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簡述冷凍幹燥的三個階段

由於生物制品和藥品的凍幹工藝比較復雜,為保證凍幹產品的質量和節能,在生產過程中需要嚴格控制預凍溫度、升華吸熱等,使凍幹過程各階段按照預先制訂的工藝路線工作。

1、保持預凍溫度

在真空冷凍幹燥過程中,需要先對被幹燥的藥品進行預凍,然後在真空狀態下,使水分直接由冰變為氣而使藥品幹燥。在整個升華階段,藥品必須保持在凍結狀態,否則就不能得到性狀良好的產品。在藥品預凍階段,要嚴格控制預凍溫度(通常比藥品的***熔點低幾度)。

如果預凍溫度不夠低,則藥品可能沒有完全凍結,在抽真空升華時會膨脹起泡;若預凍溫度太低,不僅會增加不必要的能量消耗,而且對於某些生物藥品,會降低其凍幹後的成活率。

2、關註升華吸熱

在幹燥升華階段,物料需要吸收熱量(每克冰完全升華成水蒸氣約吸收2.8千焦耳的熱量)。如果不對藥品進行加熱或熱量不足,則在水分在升華時會吸收藥品本身的熱量而使藥品的溫度降低,致使藥品的蒸氣壓降低,於是引起升華速度的降低,整個幹燥的時間就會延長,生產率下降;

如果對藥品加熱過多,藥品的升華速率固然會提高,但在抵消了藥品升華所吸收的熱量之後,多余的熱量會使凍結藥品本身的溫度上升,使藥品可能出現局部甚至全部熔化,引起藥品的幹縮起泡現象,整個幹燥就會失敗。

3、自動化控制

為了獲得良好的凍幹藥品,壹般在凍幹時應根據每種凍幹機的性能和藥品的特點,在經過試驗的基礎上制訂出壹條凍幹曲線,然後控制機器,使凍幹過程各階段的溫度變化符合預先制訂的凍幹曲線。真空冷凍幹燥的生產過程控制可借助於計算機來控制生產系統按照預先設定的凍幹曲線工作。

如計算機對鏈黴素硫酸鹽的凍幹過程控制可分為兩個階段:第壹階段,在低於熔點的溫度下,將水分從冷凍的物料內升華,約有98%~99%的水分均在此時被除去。第二階段,將物料溫度逐漸升到或略高於室溫,經此階段水分可以減少到低於0.5%。

此過程預凍溫度為-40℃左右,時間約兩小時。凍幹藥品的幹燥升華階段,物料溫度約為-30℃~-35℃,絕對壓強約為4~7帕。鏈黴素的最終幹燥溫度可升至40℃,總幹燥時間約18小時。采用計算機自動化控制系統,有助於保證藥品符合質量要求。

擴展資料:

真空冷凍幹燥基本原理:

與其它幹燥方法壹樣,要維持升華幹燥的不斷進行,必須滿足兩個基本條件,即熱量的不斷供給和生成蒸汽的不斷排除。在開始階段,如果物料溫度相對較高,升華所需要的潛熱可取自物料本身的顯熱。

但隨著升華的進行,物料溫度很快就降到與幹燥室蒸汽分壓相平衡的溫度,此時,若沒有外界供熱,升華幹燥便停止進行。在外界供熱的情況下,升華所生成的蒸汽如果不及時排除,蒸汽分壓就會升高,物料溫度也隨之升高,當達到物料的凍結點時,物料中的冰晶就會融化,冷凍幹燥也就無法進行了。

供給熱量的過程是壹個傳熱過程,排除蒸汽的過程是壹個傳質的過程,因此,升華幹燥過程實質上是壹個傳熱、傳質同時進行的過程。

自然界中所發生的任何過程都有驅動力,升華幹燥中的傳熱驅動力為熱源與升華界面之間的溫差,而傳質驅動力為升華界面與蒸汽捕集器(或冷阱)之間的蒸汽分壓差。溫差愈大,傳熱速率愈快;蒸汽分壓差愈大,傳質(即蒸汽排除)速率愈快。

凍幹時,既要保持產品的優良品質,又要取得較快的幹燥速率。升華所需要的潛熱必須由熱源通過外界傳熱過程傳送到被幹燥物料的表面,然後再通過內部傳熱過程傳送到物料內冰升華的實際發生處。所產生的水蒸氣必須通過內部傳質過程到達物料的表面,再通過外部傳質過程轉移到蒸汽捕集器(冷阱)中。

任何壹個過程或幾個過程壹起都可能成為幹燥過程的“瓶頸”,它取決於凍幹設備的設計、操作條件以及被幹燥物料的特征。只有同時提高傳熱、傳質效率,增加單位體積凍幹物料的表面積,才能取得更快的幹燥速率。

水有固態、液態、氣態三種態相。根據熱力學中的相平衡理論,隨壓力的降低,水的冰點變化不大,而沸點卻越來越低,向冰點靠近。

當壓力降到壹定的真空度時,水的沸點和冰點重合,冰就可以不經液態而直接汽化為氣體,這壹過程稱為升華。食品的真空冷凍幹燥,就是在水的三相點以下,即在低溫低壓條件下,使食品中凍結的水分升華而脫去。

百度百科-真空冷凍幹燥

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