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真空冷凍干燥機基本原理
與其它干燥方法一樣，要保持升華干燥的不斷進行，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，升華所需要的潛熱可取自物料本身的顯熱。但跟著升華的進行，物料溫度很快就降到與干燥室蒸汽分壓相平衡的溫度，此時，若沒有外界供熱，升華干燥便休止進行。在外界供熱的情況下，升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(dāng)達到物料的凍結(jié)點時，物料中的冰晶就會融化，冷凍干燥也就無法進行了。
供給熱量的過程是一個傳熱過程，排除蒸汽的過程是一個傳質(zhì)的過程，因此，升華干燥過程實質(zhì)上是一個傳熱、傳質(zhì)同時進行的過程。自然界中所發(fā)生的任何過程都有驅(qū)動力，升華干燥中的傳熱驅(qū)動力為熱源與升華界面之間的溫差，而傳質(zhì)驅(qū)動力為升華界面與蒸汽捕集器(或冷阱)之間的蒸汽分壓差。溫差愈大，傳熱速率愈快;蒸汽分壓差愈大，傳質(zhì)(即蒸汽排除)速率愈快。
凍干時，既要保持產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì)，又要獲得較快的干燥速率。升華所需要的潛熱必須由熱源通過外界傳熱過程傳送到燥物料的表面，然后再通過里面?zhèn)鳠徇^程傳送到物料內(nèi)冰升華的實際發(fā)生處。所產(chǎn)生的水蒸氣必須通過里面?zhèn)髻|(zhì)過程抵達物料的表面，再通過外部傳質(zhì)過程轉(zhuǎn)移到蒸汽捕集器(冷阱)中。任何一個過程或幾個過程一起都可能成為干燥過程的“瓶頸”，它取決于凍干設(shè)備的設(shè)計、操作條件以及燥物料的特征。只有同時進步傳熱、傳質(zhì)效率，增加單位體積凍干物料的表面積，才能獲得更快的干燥速率。
水有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種態(tài)相。根據(jù)熱力學(xué)中的相平衡理論，隨壓力的降低，水的冰點變化不大，而沸點卻越來越低，向冰點靠近。當(dāng)壓力降到一定的真空度時，水的沸點和冰點重合，冰就可以不經(jīng)液態(tài)而直接汽化為氣體，這一過程稱為升華。食品的真空冷凍干燥，就是在水的三相點以下，即在低溫低壓條件下，使食品中凍結(jié)的水分升華而脫去。

回收真空冷凍干燥機之溫度和真空度的要求：
凍干機板層的制冷溫度范圍和冷凝器溫度大致有三種類型。
一種是冷凍系統(tǒng)采用單級制冷壓縮循環(huán)，板層的制冷溫度約為-35~-40℃。冷凝器的制冷溫度為-50℃左右。這種凍干機適用于一些容易凍干產(chǎn)品的生產(chǎn)。
另一種是冷凍系統(tǒng)采用雙級制冷壓縮循環(huán)，板層的制冷溫度約為-45~-50℃。冷凝器的制冷溫度為-65℃左右。這種凍干機適用于大部分產(chǎn)品的凍干。
再一種是冷凍系統(tǒng)采用復(fù)疊式制冷循環(huán)，板層的制冷溫度約為-55~-60℃。冷凝器的制冷溫度為-75℃左右。這種凍干機適用于一些特殊產(chǎn)品的凍干。
上述溫度范圍的選擇是根據(jù)凍干產(chǎn)品的共晶點所決定的，共晶點低的產(chǎn)品要求板層的制冷溫度低些，冷凝器的溫度也相應(yīng)地低些。
此外，板層溫度的均勻性，對產(chǎn)品質(zhì)量的一致性有很大的影響，溫度均勻性好，則凍干產(chǎn)品質(zhì)量的一致性也越好，因此宜選擇使用中間流體間接制冷板層的凍干機。這種凍干機板層為空心夾層結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有許多流體通道，板層的制冷和加熱均通過中間流體的循環(huán)來實現(xiàn)，因此板層溫度均勻一致。中間流體是使用對人無害、不腐蝕設(shè)備、熱穩(wěn)定性好和對藥品惰性低粘度硅油。
凍干機板層的加熱溫度均為70~80℃。所有凍干機均差不多。
在空載的情況下，凍干箱的降溫速度一般應(yīng)在1~2小時之內(nèi)達到指標(biāo)規(guī)定的溫度，冷凝器應(yīng)在1小時內(nèi)達到指標(biāo)規(guī)定的溫度。
關(guān)于凍干箱的真空度，過去的觀點認(rèn)為真空度是越高越好，現(xiàn)在的觀點認(rèn)為真空度應(yīng)在一個合理的范圍之內(nèi)。真空度太高了，不利于傳熱，干燥速度反而下降。但無論如何凍干箱的空載極限溫度應(yīng)達到1*10-2毫巴以上。使用中若不需要很高的真空度時，可以通過真空度調(diào)節(jié)裝置來控制真空度，使真空度控制在所需范圍之內(nèi)，因此真空度調(diào)節(jié)裝置是應(yīng)該選用的。
凍干箱空載的抽空速度，應(yīng)在半小時之內(nèi)從大氣壓抽到1*10-1毫巴。2小時內(nèi)達到1*10-2毫巴以上的真空度。

真空冷凍干燥機是將制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)、排濕系統(tǒng)組合為一體的新型設(shè)備，可以較大地利用箱體內(nèi)存放物料空間進行干燥的冷凍真空干燥，可使干燥后粉體擁有良好的分散性。真空冷凍干燥機的操作簡單，一般開機后將物料投入物料箱內(nèi)即可進行冷凍。物料的冷凍過程，一方面是真空系統(tǒng)進行抽真空把一部分水份帶走；另一方面是物料受凍時把某些分子中所含水份排到物料的表面凍結(jié)，達到冷凍要求后，由加熱系統(tǒng)對物料加熱干燥，通過抽真空把物料中所含的水份帶到冷凍捕集箱結(jié)凍，達到物料冷凍干燥要求。
近十幾年以來，真空冷凍干燥行業(yè)獲得了長足的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸拓寬。在生命科學(xué)研究方面，可應(yīng)用于抗體、蛋白、組織、微生物研究等，因此真空冷凍干燥大量的應(yīng)用到生物制藥領(lǐng)域。制藥工業(yè)大量的應(yīng)用真空冷凍干燥制備疫苗、抗生素等。在領(lǐng)域大量的凍干已經(jīng)活躍在市場，如凍干蟲草、凍干海參、凍干鹿茸、凍干鐵皮石斛等。
與國外真空冷凍干燥設(shè)備相比，我國國產(chǎn)的設(shè)備價格較為實惠，這使我國真空冷凍干燥設(shè)備在市場競爭中比進口設(shè)備具有明顯的價格優(yōu)勢，且產(chǎn)品能夠滿足大部分行業(yè)的基本干燥需求，尤其是食藥品行業(yè)中小企業(yè)的需求，因此國產(chǎn)的真空冷凍干燥行業(yè)發(fā)展空間極大。我國企業(yè)以仿制國外設(shè)備為主，自主能力較弱。食品用凍干機分間歇式和連續(xù)式。連續(xù)式機組在國內(nèi)企業(yè)尚屬少見。連續(xù)式設(shè)備的特點是適于品種單一而產(chǎn)量龐大、原料充足的產(chǎn)品生產(chǎn)，特別適合漿狀和顆粒狀制品的生產(chǎn)。連續(xù)式設(shè)備容易實現(xiàn)自動化控制，簡化了人工操作和管理，其主要缺點是成本高。2018年國內(nèi)真空冷凍干燥機市場規(guī)模為8.93億元，近幾年隨著消費觀念的提升，真空冷凍干燥機在食品領(lǐng)域的需求增長迅速，目前國內(nèi)市場品牌被丹麥Atlas公司和日本共和真空株式會社占據(jù)，國內(nèi)企業(yè)以中低端產(chǎn)品為主。

1、問：為什么在玻璃罩和冷阱之間上下是連通的情況下物料溫度與冷阱溫度在工作時還相差那么大？
答：因為在真空狀態(tài)下，熱量已經(jīng)不能通過空氣傳導(dǎo)了。
2、問：為什么在抽真空過程中壓縮機也要一直開著？
答：因為這樣保持低溫狀態(tài)有利于樣品內(nèi)水分結(jié)冰后持續(xù)升華過程中產(chǎn)生的水汽在冷阱內(nèi)再次結(jié)冰保存，等凍干完成再除霜。
3、問：為什么凍干將要結(jié)束時物料溫度與外界環(huán)境溫度差不多甚至還高點？答：因為雖然內(nèi)部在真空狀態(tài)下熱量不能靠空氣上下傳導(dǎo)，但因為物料托盤以及隔板還有外罩都是相連的，他們之間可以通過自身傳遞熱量再加上機器運轉(zhuǎn)自身產(chǎn)生一部分熱量，所以物料溫度是由此而來。而冷阱溫度也是壓縮機作用于冷阱壁產(chǎn)生的。
4、 問：可以憑借物料溫度來判定凍干終結(jié)時間嗎？答：不可以。要憑經(jīng)驗確定凍干多久合適，因為物料溫度只是代表探頭傳感器溫度，與實際情況可能會有誤差。不過物料溫度可以作為判斷條件，畢竟只有物料中水分升華速度降到不足以抵消環(huán)境溫度對物料溫度提升的程度時物料自身溫度才會開始慢慢上升。
5、問：后凍干結(jié)束要化霜時還需要一直開著壓縮機嗎？答：凍干結(jié)束壓縮機要先關(guān)閉然后再按化霜鍵才能按動，否則一直開著壓縮機，冷阱內(nèi)溫度不上升冰也不會化。
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