冻干技术基础.pptx

水三相图
热传递有三种方式
1、传导:
依靠物体内部的温度差或两个不同物体直接接触,在不产生相对运动,仅靠物体内部微粒的热运动传递了热量
2、对流:
流体中温度不同的各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递的过程;
3、热辐射
物体通过电磁波传递能量的过程称为辐射,由于热的原因,物体的内能转化为电磁波的能量而进行的辐射过程。
预冻
水的结冰过程
当水的温度降到冰点0℃时,如果缺乏晶核,水并不结冰,温度继续下降,水还是保持在液体状态,这叫做水的过冷现象;当水中存在一些外来物质时,外来物质便成为水结冰的晶核,于是水分子以晶核为核心,并以一定的排列方式结合成固态的晶格结构。一旦结冰开始之后温度会从过冷温度迅速上升到0℃(结冰时的放热所引起),在结冰过程中保持0℃不变,只有全部水都结成冰之后温度才继续下降。
成核速率和晶体生长速率
接近0℃时晶核的生长速率增加而成核速率很低,因此在0℃保持一段时间将产生数量少而尺寸大的晶体;越过0℃,在较低的温度下冻结时将得到数量多而尺寸小的晶
冰晶的数量和大小
预冻
慢冻
预冻
快冻
预冻
预冻对升华的影响
冰晶的大小也影响干燥速率和干燥后产品的溶解速度和产品质量。大的冰晶利于升华,小的冰晶不利于升华;大的冰晶溶解慢,小的冰晶溶解快;冰晶越小干燥后越能反映产品的原来结构。
冷冻对细胞影响
产品冷冻时首先水开始结冰,冰晶的生长逐步造成溶液的浓缩,即电解质的浓缩,而蛋白质对电解质的浓度是很敏感的,电解质浓度的增加会引起蛋白质的变性,而生命体是由蛋白质组成的,蛋白质的变性会引起生命体的死亡,电解质浓度增加也会引起细胞脱水而死亡
升华
升华
升华动力
饱和蒸汽梯度压由温差决定
冷阱温度与产品温度的关系
冻干箱和冷阱之间的压差没有必要很大,当压差达到升华产品温度所对应的冰的饱和蒸汽压的一半时,升华速率已达到最大值。压差再增加时,升华速率不再增加。
例如升华的产品温度在-30℃, 毫巴, 毫巴, 毫巴对应的温度是-37℃,那末冷阱温度低于-37℃就够了,考虑到冷阱结冰之后的传热温差,冷阱的实际温度还需再低一些。
升华
饱和蒸汽压