冷凍干燥原理培訓(xùn)課件凍干原理

冷凍干燥原理培訓(xùn)課件凍干原理演示文稿當(dāng)前1頁，總共92頁。（優(yōu)選）冷凍干燥原理培訓(xùn)課件凍干原理當(dāng)前2頁，總共92頁。當(dāng)前3頁，總共92頁。一、冷凍干燥的綜述就是把含有大量水分的制品，預(yù)先進行降溫凍結(jié)成固體，然后在真空的條件下使水蒸汽直接升華出來，而制品本身保留在凍結(jié)時的冰架中，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。在冷凍干燥過程中為了增加升華速度，縮短干燥時間，要對產(chǎn)品進行適當(dāng)加熱。整個干燥是在較低的溫度下進行的。

當(dāng)前4頁，總共92頁。二、冷凍干燥的優(yōu)點1．冷凍干燥在低溫下進行，對許多熱敏性物質(zhì)特別適用。2．在低溫下干燥時，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裝。當(dāng)前5頁，總共92頁。二、冷凍干燥的優(yōu)點4．由于在凍結(jié)的狀態(tài)下進行干燥，因此體積幾乎不變，保持了原來的結(jié)構(gòu)，不會發(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)原來的性狀。6．由于干燥在真空下進行，氧氣極少，因此一些易氧化的物質(zhì)得到了保護。7．干燥能排除95-99%以上的水份，使干燥后產(chǎn)品能長期保存而不致變質(zhì)。當(dāng)前6頁，總共92頁。

三、凍干機的組成當(dāng)前7頁，總共92頁。1、凍干機的組成按系統(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)當(dāng)前8頁，總共92頁。1.1制冷系統(tǒng)制冷系統(tǒng)由冷凍機與凍干箱、冷凝器內(nèi)部的管道等組成。冷凍機可以是互相獨立的二套，也可以合用一套。冷凍機的功用是對凍干箱和冷凝器進行致冷，以產(chǎn)生和維持它們工作時所需要的低溫，它有直接制冷和間接制冷二種方式。當(dāng)前9頁，總共92頁。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)成凍干機的真空系統(tǒng)。真空系統(tǒng)要求沒有漏氣現(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)對于產(chǎn)品的升華干燥是必不可少的。當(dāng)前10頁，總共92頁。1.3加熱系統(tǒng)加熱系統(tǒng)對于不同的凍干機有不同的加熱方式。有的是利用直接電加熱法；有的則利用中間介質(zhì)來進行加熱，由一臺循環(huán)泵泵使中間介質(zhì)不斷循環(huán)。加熱系統(tǒng)的作用是對凍干箱內(nèi)的產(chǎn)品進行加熱，以使產(chǎn)品內(nèi)的水份不斷升華，并達到規(guī)定的殘余水份要求。當(dāng)前11頁，總共92頁。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)儀表及一些自動裝置等組成，它可以較為簡單，也可以很復(fù)雜。一般自動化程度較高的凍干機則控制系統(tǒng)較為復(fù)雜?？刂葡到y(tǒng)的功用是對凍干機進行手動或自動控制，操縱機器正常運轉(zhuǎn)，以凍干出合乎要求的產(chǎn)品來。當(dāng)前12頁，總共92頁。2、凍干機的組成按結(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、真空泵和閥門、電氣控制元件等組成。當(dāng)前13頁，總共92頁。2.1凍干箱凍干箱是一個能夠致冷到-40℃左右，能夠加熱到+50℃左右的高低溫箱，也是一個能抽成真空的密閉容器。它是凍干機的主要部分，需要凍干的產(chǎn)品就放在箱內(nèi)分層的金屬板層上，對產(chǎn)品進行冷凍，并在真空下加溫，使產(chǎn)品內(nèi)的水份升華而干燥。當(dāng)前14頁，總共92頁。2.2冷凝器冷凝器同樣是一個真空密閉容器，在它的內(nèi)部有一個較大表面積的金屬吸附面，吸附面的溫度能降到-40℃以下，并且能恒定地維持這個低溫。冷凝器的功用是把凍干箱內(nèi)產(chǎn)品升華出來的水蒸氣凍結(jié)吸附在其金屬表面上。當(dāng)前15頁，總共92頁。四、共溶點及其測量方法當(dāng)前16頁，總共92頁。1.共熔點的概念

制品內(nèi)的各種組份全部凍結(jié)成固體的溫度即為共熔點。當(dāng)前17頁，總共92頁。2、共熔點的意義由于冷凍干燥是在真空狀態(tài)下進行。只有制品全部凍結(jié)后才能在真空下進行升華，否則有部分液體存在時，在真空下不僅會迅速蒸發(fā)，造成液體的濃縮使凍干制品的體積縮小；而且溶解在水中的氣體在真空下會迅速冒出來，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必須要冷到共熔點以下的溫度，使凍干制品真正全部凍結(jié)。當(dāng)前18頁，總共92頁。3、共熔點的確定在凍結(jié)過程中，從外表的觀察來確定制品是否完全凍結(jié)成固體是不可能的；靠測量溫度也無法確定制品內(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，同時制品的電阻率也會發(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，因此電阻率明顯增大；如果制品沒有完全凍結(jié)，其內(nèi)部會有少量液體存在，其電阻率將顯著下降。因此通過測量制品的電阻率可以確定制品的共熔點。當(dāng)前19頁，總共92頁。4、一些物質(zhì)的共熔點物質(zhì)共熔點（℃）0.85%氯化鈉溶液-2210%蔗糖溶液-2640%蔗糖溶液-3310％蔗糖溶液、10%葡萄糖溶液、0.85%氯化鈉溶液-36馬血清-35當(dāng)前20頁，總共92頁。五、冷凍干燥的程序當(dāng)前21頁，總共92頁。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)的金屬盤內(nèi)。1.2將制品放入凍干箱內(nèi)進行預(yù)冷﹑凍結(jié)﹑抽真空，抽真空之前要根據(jù)冷凝器冷凍機的降溫速度提前使冷凝器工作，抽真空時冷凝器應(yīng)達到-40℃左右的溫度，待真空度達到一定數(shù)值后，即可對箱內(nèi)制品進行加熱。當(dāng)前22頁，總共92頁。1、冷凍干燥的程序1.3一般加熱分兩步進行，第一步加溫不使制品的溫度超過共熔點的溫度；待制品內(nèi)水份基本干完后進行第二步加溫，這時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)小時后，即可結(jié)束凍干。1.4凍干結(jié)束壓塞后，放入無菌空氣進入干燥箱，然后盡快地出箱封口，以防重新吸收空氣中的水份。當(dāng)前23頁，總共92頁。2、冷凍干燥時間的影響因素4.1產(chǎn)品的種類4.2產(chǎn)品的裝量4.3玻璃容器的形狀、規(guī)格4.4凍干曲線及機器的性能等。當(dāng)前24頁，總共92頁。3、凍干曲線凍干曲線：在凍干過程中，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，產(chǎn)品的質(zhì)量也不相同，凍干曲線還與凍干機的性能有關(guān)。當(dāng)前25頁，總共92頁。六、制品的凍結(jié)當(dāng)前26頁，總共92頁。1.制品凍結(jié)的簡述1.1凍結(jié)的目的：是為了固定制品，以便在真空下進行升華。沒有凍實的制品抽真空時制品會冒出瓶外；如果制品溫度凍的過低，則不僅浪費了能源和時間，而且對于某些制品還會降低活性。當(dāng)前27頁，總共92頁。1.制品凍結(jié)的簡述1.2制品在進行冷凍干燥時，需要裝入適宜的容器，然后進行凍結(jié)，才能進行升華干燥。1.3凍結(jié)過程不僅昰為了保護物質(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。當(dāng)前28頁，總共92頁。2.制品凍結(jié)時的注意事項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。當(dāng)前29頁，總共92頁。2.制品凍結(jié)時的注意事項2.2.2有些制品需用大瓶，并且瓶中制品裝量較多時，可以采用旋凍的方法凍成殼狀，或傾斜容器凍成斜面，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，由冷凍機來進行冷凍。大量的小瓶和安瓿進行凍干時為了進箱和出箱方便，一般把小瓶或安瓿分裝在若干金屬盤內(nèi)，再裝進箱子。當(dāng)前30頁，總共92頁。2.制品凍結(jié)時的注意事項2.4為了改進熱傳遞，有些金屬盤制成可分離式，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，然后再加上降過溫的金屬塊后再進行冷凍。當(dāng)前31頁，總共92頁。3、制品的凍結(jié)過程

純水結(jié)冰冰晶的生長

電解質(zhì)的濃縮低溫共熔混合物凝固變?yōu)楣腆w當(dāng)前32頁，總共92頁。4、冷凍對細胞和生命體的破壞作用其機理是非常復(fù)雜，目前尚無統(tǒng)一的理論，一般認為主要是由以下兩種效應(yīng)引起4.1機械效應(yīng)4.2溶質(zhì)效應(yīng)當(dāng)前33頁，總共92頁。4.1機械效應(yīng)4.1.1機械效應(yīng)是由細胞內(nèi)外冰晶生長而產(chǎn)生的機械力量引起的。特別是對于有細胞膜的生命體影像較大。一般冰晶越大，細胞膜越易破裂，從而造成細胞死亡；冰晶小，對細胞膜的機械損傷也較小。當(dāng)前34頁，總共92頁。4.1機械效應(yīng)4.1.2緩慢冷凍產(chǎn)生的冰晶較大，快速冷凍產(chǎn)生的冰晶較小；就此而言?？焖倮鋬鰧毎挠绊戄^小。緩慢冷凍容易引起細胞的死亡。當(dāng)前35頁，總共92頁。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)對電解質(zhì)的濃度較敏感，電解質(zhì)濃度的增加會引起蛋白質(zhì)的變性，從而使細胞死亡；另外電解質(zhì)濃度的增加會使細胞脫水而死亡。間隙液體濃度越高。上述原因引起的破壞也越厲害。當(dāng)前36頁，總共92頁。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。這個溫度范圍在水的冰點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。當(dāng)前37頁，總共92頁。4.2溶質(zhì)效應(yīng)4.2.3冷凍時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)品的原來結(jié)構(gòu)。當(dāng)前38頁，總共92頁。5、凍結(jié)之前應(yīng)確定的三個數(shù)據(jù)5.1凍結(jié)的速率：應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品不同而試驗出一個最優(yōu)冷凍速率。5.2凍結(jié)的最低溫度：應(yīng)根據(jù)該產(chǎn)品的共熔點來決定，預(yù)凍的最低溫度應(yīng)低于共熔點的溫度。當(dāng)前39頁，總共92頁。5、凍結(jié)之前應(yīng)確定的三個數(shù)據(jù)5.3凍結(jié)的時間：根據(jù)機器的情況來決定，保證抽真空之前所有產(chǎn)品均已凍實，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)凍的時間可以相應(yīng)縮短，一般產(chǎn)品的溫度達到凍結(jié)最低溫度1－2小時后，即可開始抽真空，進行升華干燥。當(dāng)前40頁，總共92頁。七、制品的第一階段干燥當(dāng)前41頁，總共92頁。1.第一階段干燥的簡述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(chǎn)品進行加熱。但對制品的加熱量是有限度的，不能使制品的溫度超過其自身共熔點溫度。當(dāng)前42頁，總共92頁。2.升華的制品溫度與共熔點溫度的比較2.1升華的制品溫度如果低于共熔點溫度過多，則升華的速率降低，升華階段的時間會延長；2.2如果高于共熔點溫度，則產(chǎn)品會發(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溫度，但又不能超過共熔點溫度當(dāng)前43頁，總共92頁。3.制品的溫度3.1由于制品升華時，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(jié)產(chǎn)品越來越少。因此造成對產(chǎn)品溫度測量的困難，利用溫度計來測量均會有一定的誤差。也能通過對升華產(chǎn)品的電阻的測量來推斷。如果測得產(chǎn)品的電阻大于共熔點時的電阻數(shù)值，則說明產(chǎn)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，則說明產(chǎn)品溫度已接近或達到共熔點的溫度。當(dāng)前44頁，總共92頁。4、凍干箱內(nèi)的壓強4.1冷凍干燥時凍干箱內(nèi)的壓強，過去認為是越低越好，現(xiàn)在則認為不是越低越好，而是要控制在一定的范圍之內(nèi)。4.2壓強低當(dāng)然有利于產(chǎn)品內(nèi)冰的升華。但由于壓強太低時對熱傳遞不利，產(chǎn)品不易獲得熱量，升華速率反而降低。實驗表明：在凍干箱的壓強低于10Pa時，氣體的對流傳熱小到可以忽略不計；而壓強大于10Pa時，氣體的對流傳熱就明顯增加。在同樣的板層溫度下，壓強高于10Pa時，產(chǎn)品容易獲得熱量，因而升華速率增加。當(dāng)前45頁，總共92頁。4、凍干箱內(nèi)的壓強4.3當(dāng)壓強太高時，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)高于共熔點溫度時，產(chǎn)品將發(fā)生熔化，造成凍干失敗。4.4凍干箱的合適壓強一般認為是在10-30Pa之間，在這個壓強范圍內(nèi)，既利于熱量的傳遞又利于升華的進行。超過30Pa時，產(chǎn)品可能熔化，此時將發(fā)出真空報警信號，切斷對產(chǎn)品的加熱，甚至啟動冷凍機對凍干箱進行降溫，以保護產(chǎn)品不致發(fā)生熔化。當(dāng)前46頁，總共92頁。5、板層的溫度應(yīng)進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，制品獲得的熱量就少；板層溫度過高，制品獲得過多的熱量使制品發(fā)生熔化；板層溫度過低，制品得不到足夠的熱量會延長升華干燥時間。因此，板層的溫度應(yīng)進行合理的控制。當(dāng)前47頁，總共92頁。6、板層溫度高低的三個因素制品溫度凍干箱的壓強（即凍干箱的真空度）冷凝器溫度當(dāng)前48頁，總共92頁。6、板層溫度高低的三個因素如果在升華干燥的時候，制品的溫度低于該制品的共熔點溫度較多，凍干箱內(nèi)的壓強小于真空報警設(shè)定的壓強較多，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溫度，或者凍干箱的壓強上升到接近真空報警的數(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。當(dāng)前49頁，總共92頁。7、升華階段時間長短的影響因素7.1制品的品種：有些制品容易干燥，有些制品不容易干燥。一般來說，共熔點溫度較高的制品容易干燥，升華的時間短些。7.2制品的分裝厚度：正常的干燥速率大約每小時使產(chǎn)品下降1毫米的厚度。因此分裝厚度大，升華時間也長。當(dāng)前50頁，總共92頁。7、升華階段時間長短的影響因素7.3升華時提供的熱量：升華時若提供的熱量不足，則會減慢升華速率，延長升華階段的時間。7.4凍干機本身的性能，這包括凍干機的真空性能，冷凝器的溫度以及機器構(gòu)造的幾何形狀等，性能良好的凍干機使升華階段的時間縮短些。當(dāng)前51頁，總共92頁。8、崩解溫度8.1崩解溫度：某些已干燥的產(chǎn)品當(dāng)溫度達到某一數(shù)值時會失去剛性，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。當(dāng)前52頁，總共92頁。8、崩解溫度所謂崩解溫度是對已經(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，使全部的產(chǎn)品都能良好的干燥。在產(chǎn)品的第一階段時，除了要保持凍結(jié)產(chǎn)品的溫度不能超過共熔點以外，還要保持已干燥的產(chǎn)品溫度不能超過崩解溫度。當(dāng)前53頁，總共92頁。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，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)提供的熱量就會多余，就會造成凍結(jié)制品溫度上升，制品發(fā)生熔化發(fā)泡現(xiàn)象。當(dāng)前54頁，總共92頁。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溫度。8.4崩解溫度一般由試驗來確定，通過顯微冷凍干燥試驗可以觀察到崩解現(xiàn)象，從而確定崩解溫度。當(dāng)前55頁，總共92頁。八、制品的第二階段干燥當(dāng)前56頁，總共92頁。1、制品進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，為了使制品達到合格的水分含量，必須對制品進一步的干燥。當(dāng)前57頁，總共92頁。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，縮短解吸干燥的時間。制品的允許溫度因制品的品種而定，一般為25℃－40℃左右。病毒性產(chǎn)品為25℃，細菌性產(chǎn)品為30℃，血清、抗菌素等可高達40℃。當(dāng)前58頁，總共92頁。3、凍干箱內(nèi)的壓強控制3.1為了改進凍干箱傳熱，使制品溫度較快地達到最高允許溫度，以縮短解吸干燥階段時間。要對凍干箱內(nèi)的壓強進行控制，控制的壓強范圍在15~30Pa之間。3.2壓強控制采用真空泵間歇運轉(zhuǎn)的方法控制。當(dāng)前59頁，總共92頁。4、解吸階段時間長短的影響因素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，時間可相應(yīng)短些。4.2水分的含量：水分的含量要求低的產(chǎn)品，干燥時間較長。制品水分的含量應(yīng)有利于該產(chǎn)品的長期存放，太高太低均不好。應(yīng)根據(jù)試驗來確定。當(dāng)前60頁，總共92頁。4、解吸階段時間長短的影響因素4.3凍干機的性能：在解吸階段后期能達到的真空度高，冷凝器的溫度低的凍干機，其解吸干燥的時間可短些。4.4是否采用壓強控制法：如果采用壓強控制法，則改進了傳熱，使產(chǎn)品達到最高許可溫度的時間縮短，解吸干燥的時間也會縮短。當(dāng)前61頁，總共92頁。5、凍干結(jié)束的確定制品溫度已達到最高許可溫度，并在這個溫度保持8小時以上的時間；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（這時關(guān)閉的時間應(yīng)長些，約30秒到60秒）。如果凍干箱內(nèi)的壓力沒有明顯的升高，則說明干燥已基本完成，可以結(jié)束凍干。如果壓力有明顯升高，則說明還有水分逸出，要延長時間繼續(xù)進行干燥。直到關(guān)閉凍干箱冷凝器之間的閥門之后，壓力無明顯上升為止。當(dāng)前62頁，總共92頁。九、影響干燥過程的因素當(dāng)前63頁，總共92頁。1、冷凍干燥過程的簡述1.1冷凍干燥過程實際上是水的物質(zhì)變化及其轉(zhuǎn)移過程。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)品當(dāng)前64頁，總共92頁。1、冷凍干燥過程的簡述1.2凍干過程有二個放熱過程和二個吸熱過程：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。當(dāng)前65頁，總共92頁。2、凍干過程中的熱量質(zhì)量傳遞熱量的傳遞貫穿冷凍干燥的全過程中。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行著熱量的傳遞；質(zhì)量的傳遞僅在干燥階段進行，凍干箱制品中產(chǎn)生的水蒸汽到冷凝器內(nèi)凝結(jié)成冰霜的過程，實際上也是質(zhì)量傳遞的過程，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質(zhì)的傳遞，改善熱的傳遞也能改善質(zhì)的傳遞。當(dāng)前66頁，總共92頁。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，與水蒸汽流動的阻力成反比。水蒸汽壓力差越大，流動的阻力越小，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。當(dāng)前67頁，總共92頁。4、凍干過程的水分子描述升華首先從制品的表面開始，在干燥進行了一段時間之后，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，進入已經(jīng)干燥制品的某一間隔內(nèi)，以后可能還要穿過許多這樣的間隔后，才能從制品的縫隙進入空間。也可能經(jīng)過一些轉(zhuǎn)折又回到凍結(jié)制品之中。當(dāng)前68頁，總共92頁。4、凍干過程的水分子描述當(dāng)水分子跑出制品表面以后，它的運動路徑還很曲折?？赡芘c玻璃瓶壁碰撞，可能凍干機的金屬板壁碰撞，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，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能，使其沒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。隨著時間的延長，凍干箱內(nèi)不斷對產(chǎn)品進行加熱以及冷凝器的持久工作，產(chǎn)品逐漸得到了干燥。當(dāng)前69頁，總共92頁。5、凍干過程中水蒸汽的流動阻力5.1產(chǎn)品內(nèi)部的阻力：水分子通過已經(jīng)干燥的產(chǎn)品層的阻力。這個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、保護劑等有關(guān)。5.2容器的阻力：主要來自瓶口之處，因為瓶口的截面較小，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)。當(dāng)前70頁，總共92頁。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)品溫度超過共熔點的溫度。當(dāng)前71頁，總共92頁。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。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行費用。當(dāng)前72頁，總共92頁。6、提高干燥速率的方法6.3減少水蒸汽的流動阻力也能加快質(zhì)的傳遞，提高干燥速率。減小制品的分裝厚度；合理的設(shè)計瓶、塞、減少瓶口阻力；合理的設(shè)計凍干機，減少機器的管道阻力；選擇合適的濃度和保護劑，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。這些方法均能促進質(zhì)的傳遞，提高干燥速率。當(dāng)前73頁，總共92頁。十、凍干工藝的制定當(dāng)前74頁，總共92頁。1、凍干工藝簡述凍干工藝就是進行冷凍干燥過程控制的基本依據(jù)。凍干工藝不僅是手工操作凍干機的依據(jù)，而且也是自動控制凍干機操作的依據(jù)。當(dāng)前75頁，總共92頁。2、制定凍干工藝的考慮因素2.1制品的品種：制品不同則共熔點亦不同，共熔點低的產(chǎn)品要求凍結(jié)的溫度低；加熱時板層的溫度亦相應(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)試驗找出一個產(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間。產(chǎn)品不同，對水分含量的要求也不同。為了長期保存產(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，凍干時間需長些。水分含量要求高的產(chǎn)品，凍干時間可縮短。當(dāng)前76頁，總共92頁。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。一個是總裝量的多少，一個是每一容器內(nèi)產(chǎn)品裝量的多少。裝量多的制品，其凍干時間也長。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，凍干時間較短；底部不平或玻璃厚的瓶子傳熱較差，凍干時間較長。當(dāng)前77頁，總共92頁。2、制定凍干工藝的考慮因素2.4凍干機性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到凍干工藝的制定，凍干機有各種不同的型號，因此它們的性能也各不相同。有些機器的性能好，例如板層之間，每板層的各部分之間溫差小；冷凝器的溫度低，冰負荷能力大；凍干箱與冷凝器之間的水蒸汽流動阻力?。徽婵毡贸樗倏?，真空度好而穩(wěn)定。有些機器則差一些。當(dāng)前78頁，總共92頁。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)速度大部分機器不能進行控制，因此只能以凍結(jié)溫度和裝箱后的時間來確定凍結(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。當(dāng)前79頁，總共92頁。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：這個溫度取決于制品的共熔點溫度，凍結(jié)最低溫度應(yīng)低于該制品的共熔點溫度。3.3凍結(jié)的時間：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，凍干箱冷凍機能力差，每一板層之間以及每一板層的個部分之間溫差大的機器，則要求凍結(jié)時間長些。為了使箱內(nèi)每一瓶產(chǎn)品全部凍實，一般要求在樣品的溫度達到預(yù)定的最低溫度之后再保持1－2小時的時間。當(dāng)前80頁，總共92頁。3、制定凍干工藝要確定的數(shù)據(jù)3.4冷凝器降溫的時間：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。提前多少時間要由冷凝器機器的降溫性能來確定。要求在凍結(jié)結(jié)束抽真空的時候，冷凝器的溫度要達到-40℃左右。好的機器一般提前半小時開始降溫。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。當(dāng)前81頁，總共92頁。3、制定凍干工藝要確定的數(shù)據(jù)3.5抽真空時間：凍結(jié)結(jié)束時間就是開始抽真空的時間，要求在半小時以內(nèi)的時間真空度能達到13Pa。抽真空的同時，也是凍干箱冷凝器之間的真空閥打開的時候，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。當(dāng)前82頁，總共92頁。3、制定凍干工藝要確定的數(shù)據(jù)3.6開始加熱時間：一般認為開始加熱的時間（