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欢乐麻将解析冷冻干燥机的工作原理
时间:2020-11-14 02:09

  解析冷冻干燥机的工作原理_物理_自然科学_专业资料。干燥机是液晶显示、中文界面,带样品干燥曲线; 它有进口压缩机,还设有换热器后,从而增大了 制冷量,提高了捕水能力;它的冷阱开口大,无 内盘管,带样品预冻功能,同时预冷 架,可作导流桶,加快干燥速度

  干燥机是液晶显示、中文界面,带样品干燥曲线; 它有进口压缩机,还设有换热器后,从而增大了 制冷量,提高了捕水能力;它的冷阱开口大,无 内盘管,带样品预冻功能,同时预冷 架,可作导流桶,加快干燥速度,而且冷阱和操 作面为全不锈钢,耐腐蚀易光洁,透明钟罩。正 是它的这些特质让冷冻干燥设备在日常使用中较 为广泛。 压缩空气中水蒸气的量是 由压缩空气的温度决定的:在保持压缩空气压力 基本不变的情况下,降低压缩空气的温度可减少 压缩空气中的水蒸气含量,而多余的水蒸气会凝 结成液体。冷冻干燥机就是利用这一原 理采用制冷技术干燥压缩空气的。因此冷干机具 有制冷系统。 冷冻干燥机的制冷系统属于压缩式制冷,由制冷 压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀等四个基本部 件组成。它们之间用 管道次连接,形成一个密闭的系统,制冷剂在系 统中不断地循环流动,发生状态变化并与压缩空 气和冷却介质进行热量交换。制冷压缩机将蒸发 器内的低压(低温)制冷剂吸入压缩机 汽缸内,制冷剂蒸汽经过压缩,压力、温度同时 升高;高压高温的制冷剂蒸汽被压至冷凝器,在 冷凝器内,温度较高的制冷剂蒸汽与温度比较低 的冷却水或空气进行热交换,制冷剂的 微波杀菌设备 微波真空干燥设备 热量被水或空气带走而冷凝下来,制冷剂蒸汽变 成了液体。这部分液体再被输送至膨胀阀,经过 膨胀阀节流成了低温低压的液体并进入蒸发器; 在蒸发器内低温、低压的制冷剂液体吸 收压缩空气的热量而汽化(俗称“蒸发”),而 压缩空气得到冷却后凝结出大量的液体水;蒸发 器中的制冷剂蒸汽又被压缩机吸走,这样制冷剂 便在系统中经过压缩、冷凝、节流、蒸 发这样四个过程,从而完成了一个循环。 在冷冻干燥机的制冷系统中,蒸发器是输送冷量 的设备,制冷剂在其中吸收压缩空气的热量,实现 脱水干燥的目的。压缩机是心脏,起着 吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是 放出热量的设备,将蒸发器中吸收的热量连同压 缩机输入功率转化的热量一起传递给冷却介质 (如水或空气)带走。膨胀阀/节流阀对 制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸 发器中制冷剂液体的数量,并将系统分为高压侧 和低压侧两大部分。 溶液速冻时(每分钟降温10~50℃),晶粒保持 在显微镜 下可见的大小;相反慢冻时(1℃/分),形成的 结晶肉眼可见。粗晶在升华留下较大的空隙,可 以提高冻干的效率,细晶在升华后留下的间隙较 小,使下层升华受阻,速成冻的成品 粒子细腻,外观均匀,比表面积大,多孔结构好, 溶解速度快,便成品的引湿性相对也要强些。 药品在冻干机中预冻在两种方式:一种是制品与 干燥箱同时降温,另一种是待干燥 箱搁板降温至-40℃左右,再将制品放入,前者 相当于慢冻,后者则介于速冻与慢冻之间,因而 常被采用,以兼顾冻干效率与产品质量。此法的 缺点是制品入箱时,空气中的水蒸气 将迅速地凝结在搁板上,而在升华初期,若板升 温较快,由于大面积的升华将有可能超越凝结器 的正常负荷。此现象在夏季尤为显着。 制品的冻结处于静止状态。经验证明,过冷 现象容易发生至使制品温度虽已达到共晶点。但 溶质仍不结晶,为了克服过冷现象,制品冻结的 温度应低于共晶点以下一个范围,并需保持一段 时间,以待制品完全冻结。 冰在一 定温度下的饱和蒸汽压大于环境的水蒸气分压时 即可开始升华;比制品温更低的凝结器对水水蒸 气的抽吸与捕获作用,则是维护升所必需的条件。 气体分子在两次连续碰撞之间所 走的距离称为平均自由程,它与压力成反比。在 常压下,其值很小,升华的水分子很容易与气体 碰撞又返回到蒸汽源表面,因而升华速度很漫。 随着压力降低13.3Pa以下,平均 自由程增大105倍,使升华速度显着加快,飞离 出来的水分子很少改变自己的方面,从而形成了 定向的蒸汽流。 真空泵在冻干机中起着抽除永久气体的作用,以 维护升华所必需 的低压强。1g水蒸气在常压下为1.25L而在 13.3Pa时却膨胀为10000升,普通的真空泵在单 位时间内抽除如此大量的体积是不可能的。凝结 器实际上形成了专门捕集 水蒸气的真空泵。 制品与凝结的温度通常为-25℃与-50℃。冰在该 温度下的饱和蒸汽压分别为63.3Pa与1.1Pa,因而 在升华面与冷凝面之间便产生了一个相当大 的压力差,如果此时系统内的不凝性气体分压可以 忽略不计,它将促使制品升华出来的水蒸气,以一 定的流速定向地抵达凝结器表面结成冰霜。 冰的升华热约为2822J/克, 如果升华过程不供给热量,那末制品只有降低内 能来补偿升华热,直至其温度与凝结器温度平衡 后,升华也就停止了。为了保持升华与冷凝来的 温度差,必须对制品提供足够的热量。 在升温的第一阶段(大量升华阶段),制品温度 要低于其共晶点一个范围。因此搁板温要加以控 制,若制品已经部分干燥,但温度却超过了其共 晶点,此时将发生制品融化现象, 而此时融化的液体,对冰饱和,对溶质却未饱和, 因而干燥的溶质将迅速溶解进去,最后浓缩成一 薄僵块,外观极为不良,溶解速度很差,若制品 的融化发生在大量升华后期,则由于 融化的液体数量较少,因而被干燥的孔性固体所 吸收,造成冻干后块状物有所缺损,加水溶解时 仍能发现溶解速度较慢。 喜欢分享 在大量升华过程,虽然搁板和制品温度 有很大悬殊,但由于板温、凝结器温度和真空温 度基本不变,因而升华吸热比较稳定,制品温度 相对恒定。随着制品自上而下层层干燥,冰层升 华的阻力逐渐增大。制品温度相应也会 小幅上升。直至用肉眼已不到冰晶的存在。此时 90%以上的水分已除去。大量升华的过程至此已 基本结束,为了确保整箱制品大量升华完毕,板 温仍需保持一个阶段后再进行第二阶 段的升温。剩余百分之几的水分称残余水分,它 与自由状态的水在物理化学性质上有所不同,残 余水分包括了化学结合之水与物理结合之水,诸 如化合的结晶水结晶、蛋白质通过氢键 结合的水以及固体表面或毛细管中吸附水等。由 于残余水分受到某种引力的束缚,其饱和蒸汽压 则是不同程度的降低,因而干燥速度明显下降。 虽然提高制品温度促进残余水分的气化 ,但若超过某极限温度,生物活性也可能急剧下 降。保证制品安全的最高干燥温度要由实验来确 定。通常我们在第二阶段将板温+30℃左右,并 保持恒定。在这一阶段初期,由于板 温升高,残余水分少又不易气化,因此制品温度 上升较快。但随着制品温度与板温逐渐靠拢,热 传导变得更为缓慢,需要耐心等待相当长的一段 时间,实践经验表明,残余水分干燥的 时间与大量升华的时间几乎相等有时甚至还会超 过。 将搁板温度与制品温度随时间的变化记录下来, 即可得到冻干曲线。比较典型的冻干曲线系将搁 板升温分为两个阶段,在大量 升华时搁板温度保持较低,根据实际情况,一般 可控制在-10至+10之间。第二阶段则根据制品性 质将搁板温度适当调高,此法适用于其熔点较低 的制品。若对制品的性能尚不清 楚,机器性能较差或其工作不够稳定时,用此法 也比较稳妥。 如果制品共晶点较高,系统的真空度也能保持良 好,凝结器的制冷能力充裕,则也可采用一定的 升温速度,将搁板温 度升高至允许的最高温度,直至冻干结束,但也 需保证制品在大量升华时的温度不得超过共晶点。 若制品对热不稳定,则第二阶段板温不宜过高。 为了提高第一阶段的升华速度, 可将搁板温度一次升高至制品允许的最高温度以 上;待大量升华阶段基本结束时,再将板温降至 允许的最高温度,这后两种方式虽然使大量的升 华速度有一些提高,但其抗干扰的能力 相应降低,真空度和制冷能力的突然降低或停电 都可能会使制品融化。合理而灵活地掌握第一种 方式,仍是目前较常用的方式。

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