凍干機(jī)(lyophilizer或freeze dryer)起源于19世紀(jì)20年代的真空冷凍干燥技術(shù),進(jìn)入21世紀(jì),真空凍干技術(shù)除了在醫(yī)藥、生物制品、食品、血液制品、活性物質(zhì)領(lǐng)域之外的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。凍干機(jī)的整個(gè)冷凍干燥過(guò)程實(shí)際上是同時(shí)進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)(水蒸氣)的過(guò)程。熱和質(zhì)的傳遞速率會(huì)影響干燥速率,從而影響整個(gè)冷凍干燥周期。那么我們要如何提高凍干機(jī)的凍干效率呢? 1.材料的形態(tài)和組分
根據(jù)凍干材料的形態(tài),它通常分為固體和液體。固體的形狀和液體的濃度對(duì)冷凍干燥速率具有更大的影響。
2.預(yù)速凍率
在凍干機(jī)冷凍過(guò)程中形成的晶體的尺寸在很大程度上影響干燥速率和干燥后產(chǎn)物溶解的速率??焖倮鋬龊途徛鋬龅倪^(guò)程具有以下差異:快速冷凍產(chǎn)生的冰晶較小,而緩慢冷凍產(chǎn)生的冰晶較大。大冰晶有利于升華,而小冰晶不利于升華。快速冷凍導(dǎo)致低的升華速率和快速的解吸速率。緩慢的冷凍導(dǎo)致快速的升華速率和緩慢的分解速率。
3.裝量
凍干機(jī)將材料凍干時(shí),將其包裝到容器中后,表面積與材料厚度之間存在相應(yīng)比例,即凍干與裝載量有關(guān)。較小的表面積和厚度有利于水的升華,易于冷凍干燥,質(zhì)量理想。通常,材料的厚度越薄,傳熱和傳質(zhì)速度越快,干燥時(shí)間越短。但是,如果材料的厚度薄,則每批冷凍干燥區(qū)域中每批干燥的材料較少,對(duì)提高單位凍干面積和單位時(shí)間產(chǎn)量不利。
4.干燥室的壓力
凍干機(jī)干燥室中的壓力會(huì)影響傳熱和傳質(zhì)的速度。就傳質(zhì)而言,壓力越低越好,對(duì)于傳熱而言,壓力越高越好。傳質(zhì)速率的大小主要取決于升華界面和干燥層表面的溫度和壓力。為了增加干燥層中水蒸氣的逸出率,一種是提高升華界面的溫度,以增加界面水蒸氣的壓力。這是為了增加干燥室的真空度并降低干燥層表面上的蒸氣壓。