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冻干升华的动力

时间:2019-12-25 点击次数:247

冻干机的工作原理是预冻成固体形状,低温下升华干燥,首先升华能发生是因为冻干箱内的饱和蒸气压低于水的(或者溶剂)的三相点,位于三相点以下的压力,低于共熔点温度下升华,升高温度,物质只能从固体变成气体,发生升华,而不发生融化。

升华是一个吸热的过程,如果在升华过程中没有外界给予热量的话,升华只能吸收自身的热量,自身产品温度降低,降低到一定程度,产品温度与冷阱温度一致,升华停止,因为没有温度差,热量不能传递。因此在升华过程中要给板层加热,提供传导热给予升华界面的升华热量。这个热量不能超过升华热。

在冻干机中有两个大的密闭容器,一个是冻干箱,一个是冷阱,它们由主阀连接,当主阀打开时便成为一个整体的封闭系统。在干燥阶段,冻干箱的板层上放有预冻好的冻结产品,制品的升华温度决定了冻干箱的饱和蒸汽压。在冷阱中,冷阱的制冷表面温度决定了冷阱内的饱和蒸汽压。

假设在干燥过程中,冻干箱的升华温度在-30℃,冷阱的制冷表面温度也在-30℃,这时两个容器内的饱和蒸汽压相等,如果打开主阀,则从冻干箱跑到冷阱的水汽与从冷阱跑到冻干箱的水汽相等,即处于平衡状态。如果冷阱的温度降低到-50℃,如果打开主阀,则由于冻干箱的压力大于冷阱的压力,冻干箱的水汽将流向冷阱,并在冷阱的制冷表面凝华成冰霜,只要冷阱的制冷表面温度能维持在-60℃,就能维持冷阱的饱和蒸汽压低于冻干箱,这是一个传质的过程,也就是蒸发出来的水蒸气传递的过程,这个是升华的动力。因此冷阱的温度必须低于产品升华温度,从而产生水蒸汽的压力差,获得升华的动力。

板层加热,冷阱制冷这是升华过程中的动力,除此之外还有真空,通过真空调节间接控制升华温度和传质压差,也是升华的动力。

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