中试冻干机工作过程原理

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　　中试冻干机，即中试规模的冷冻干燥机，是一种用于将含水物料在低温低压条件下进行脱水处理的设备，其工作过程原理涉及物理、化学等多方面的知识，以下为你详细介绍：
　　一、冻干的基本原理
　　冻干，也就是冷冻干燥，是将含水物料先冻结成固态，然后在真空条件下使物料中的冰直接升华成水蒸气排出，从而获得干燥制品的一种技术。其依据的原理主要是水的相平衡关系，即在不同的温度和压力条件下，水会呈现固态、液态和气态三种状态。当压力低于水的三相点压力（611.657 Pa）时，固态的冰可以直接升华为气态的水蒸气，而无需经过液态阶段。
　　二、中试冻干机的工作过程
　　1.预冻阶段
　　①物料准备：将需要冻干的物料均匀地放置在冻干机的搁板上，物料的形态可以是溶液、悬浊液或糊状等。
　　②降温冻结：启动冻干机的制冷系统，使搁板温度迅速下降，物料随之降温。当物料温度降至共晶点温度以下时，物料中的水分开始结冰。共晶点温度是指物料中水分全部冻结时的**温度，不同物料的共晶点温度各不相同。
　　③冻结固化：在低温环境下，物料中的水分不断凝固，最终形成稳定的固态冰晶结构。这个过程需要控制好降温速度和最终温度，以确保冰晶的大小和分布符合要求，从而保证冻干产品的质量。
　　2.升华干燥阶段
　　①抽真空：当物料冻结完成后，冻干机开始对干燥箱进行抽真空操作，使箱内压力降低到水的三相点压力以下。一般会将压力控制在10 - 100 Pa左右。
　　②加热升温：在维持低真空度的同时，通过搁板对物料进行缓慢加热。加热的目的是提供水分升华所需的热量，使固态冰直接升华为水蒸气。加热速度需要严格控制，过快可能导致物料表面结焦，过慢则会延长冻干时间。
　　③水蒸气升华与捕集：在加热和真空条件下，物料中的冰晶不断升华成水蒸气。升华出来的水蒸气会向冷阱方向扩散，在冷阱中被低温捕获，从而避免水蒸气在干燥箱内重新凝结到物料表面，影响冻干效果。
　　3.解析干燥阶段
　　①继续加热与抽真空：当升华干燥基本完成后，进入解析干燥阶段。此时，进一步提高搁板的温度，并维持较低的真空度，使物料中残留的少量结合水进一步脱除。结合水是指与物料分子通过氢键等作用力紧密结合的水分，其升华温度相对较高。
　　②水分去除与产品稳定：通过适当的加热和抽真空操作，将物料中的结合水逐步去除，使产品的含水量降低到规定的范围内。解析干燥的时间和温度需要根据物料的性质和产品要求进行调整，以确保产品的质量和稳定性。
　　4.充填与封口阶段（可选）
　　①充填保护气体（如果需要）：对于一些需要在惰性气体环境下保存的冻干产品，在干燥完成后，可向干燥箱内充填氮气等惰性气体，以置换箱内的空气，防止产品在储存和运输过程中被氧化。
　　②封口包装：将冻干后的产品从冻干机中取出，进行密封包装，以保证产品的质量和保质期。