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零下几十度竟对可以物体进行干燥,简述冻干机的构成及工作原理

日常生活中,我们要干燥某样东西都是要加热升温,这样才能使物体的水分更快地被蒸发,从而使得物体被干燥,这个过程也叫脱水。

然而在制药食品等行业上,有些产品由于高温会破坏蛋白质及微生物,使其成分结构受到破坏或者降低其活性,因此一般不会使用烘干的形式进行脱水,而是使用一种叫做冻干的技术进行脱水。所谓冻干,就是在通过降温将物质中水分冻结为固体,然后在通过降低真空及轻加热的方式,使得固态的水冰直接升华为水蒸汽而达到脱水的目的。相对加热干燥的脱水方式,冻干有很多优点,比如挥发性损失低、不用添加防腐剂保鲜(微生物的生长和酶的作用极低)、保持物质结构、保持物质中活性成分、保持物质中易氧化的成分等。因此,冻干技术在制药、食品、科研等领域应用极广。

要使用冻干,那么就要用到冻干机了。一般来说冻干机主要由制冷系统、真空系统、加热系统及控制系统组成。当然,这是主要部分,如果要细说那就很多了,各部分主要功能如下:

1、制冷系统:顾名思义,就是用来给冻干机降温的,是冻干机的核心部件,主要包括压缩机、蒸发器、冷凝器、节流阀(也叫膨胀阀)、管路、制冷剂等,其原理和空调、冰箱的制冷原理差不多。一般常用冻干机最低可降温到-40℃~-55℃之间。

2、真空系统:也是冻干机的重要组成部分,用于给冻干机抽真空的。主要由真空泵、罗茨泵、阀门、压力控制系统、汽水分离器、管路等组成,一般冻干机极限真空在3pa左右。当然,进行冻干机选型的时候,并非极限真空度越低越好,满足要求即可。另外,除了真空度外,真空速率(抽气率)及真空泄漏率也是重要的指标。

3、加热系统:主要用于升华过程补充热量。如果升华过程不供给热量,那么制品只有降低内能来补偿升华的吸热。当然,温度控制对于冻干机是一个很重要的过程,要求控制精度很高,并保证制品温度要低于其共晶点温度某个范围。

4、控制系统:如同所有精密设备一样,控制系统是整台设备的灵魂。冻干机的一切操作几乎都是通过控制系统完成,包括冻干机的自动降温、抽真空、升温等过程,控制相关参数跟随理想干曲线的特性变化。控制系统一般包括控制器(PLC)、输入输出模块、传感器、执行机构、人机界面(HMI)等。

当然,除此以上所述之外,冻干机还包括柜体、干燥箱、密闭门、电气、在线清洗(CIP)和消毒系统(SIP)等,这些都是冻干机不可缺的部分。

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