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實(shí)驗(yàn)室冷凍干燥機(jī)的工作原理

更新時(shí)間:2024-10-31點(diǎn)擊次數(shù):199


實(shí)驗(yàn)室冷凍干燥機(jī)(也稱為凍干機(jī))是一種用于將濕物料中的水分在低溫下升華去除的設(shè)備。這一過(guò)程不僅能夠保持物料的原有結(jié)構(gòu)和活性,還能延長(zhǎng)其保質(zhì)期。以下是冷凍干燥機(jī)的工作原理及其主要步驟:


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1. 預(yù)凍結(jié)

  • 目的:將物料中的水分完-全凍結(jié),形成固態(tài)冰晶。

  • 過(guò)程:將待干燥的物料放入冷凍干燥機(jī)的冷凍室內(nèi),通過(guò)制冷系統(tǒng)將溫度降至物料的共晶點(diǎn)以下(通常為-40°C至-60°C)。共晶點(diǎn)是指物料中所有成分完-全凍結(jié)的溫度。

  • 作用:預(yù)凍結(jié)可以防止在后續(xù)的升華過(guò)程中形成大的冰晶,從而保持物料的微觀結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。

2. 初級(jí)干燥(升華干燥)

  • 目的:通過(guò)升華過(guò)程將冰直接轉(zhuǎn)化為水蒸氣,去除大部分水分。

  • 過(guò)程:

    • 真空環(huán)境:將冷凍室內(nèi)的壓力降至-極低水平(通常為幾毫巴),以促進(jìn)冰的升華。

    • 加熱:通過(guò)加熱板或輻射加熱等方式,緩慢升高物料的溫度,使冰直接轉(zhuǎn)化為水蒸氣。

    • 冷阱:產(chǎn)生的水蒸氣被冷阱捕獲并凝結(jié)成冰,從而從系統(tǒng)中去除。

  • 作用:這一階段可以去除物料中約90%以上的水分,確保物料的干燥度。

3. 次級(jí)干燥(解吸干燥)

  • 目的:去除物料中剩余的吸附水或結(jié)合水。

  • 過(guò)程:

    • 繼續(xù)加熱:在保持真空狀態(tài)下,進(jìn)一步升高物料的溫度,使吸附在固體表面或孔隙中的水分蒸發(fā)。

    • 延長(zhǎng)干燥時(shí)間:這一階段通常需要較長(zhǎng)的時(shí)間,因?yàn)槭S嗟乃州^難去除。

  • 作用:確保物料達(dá)到所需的最終干燥度,進(jìn)一步提高其穩(wěn)定性。

4. 冷卻與密封

  • 目的:將干燥后的物料冷卻至室溫,并進(jìn)行密封包裝。

  • 過(guò)程:

    • 冷卻:停止加熱,讓物料自然冷卻至室溫。

    • 密封:將干燥后的物料從冷凍干燥機(jī)中取出,并立即進(jìn)行密封包裝,防止重新吸潮。

  • 作用:保持物料的干燥狀態(tài),延長(zhǎng)其保質(zhì)期。

主要部件

  1. 冷凍室:用于預(yù)凍結(jié)和干燥物料。

  2. 冷阱:用于捕獲和凝結(jié)升華產(chǎn)生的水蒸氣。

  3. 真空泵:用于維持冷凍室內(nèi)的真空環(huán)境。

  4. 加熱系統(tǒng):用于在干燥過(guò)程中提供必要的熱量。

  5. 控制系統(tǒng):用于監(jiān)控和調(diào)節(jié)溫度、壓力等參數(shù)。


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