冷凍干燥機(jī)是什么？
冷凍干燥機(jī)，又稱凍干機(jī)，是一種利用升華原理進(jìn)行低溫脫水的設(shè)備。它通過(guò)將含水物料預(yù)先凍結(jié)，然后在低于三相點(diǎn)(水的三相點(diǎn)溫度為 -0.01℃，壓力為 610.5Pa)的溫度和壓力條件下，使物料中的冰直接從固態(tài)升華為氣態(tài)的水蒸氣并排出，從而獲得干燥制品。
冷凍干燥技術(shù)在眾多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，能保持物料原有的色、香、味、形及營(yíng)養(yǎng)成分，同時(shí)具有復(fù)水性好、易于長(zhǎng)期保存和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。在食品行業(yè)，可用于制作凍干水果、凍干咖啡、凍干肉類等；制藥領(lǐng)域，常用于疫苗、抗生素、生物制品等的干燥保存；在生物制品方面，能對(duì)蛋白質(zhì)、酶、細(xì)胞等生物活性物質(zhì)進(jìn)行干燥處理；此外，在材料科學(xué)、考古等領(lǐng)域也有應(yīng)用。
真空冷凍干燥機(jī)的低溫脫水技術(shù)解析
預(yù)凍階段技術(shù)
??原理??：將物料中的水分凍結(jié)成冰，為后續(xù)的升華干燥做準(zhǔn)備。預(yù)凍過(guò)程需要將物料溫度降低到其共晶點(diǎn)溫度以下(共晶點(diǎn)是物料中水分全部?jī)鼋Y(jié)時(shí)的溫度)，確保物料中的自由水和結(jié)合水都變成冰晶。
??技術(shù)要點(diǎn)??：預(yù)凍速度會(huì)影響冰晶的大小?？焖兕A(yù)凍形成的冰晶較小，對(duì)物料的損傷相對(duì)較小，但升華速率可能較慢；慢速預(yù)凍形成的冰晶較大，升華速率較快，但可能會(huì)對(duì)物料的組織結(jié)構(gòu)造成一定破壞。因此，需要根據(jù)物料的性質(zhì)選擇合適的預(yù)凍速度。
升華干燥階段技術(shù)
??原理??：在低溫、低壓環(huán)境下，物料中的冰直接從固態(tài)升華為氣態(tài)的水蒸氣。此階段需要維持凍干箱內(nèi)的低溫和低氣壓條件，使冰的升華過(guò)程能夠持續(xù)進(jìn)行。
??技術(shù)要點(diǎn)??：通過(guò)真空系統(tǒng)將凍干箱內(nèi)的壓力降低到一定程度(一般低于 100Pa)，同時(shí)利用加熱系統(tǒng)對(duì)物料進(jìn)行適當(dāng)加熱，為冰的升華提供熱量。加熱溫度要嚴(yán)格控制，不能超過(guò)物料的允許溫度，以免影響物料的品質(zhì)。升華出的水蒸氣通過(guò)冷凝器被捕獲，形成冰霜，從而實(shí)現(xiàn)水蒸氣與物料的分離。
解析干燥階段技術(shù)
??原理??：經(jīng)過(guò)升華干燥后，物料中還殘留有部分結(jié)合水(與物料以化學(xué)鍵或氫鍵結(jié)合的水)，解析干燥階段就是要將這些結(jié)合水去除。通過(guò)進(jìn)一步提高凍干箱內(nèi)的溫度和降低壓力，使結(jié)合水從物料中解析出來(lái)并升華。
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?技術(shù)要點(diǎn)??：解析干燥階段的溫度要比升華干燥階段高，但同樣要控制在物料所能承受的范圍內(nèi)，一般不超過(guò)物料的崩解溫度。同時(shí)，要繼續(xù)保持較低的真空度，以保證結(jié)合水能夠順利升華。
真空冷凍干燥機(jī)的核心結(jié)構(gòu)解析
凍干箱
??功能??：是放置物料進(jìn)行干燥的空間，需要具備良好的密封性和保溫性能，以保證凍干箱內(nèi)的溫度和壓力能夠穩(wěn)定控制在設(shè)定范圍內(nèi)。
??結(jié)構(gòu)特點(diǎn)??：通常由不銹鋼材質(zhì)制成，內(nèi)部設(shè)有物料架，用于放置裝有物料的托盤。物料架可以多層層疊，以提高設(shè)備的干燥效率。凍干箱還配備有觀察窗，方便操作人員觀察物料的干燥過(guò)程。
冷阱
??功能??：是捕獲升華出來(lái)的水蒸氣的關(guān)鍵部件。當(dāng)水蒸氣從凍干箱內(nèi)進(jìn)入冷阱時(shí)，會(huì)在冷阱的低溫表面凝結(jié)成冰霜，從而將水蒸氣從系統(tǒng)中去除，維持凍干箱內(nèi)的低氣壓環(huán)境。
??結(jié)構(gòu)特點(diǎn)??：冷阱內(nèi)部通常設(shè)有盤管或翅片，通過(guò)制冷系統(tǒng)使其溫度降低到很低的水平(一般可達(dá) -40℃、 -60℃、 -80℃甚至更低)。冷阱的捕水能力是衡量其性能的重要指標(biāo)，捕水能力越強(qiáng)，設(shè)備一次能夠處理的物料量就越大。
制冷系統(tǒng)
??功能??：為冷阱和凍干箱提供制冷，使冷阱保持低溫以捕獲水蒸氣，同時(shí)將物料預(yù)凍至所需溫度。
??結(jié)構(gòu)特點(diǎn)??：主要由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和節(jié)流裝置等組成，采用制冷劑循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷功能。制冷系統(tǒng)的制冷能力和效率直接影響設(shè)備的干燥速度和性能。
真空系統(tǒng)
??功能??：將凍干箱內(nèi)的空氣抽出，形成低氣壓環(huán)境，以降低水的沸點(diǎn)，促進(jìn)冰的升華。
??結(jié)構(gòu)特點(diǎn)??：通常由真空泵、真空管道、閥門等組成。真空泵是真空系統(tǒng)的核心部件，其抽氣速率和極限真空度決定了真空系統(tǒng)的工作性能。為了提高真空系統(tǒng)的性能，還可以配備羅茨泵等增壓泵。
加熱系統(tǒng)
??功能??：在升華干燥和解析干燥階段為物料提供熱量，促進(jìn)冰的升華和結(jié)合水的解析。
??結(jié)構(gòu)特點(diǎn)??：加熱方式主要有輻射加熱、傳導(dǎo)加熱等。常見(jiàn)的加熱系統(tǒng)由加熱板、加熱絲等組成，通過(guò)控制加熱功率和溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的精確加熱。加熱系統(tǒng)需要與制冷系統(tǒng)和真空系統(tǒng)協(xié)同工作，以保證物料在合適的溫度和壓力條件下進(jìn)行干燥。
控制系統(tǒng)
??功能??：對(duì)冷凍干燥機(jī)的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行精確控制，包括溫度、壓力、時(shí)間等參數(shù)的控制，以確保干燥過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性。
??結(jié)構(gòu)特點(diǎn)??：由可編程邏輯控制器(PLC)、觸摸屏、傳感器等組成。傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)凍干箱內(nèi)的溫度、壓力、物料溫度等參數(shù)，并將信號(hào)傳輸給 PLC，PLC 根據(jù)預(yù)設(shè)的程序?qū)Ω鱾€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。操作人員可以通過(guò)觸摸屏設(shè)置和監(jiān)控干燥過(guò)程的各項(xiàng)參數(shù)。
