍結的冰架子中，從而使 得枯燥制品不失原有的固體骨架結構，保持物料原有的形態(tài) , 且制品復水性極好。利用冷凍枯燥目的是為了貯存潮濕的物質， 通常是含有微生物組織的水溶液， 或不 含微生物組織的水溶液。產品在凍結之后置于一個低水氣壓下，這時包含冰的升華，直 接由固態(tài)在不發(fā)生熔化的情況下變成汽態(tài)。與其他枯燥方式相比防止了化學、物理和酶 的變化， 從而確保了制品物性在保存時不易改變。 實際需要的低水汽壓是靠真空的狀

2、況 下到達的。真空冷凍枯燥技術主要應用于：(1) 熱穩(wěn)定性差的生物制品，生化類制品，血液制品，基因工程類制品等藥物凍干；(2) 為保持生物組織結構和活性，外科手術用的皮層、骨骼、角膜、心瓣膜等生物組 織的處理；(3) 以保持食物色、香、味和營養(yǎng)成分以及能迅速復水的咖啡、調料、肉類、海產品、 果蔬的凍干；(4) 在微膠囊制備、藥品控釋材料等方面的應用。 以保持生鮮物質不變性的人參、 蜂皇漿、龜鱉等保健品及中草藥制劑的加工；(5) 超微細粉末功能材料如：光導纖維、超導材料、微波介質材料、磁粉以及能加速 反響工程的催化劑的處理等。二、冷凍枯燥的原理及優(yōu)點1、 水的狀態(tài)平衡圖物質有固、液、汽三態(tài)，物質

3、的狀態(tài)與其溫度和壓力有關。圖1-1 示出水 H2O的狀態(tài)平衡圖。圖中 OA OB OC三條曲線分別表示冰和水、水和水蒸汽、冰和水蒸汽 兩相共存時其壓力和溫度之間的關系。分別稱為溶化線、沸騰線和升華線。此三條曲線 將圖面分為I、口、川三個區(qū)域，分別稱為固相區(qū)、液相區(qū)和氣相區(qū)。箭頭1、2、3分別表示冰溶化成水，水汽化成水蒸汽和冰升華成水蒸汽的過程。曲線OB的頂端有一點K, 其溫度為374C，稱為臨界點。假設水蒸汽的溫度高于其臨界溫度374C時，無論怎樣加大壓力，水蒸汽也不能變成水。三曲線的交點O,為固、液、汽三相其存的狀態(tài)，稱為三相點，其溫度為 0.01 C，壓力為610Pa。在三相點以下，不存在

4、液相。假設將冰面的壓力保持低于 610Pa,且給冰加熱，冰就會不經液相直接變成汽相， 這一過程稱為升華。真空冷凍枯燥是先將濕料凍結到共晶點溫度以下 ,使水分變成固態(tài)的冰 , 然后在較 高的真空度下 , 使冰直接升華為水蒸氣 , 再用真空系統(tǒng)中的水汽凝結器將水蒸氣冷凝 ,從 而獲得枯燥制品的技術。 枯燥過程是水的物態(tài)變化和移動的過程。這種變化和移動發(fā)生 在低溫低壓下。因此，真空冷凍枯燥的根本原理就是低溫低壓下傳質傳熱的機理。2、 冷凍枯燥的優(yōu)點冷凍枯燥與常規(guī)的曬干、烘干、煮干、噴霧枯燥及真空枯燥相比，有許多突出的優(yōu)點：1冷凍枯燥在低溫下進行，因此在對于許多熱敏性的物質特別適用。如蛋白質、 微生物

5、之類，不會發(fā)生變性或失去生物活力。2在凍干過程中，微生物的生長和酶的作用無法進行。因此能保持原來的性狀。3在低溫下枯燥時，物質中的一些揮發(fā)性成份和受熱變性的營養(yǎng)成分損失很小， 適合一些化學制品、藥品和食品的枯燥。4由于在凍結的狀態(tài)下進行枯燥，因此制品的體積、形狀幾乎不變，保持了原來 的結構，不會發(fā)生濃縮現(xiàn)象。枯燥后的物質疏松多孔，呈海綿狀，加水后溶解 迅速而完全，幾乎立即恢復原來的性狀。5在真空下進行枯燥，物料處于高度缺氧狀態(tài)下，容易氧化的物質得到了保護。6枯燥能排除 95-99%以上的水份，使枯燥后產品能長期保存而不變質。第二節(jié) 冷凍枯燥的一般過程需要凍干的物品需配制成一定濃度的液體，為了能

6、保證枯燥后有一定的形狀，一般凍干產品應配制成含固體物質濃度在4%- 25%之間的稀溶液，以濃度為 10%-15%最正確。這種溶液中的水， 大局部是以分子的形式存在于溶液中的自由水； 少局部是以分子 吸附在固體物質晶格間隙中或以氫鍵方式結合在一些極性基團上的結合水。 固定于生物 體和細胞中的水，大局部是可以凍結和升華的自由水，還有一局部不能凍結、很難除去 的結合水。 凍干就是在低溫、 真空環(huán)境中除卻物質中的自由水和一局部的吸附于固體晶 格間隙中的結合水。因此，冷凍枯燥過程一般分三步進行，即預凍結、升華枯燥或稱 第一階段枯燥、解析枯燥或稱第二階段枯燥。一、預凍結預凍就是將溶液中的自由水固化，賦予干

7、后產品與枯燥前相同的形態(tài)，防止抽 空枯燥時起泡、 濃縮和溶質移動等不可逆變化發(fā)生，盡量減少由溫度引起的物質可溶性 減少和生命特性的變化。1 、 預凍的方法溶液的預凍方法有兩種：凍干箱內預凍法和箱外預凍法。箱內預凍法是直接把產品放置在凍干機內的多層擱板上， 由凍干機的冷凍機來進行 冷凍， 大量的小瓶和安瓶進行凍干時為了進箱和出箱方便，一般把小瓶或安瓶分放在假 設干金屬盤內，再裝進箱子，為了改善熱傳遞。有些金屬盤制成可抽活底式，進箱時把 底抽走，讓小瓶直接與凍干箱的金屬板接觸；對于不可抽底的盤子，要求盤底平整，以 獲得產品的均一性。 采用旋凍法的大血漿瓶要事先凍好后加上導熱用的金屬架后再進箱 進行

8、冷凍。箱外預凍法有二種方法。 有些小型凍干機沒有進行預凍產品的裝置， 只能利用低溫 冰箱或酒精加干冰來進行預凍。 另一種是專用的旋凍器， 它可把大瓶的產品邊旋轉邊冷 凍成殼狀結構，然后再進入凍干箱內。還有一種特殊的離心式預凍法， 離心式凍干機就采用此法。 利用在真空下液體迅速 蒸發(fā)，吸收本身的熱量而凍結。 旋轉的離心力防止產品的氣體逸出， 使產品能“平靜地 凍結成一定的形狀。轉速一般為 800 轉/ 分左右。2、 預凍的過程：水溶液溫度降到一定時，根據(jù)溶液共晶濃度，濃度淡溶液里開始結冰，這個 溫度就叫結冰點。 一般來說結冰點受濃度的支配與濃度一起下降。溶液溫度低于結冰點 時，溶液中的一局部會結

9、晶析出，剩下的溶液濃度將會上升，就這樣結冰點下降，接著 繼續(xù)冷卻，冰結晶隨著冷卻而增加，剩下的溶液濃度隨之而增大。可是溫度降到某一點 時剩下的溶液就全部凍結，這時的凍結物里混雜著冰晶體，這時的溫度就是共晶點。溶液需過冷到冰點以后，其內產生晶核以后，自由水才會開始以冰的形式結晶，同 時放出結晶熱使其溫度上升到冰點，隨著晶體的生長，溶液濃度的增加，當濃度到達共 晶濃度，溫度下降到共晶點以下時，溶液就會全部凍結。溶液結晶的晶粒數(shù)量和大小除了與溶液本身的性質有關以外， 還與晶核生成速率和 晶體生長速率有關。 而晶核生成速率和晶體生長速率這兩個因素又是隨溫度和壓強的變 化而變化的，因此，我們可以通過控制

10、溫度和壓強來控制溶液結晶的晶粒數(shù)量和大小。 一般來說，冷卻速度越快，過冷溫度越低，所形成的晶核數(shù)量越多，晶體來不及生長就 被凍結，此時所形成的晶粒數(shù)量越多，晶粒越細；反之晶粒數(shù)量越少，晶粒越大。晶體的形狀也與凍結溫度有關。在 0oC 附近開始凍結時，冰晶呈六角對稱形，在六 個主軸方向向前生長，同時，還會出現(xiàn)假設干副軸，所有冰晶連接起來，在溶液中形成 一個網絡結構。隨著過冷度的增加，冰晶將逐漸喪失容量識別的六角對稱形式，加之成 核數(shù)多，凍結速度快 , 可能形成一種不規(guī)那么的樹枝型，它們有任意數(shù)目的軸向柱狀體， 而不象六方晶型那樣只有六條。生物體液如血液血漿、肌肉漿液、玻璃體液等結冰 形成的結晶單

11、元， 往往與單一成分的水溶液形成的冰晶類型相似。結晶類型主要取決于 冷卻速度和體液濃度，例如血漿、肌肉漿液等在正常濃度下結冰時，在較高零下溫度、 慢冷卻速度下形成六方結晶單元，快速冷卻至低溫時形成不規(guī)那么樹枝狀晶體。細胞懸浮液如紅血球、白血球、精子、細菌等懸浮于蒸餾水、血漿或其他懸浮介 質中，在高零下溫度緩慢結冰時，懸浮液中大量的冰生長，將細胞擠在兩冰柱之間的 狹窄管道中， 管道內的懸浮介質因水析出結冰而溶質濃縮，細胞內的水通過細胞膜滲透 出細胞，又造成細胞內溶質的濃縮。與此同時，胞外冰的生長，還將迫使細胞物質體積 縮小、變形。但此時細胞內不結冰。當在低溫下快速結冰時，那么細胞內將形成胞內冰。

12、 冰的大小、形狀和分布與冷卻速度、保護劑的存在與否、保護劑的性質以及細胞內水的 含量有關，一般說來，冷卻速度越快、溫度越低，細胞內形成的冰越多。懸浮液中添加 非滲透性保護劑，可以使快速結冰時細胞內形成的冰數(shù)目減少。溶液結晶的形式對凍干速率有直接的影響。 冰晶升華后留下的空隙是后續(xù)冰晶升華 時水蒸氣的逸出通道， 大而連續(xù)的六方晶體升華后形成的空隙通道大， 水蒸汽逸出的阻 力小，因而制品枯燥速度快，反之樹枝形和不連續(xù)的球狀冰晶通道小或不連續(xù)，水蒸汽 靠擴散或滲透才能逸出，因而枯燥速度慢。因此僅從枯燥速率來考慮，慢凍為好。此外，凍結的速率還與凍結設備的種類、能力和傳熱介質等有關。 預凍會對細胞和生命

13、產生一定的破壞作用，其機理是非常復雜的，一般認為，預凍 過程中水結冰所產生的機械效應和溶質效應是引起生化藥品在凍干過程中失活或變性 的重要因素。 機械效應是指水結冰時體積增大，致使活性物質活性部位中一些弱分子力 鍵受到破壞， 從而使活性損失； 溶質效應是指水結冰以后引起溶質濃度上升以及由于各 種溶質在各種溫度條件下溶解度變化不一致引起 pH 值的變化，導致活性物質所處的環(huán) 境發(fā)生變化而造成失活或變性。對這種現(xiàn)象可采用以下措施解決：預凍采用速凍法， 先將擱板溫度降至-45OC再放入產品急速冷凍，形成細微冰晶，使其來不及產生機械 效應。選用緩沖劑時要選用溶解度相當?shù)木彌_配對鹽。參加產品保護劑。升華

14、階段時間的長短與以下因素有關： 產品的品種： 共熔點溫度較高的產品容易枯燥，升華的時間短些；每瓶內的裝量正常的枯燥速率大約為1mm/h、總裝量、玻璃容器的形狀、規(guī)格；升華時提供的熱量；凍干機本身的性能、升華枯燥第一階段枯燥升華枯燥也稱為第一階段枯燥。將凍結后的產品置于密封的真空容器中加熱， 其冰晶就會升華成水蒸汽逸出而使產品脫水枯燥?？菰锸菑耐馔獗黹_始逐步向內推移 的， 冰晶升華后殘留下的空隙變成此后升華水蒸汽的逸出通道。 已枯燥層和凍結局部的 分界面稱為升華界面。在生物制品枯燥中，升華界面約為每小時 1mm勺速度向下推進。 當全部冰晶除去時，第一階段枯燥就完成了，此時約除去全部水分的90%左

15、右。產品在升華枯燥時要吸收熱量， 一克冰全部變成水蒸汽大約需要吸收 670 卡左右的 熱量。因此升華階段必須對產品進行加熱。當凍干箱內的真空度降至10Pa可根據(jù)制品要求而定以下，就可以開始給制品加熱，為產品升華提供能量，且凍干箱內的真空度 應控制在 10-30Pa 之間最有利于熱量的傳遞，利于升華的進行。第一階段升華枯燥是冷凍枯燥的關鍵階段， 大局部的水在這一階段被升華。 假設控 制不好，會直接影響產品的外觀質量和凍干時間。假設擱板的溫度過高，擱板向產品提 供的熱量大于水分升華所吸收的熱量， 那么產品溫度持續(xù)上升，當產品溫度超過其共熔點 時，那么產生噴瓶或瓶底變空的現(xiàn)象，影響產品的外觀質量。賦

16、形劑的選擇和用量對凍干 生化藥品的外觀影響很大。由于各個產品的性質不相同、配方各不同、離子濃度各不相 同，對賦形劑選擇和用量要求各不一樣，假設控制不好，凍干后的產品外觀成為不易溶 解的蜂窩狀或粉狀， 而不能成為結構疏松、 易于溶解的網狀結構， 影響藥品的外觀質量。 但由于產品升華時，升華面不是固定的。而是在不斷的變化，并且隨著升華的進行，凍 結產品越來越少。 因此造成對產品溫度測量的困難，利用溫度計來測量均會有一定的誤 差。 可以利用氣壓測量法來確定升華時產品的溫度，把凍干箱和冷凝器之間的閥門迅速 地關閉 1 2 秒的時間切不可太長。然后又迅速翻開，在關閉的瞬間觀察凍干箱內 的壓強升高情況，計

17、下壓強升高到某一點的最高數(shù)值。從冰的不同溫度的飽和蒸汽壓曲 線或表上可以查出相應數(shù)值， 這個溫度值就是升華時產品的溫度。產品的溫度也能通過 對升華產品的電阻的測量來推斷。如果測得產品的電阻大于共熔點時的電阻數(shù)值，那么說明產品的溫度低于共熔點的溫度；如果測得的電阻接近共熔點時的電阻數(shù)值，那么說明產 品溫度已接近或到達共熔點的溫度。第一階段枯燥結束可以通過以下現(xiàn)象判斷：a. 枯燥層和凍結層的交界面到達瓶底并消失。b. 產品溫度上升到接近產品共溶點的溫度。c. 凍干箱的壓力和冷凝器的壓力接近，且兩者間壓力差維持不變d. 當關閉枯燥室與冷凝器之間的閥門時， 壓強上升速率與滲漏相壓器近 需要 預先檢查滲

18、漏的速率。e. 當在多歧管上枯燥時，容器外表上的冰或水珠消失，其溫度到達環(huán)境溫度。 通常在此根底上還要延長 30 分鐘到 1 小時的時間再轉到第二步枯燥，以保證沒有殘留的冰。三、解析枯燥第二階段枯燥10%左當它解析枯燥也稱第二階段枯燥。在第一階段枯燥結束后，產品內還存在右的水分吸附在枯燥物質的毛細管壁和極性基團上，這一局部的水是未被凍結的。 們到達一定含量，就為微生物的生長繁殖和某些化學反響提供了條件。實驗證明：即使 是單分子層吸附以下的低含水量，也可以成為某些化合物的溶液，產生與水溶液相同的 移動性和反響性。 因此為了改善產品的貯存穩(wěn)定性， 延長其保存期， 需要除去這些水分。 這就是解析枯燥

19、的目的。由于這一局部水分是通過范德華力、 氫鍵等弱分子力吸附在藥品上的結合水， 因此 要除去這局部水，需要克服分子間的力，需要更多的能量。此時可以把制品溫度加熱到 其允許的最高溫度以下產品的允許溫度視產品的品種而定，一般為25C -40C左右。病毒性產品為25C，細菌性產品為30C，血清、抗菌素等可高達 40C，維持一定的 時間由制品特點而定，使剩余水分含量到達預定值，整個凍干過程結束。如果制品共晶點較高，系統(tǒng)的真空度也能保持良好，凝結器的制冷能力充裕，那么也 可采用一定的升溫速度，將擱板溫度升高至允許的最高溫度，直至凍干結束，但也需保 證制品在大量升華時的溫度不得超過共晶點。在解析枯燥階段由

20、于產品內逸出水份的減少， 冷凝器溫度的下降又引起系統(tǒng)內水蒸氣壓力的下降，這樣往往使凍干箱的總壓力下降到低于10Pa,這就使凍干箱內對流的熱傳遞幾乎消失。為了改進凍干箱傳熱，使產品溫度較快地到達最高允許溫度，以縮短解 析枯燥階段時間，要對凍干箱內的壓強進行控制，控制的壓強范圍在1530Pa之間。產品溫度到達許可溫度之后， 為了進一步降低產品內的剩余水份含量， 需要恢復高 真空度，同時，冷凝器由于負荷減少也到達了極限低溫，這樣凍干箱和冷凝器之間水蒸 氣壓力差到達了最大值。這種狀況非常有利于產品內剩余水份的逸出。由于凍干藥品中的殘留水分對凍干生化藥品的影響很大， 殘留水分過多， 生化活性 物質容易失

21、活，大大降低了穩(wěn)定性?？刂苾龈伤幤分械臍埩羲?，關鍵在于第二階段再 枯燥的控制。 在這一階段中， 溫度要選擇能允許的最高溫度； 真空度的控制盡可能提高， 有利于殘留水分的逸出；持續(xù)的時間越長越好，一般過程需要 4-6 小時；對自動化程度 較高的凍干機可采取壓力升高試驗對殘留水分進行控制， 保證凍干藥品的水分含量少于 3%。第三節(jié) 凍干曲線的制定生物制品的冷凍枯燥產品，需要有一定的物理形態(tài)、均一的顏色、合格的剩余水份 含量、良好的溶解性、高的存活率或效價，長的保存期。因此，不僅要對配制過程和凍 干后的密封保存進行控制。 更重要的是對冷凍枯燥過程的每一階段的各參數(shù)進行全面的 控制，才能得到優(yōu)質的產

22、品。凍干曲線和時序就是進行冷凍枯燥過程控制的根本依據(jù)。凍干曲線就是表示凍干過程中產品的溫度、壓力隨時間變化的關系曲線；凍干時序 是在凍干過程中不同時間， 各種設備的啟閉運行情況。凍干加工中最重要的過程參數(shù)是 制品的溫度和枯燥箱內的壓力。 對于某一具體的凍干機， 由于制品的溫度與擱板溫度或 箱內空間溫度有一定依從關系， 許多設備又不能控制產品外表的壓力， 所以實踐中凍干 曲線往往用擱板溫度或箱內空間溫度與時間的關系曲線來表示。為了監(jiān)測凍干過程 的主要參數(shù)，配自動記錄儀的凍干機一般均自動記錄下擱板的溫度、制品溫度、水汽凝 結器溫度、凍干箱壓力等四個參數(shù)和時間的曲線。這些曲線均為凍干曲線。比擬典型的

23、凍干曲線將擱板升溫分為兩個階段，在大量升華時擱板溫度保持較低，根據(jù)實際情況，一般可控制在-10C+10C之間。第二階段那么根據(jù)制品性質將擱板溫度 適當調高，此法適用于其熔點較低的制品。假設對制品的性能尚不清楚，機器性能較差 或其工作不夠穩(wěn)定時，用此法也比擬穩(wěn)妥。實際上，凍干曲線的形狀與產品的性能、裝量的多少、分裝容量的種類、設備條件 等許多因素有關。制定凍干曲線要考慮以下因素：產品的品種：有些產品受冷凍的影響較大，有些產品那么影響較??；一般細菌性的產品受冷凍的影響較大，病毒性的產品受冷凍的影響較小。 共熔點低的產品要求預凍的溫度低， 加熱時板層的溫度亦相應要低 些；為了長期保存產品，剩余水份含

24、量要求低的產品，凍干時間需長些。剩余水份含量 要求高的產品，凍干時間可縮短；裝液量：總裝液量和每一容器內產品裝液量的多少，裝液量多那么凍干時間長；容器的品種：底部平整那么傳熱較好。底部不平或玻璃較厚那么傳熱較差，后者顯然凍干時間較長；凍干機性能：生產廠家不同，凍干曲線也不完全一樣。生產中應根據(jù)各自的具體條件，從試驗中制定出最正確的凍干曲線。制定凍干曲線和凍干時序主要確定以下數(shù)據(jù) :預凍速率預凍速率的快慢， 對產品凍結中晶粒的大小、 活菌的存活率和升華的速率均有直接 的影響。一般來說，慢凍晶粒大，產品外觀粗糙、不容易損傷活菌，但升華速率快，而 速凍那么與此相反。通常凍干機是不能調節(jié)凍結速率的。如

25、需凍結得快一些，那么先將枯燥 室箱預冷至較低溫度，再將制品入箱凍結。假設使枯燥箱與制品一起降溫，其凍結 速率較慢。預凍溫度根據(jù)預凍方法不同而略有差異。一般來說，擱板溫度應低于制品共熔點5IOoCo預凍時間預凍所需的時間要根據(jù)不同的具體條件而定， 總的原那么是應使產品的各局部完全凍 牢。一般來說，制品裝量多，分裝的容器底不平，托盤與擱板接觸傳熱不良，凍干機制 冷能力小，產品的過冷度小，擱板間的溫差大等均應延長預凍時間。反之預凍時間可以 縮短。通常擱板式凍干機，枯燥箱的擱板從室溫30oC降到-40oC約需24個小時，在制品樣品溫度降到預定的最低溫度后，還需在此溫度下保持 12小時，才能升華。水汽凝

26、結器的降溫時間與溫度在產品預凍結束前 30-50 分鐘視其制冷能力決定時間長短 就應使水汽凝結 器降溫。溫度降到-40oC左右，起動真空泵抽真空，當產品外表壓力降至10-20Pa以下, 起動加熱循環(huán)泵，給產品供熱升華。抽真空時間預凍結束就是開始抽真空，要求在 0.5h左右的時間真空度能到達 10Pa；預凍結束 就是停止凍干箱冷凍機的運轉， 通常在抽真空的同時或真空抽到規(guī)定要求時停止冷凍機 的運轉。預凍結束的時間預凍結束就是停止凍干箱板層的降溫， 通常在抽真空的同時或真空抽到規(guī)定要 求時停止板層的降溫。開始加熱時間 一般認為開始加熱的時間始于抽真空實際上抽真空開始，升華即已開始。開始 加熱是在真

27、空度到達 10Pa 之后，有些凍干機利用真空繼電器自動接通加熱，即真空度 到達10Pa時，加熱便自動開始；有些凍干機是在抽真空之后半小時開始加熱，這時真 空度已到達10Pa甚至更高。真空報警工作時間 由于真空度對于升華是極其重要的，因此新式的凍干機均設有真空報警裝置。真空 報警裝置的工作時間在加熱開始之時到校正漏孔使用之前，或從開始一直到凍干結束。 一旦在升華過程中真空度下降而發(fā)生真空報警時， 一方面發(fā)出報警信號，一方面自動切 斷凍干箱的加熱。 同時還啟動凍干箱的冷凍機對產品進行降溫， 以保護產品不致發(fā)生熔 化。真空控制的工作時間真空控制的目的是為了改進凍干箱內的熱量傳遞， 通常在第二階段枯燥

28、時使用，待 產品溫度到達最高許可溫度之后即可停止，繼續(xù)恢復真空狀態(tài)， 使用時間的長短由產品 的品種、裝量和真空度的數(shù)值所決定。也可第一階段枯燥時使用。產品加熱的最高許可溫度板層加熱的最高許可溫度根據(jù)產品來決定， 在升華時板層的加熱溫度可以超過產品 的最高許可溫度因為這時產品仍停留在低溫階段， 提高板層溫度可促進升華；但凍干后 期板層溫度需下降到與產品的最高許可溫度相一致。由于傳熱的溫差， 板層的溫度可比 產品的最高許可溫度略高少許。凍干的總時間 凍干的總時間是預凍時間，加上升華時間和第二階段工作的時間。總時間確定，凍 干結束時間也確定。凍干總時間根據(jù)產品的品種、瓶子的品種、裝箱方式、裝量、機器

29、 性能等來決定，一般冷凍工作的時間較長，在 1824h 左右，有些產品需要幾天的時間。 第四節(jié) 凍干過程中主要參數(shù)的控制凍干機影響枯燥過程的主要因素是升華界面的溫度 或供熱量 和水蒸汽逸出制品 的能力。前者主要由擱板的溫度和枯燥箱的壓力真空度所決定，而后者主要由升華 界面的溫度對應的水蒸汽飽和壓力和箱內的水蒸汽分壓所決定。因此，要使枯燥過 程具有“再現(xiàn)性，擱板的溫度、枯燥箱的壓力真空度和其水蒸汽分壓這三個參數(shù) 進行“過程控制，才能使批與批間的制品具有相同的凍干條件和同樣的質量下面從“過程再現(xiàn)的角度分別介紹目前所采用的擱板溫度，枯燥箱內壓力 真空 度和水蒸汽分壓的控制。一、擱板溫度的控制 生物醫(yī)

30、藥冷凍枯燥機均用電加熱，利用控制電加熱的通斷，可以方便地控制加熱量 和溫度。一般采用兩種方式。1、 階梯式升溫 即將升溫階段分成假設干區(qū)段，在每區(qū)段開始時接通加熱器升溫。當擱板介 質溫度到達該段值上限時，切斷加熱器，保溫到該段時間結束，再轉入下區(qū)段的 升溫。此種方式中每區(qū)段擱板的升溫速率不進行控制，但因制品升溫滯后于擱板的 升溫，因此制品的升溫速率與預定的接近。2、 跟蹤式升溫 根據(jù)制品要求的升溫速率，制定出擱板升溫速率曲線，將實測的擱板升溫速率與對應時刻要求的升溫速率曲線相比擬，確定加熱器的通斷時間比例， 并不斷修正 這個比例使實際升溫曲線跟蹤要求的升溫曲線，這種方式能較準確的進行過程控 制

31、。二、箱內壓力真空度的控制過去人們調控箱內壓力的目的，主要在于提高箱內壓力，可以提高升華界 面允許的最高溫度和供熱量， 從而可加快枯燥的速度。引入“過程再現(xiàn)性的觀點 以后，人們還要用能否獲得“相同的凍干條件來重新審視這些方法的優(yōu)劣。箱內 壓力調控的方法主要有：1、 校下漏孔法 這是目前多數(shù)生物、 醫(yī)藥凍干機所采用的方法，它是基于提高枯燥塔速率而提 出來的。其方法是將無菌空氣或氣體，下同引入枯燥箱和冷阱，在冷阱的冷凝 外表上形成一層空氣膜，因而水蒸汽的凝結阻力增大，冷阱壓力提高，同時使枯燥 箱的壓力也相應提睪。這種方法提高了枯燥箱的全壓， 改善了傳熱條件和提高了升華界面的最高允許溫度，而水蒸汽分

32、壓稍低，有得水蒸汽的逸出，因此可以提高升華速率。但是： 熱傳導真空計的標度與氣體成份有關，空氣進入箱內后，其氣體成分不斷變化，特別是解吸枯燥階段與升華階段箱內氣體成分差異較大，引起較大的測 此種方法是利用降低冷阱的冷凝效率來提高箱內壓力的， 在開始升華階段有 大量的水蒸汽需要捕捉，冷阱效率的降低無疑阻礙了升華速率的進一步提 高，因此實際使用中多用于升華后期和解吸枯燥初期。 此外這種方法在冷阱入口假設氣流速度大， 冷凝面上聚集的空氣膜不斷被沖 走，因而水蒸汽容易被捕捉凝結：而在氣流后段空氣比例越來越多，凝結阻 力越來越大，因而結冰較少。這種凝結外表結冰的不均勻，甚至可能造成冷 阱入口處的氣道阻塞。2. 調節(jié)真空泵能力法它也是基于提高枯燥速率而采用的。 其方法是降低真空泵的抽氣能力或關閉真 空泵，使漏入的和從制品中揮發(fā)出來的不凝性氣體逐步聚集在冷阱中，以降低冷凝 效率，從而提高了冷阱的壓力和枯燥箱的壓力。這種方法提高了箱內全壓，改善