實(shí)驗(yàn)室冷凍干燥機(jī)的工作原理

實(shí)驗(yàn)室冷凍干燥機(jī)（也稱(chēng)為凍干機(jī)）是一種用于將濕物料中的水分在低溫下升華去除的設(shè)備。這一過(guò)程不僅能夠保持物料的原有結(jié)構(gòu)和活性，還能延長(zhǎng)其保質(zhì)期。以下是冷凍干燥機(jī)的工作原理及其主要步驟：

1. 預(yù)凍結(jié)

• 目的：將物料中的水分完-全凍結(jié)，形成固態(tài)冰晶。

• 過(guò)程：將待干燥的物料放入冷凍干燥機(jī)的冷凍室內(nèi)，通過(guò)制冷系統(tǒng)將溫度降至物料的共晶點(diǎn)以下（通常為-40°C至-60°C）。共晶點(diǎn)是指物料中所有成分完-全凍結(jié)的溫度。

• 作用：預(yù)凍結(jié)可以防止在后續(xù)的升華過(guò)程中形成大的冰晶，從而保持物料的微觀結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。

2. 初級(jí)干燥（升華干燥）

• 目的：通過(guò)升華過(guò)程將冰直接轉(zhuǎn)化為水蒸氣，去除大部分水分。

• 過(guò)程：

• 真空環(huán)境：將冷凍室內(nèi)的壓力降至-極低水平（通常為幾毫巴），以促進(jìn)冰的升華。

• 加熱：通過(guò)加熱板或輻射加熱等方式，緩慢升高物料的溫度，使冰直接轉(zhuǎn)化為水蒸氣。

• 冷阱：產(chǎn)生的水蒸氣被冷阱捕獲并凝結(jié)成冰，從而從系統(tǒng)中去除。

• 作用：這一階段可以去除物料中約90%以上的水分，確保物料的干燥度。

3. 次級(jí)干燥（解吸干燥）

• 目的：去除物料中剩余的吸附水或結(jié)合水。

• 過(guò)程：

• 繼續(xù)加熱：在保持真空狀態(tài)下，進(jìn)一步升高物料的溫度，使吸附在固體表面或孔隙中的水分蒸發(fā)。

• 延長(zhǎng)干燥時(shí)間：這一階段通常需要較長(zhǎng)的時(shí)間，因?yàn)槭Ｓ嗟乃州^難去除。

• 作用：確保物料達(dá)到所需的最終干燥度，進(jìn)一步提高其穩(wěn)定性。

4. 冷卻與密封

• 目的：將干燥后的物料冷卻至室溫，并進(jìn)行密封包裝。

• 過(guò)程：

• 冷卻：停止加熱，讓物料自然冷卻至室溫。

• 密封：將干燥后的物料從冷凍干燥機(jī)中取出，并立即進(jìn)行密封包裝，防止重新吸潮。

• 作用：保持物料的干燥狀態(tài)，延長(zhǎng)其保質(zhì)期。

主要部件

1. 冷凍室：用于預(yù)凍結(jié)和干燥物料。

2. 冷阱：用于捕獲和凝結(jié)升華產(chǎn)生的水蒸氣。

3. 真空泵：用于維持冷凍室內(nèi)的真空環(huán)境。

4. 加熱系統(tǒng)：用于在干燥過(guò)程中提供必要的熱量。

5. 控制系統(tǒng)：用于監(jiān)控和調(diào)節(jié)溫度、壓力等參數(shù)。