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真空冷凍干燥機原理及示意圖

TA的每日心情

	奮斗 2024-11-21 08:49

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發表于 2025-5-29 11:31:54 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

真空冷凍干燥機原理詳解及示意圖說明
一、真空冷凍干燥機的關鍵組件
1.凍干箱
核心容器，用于放置待干燥物料，需具備良好密封性及溫度控制能力。
內部設置多層擱板，擱板可制冷至-50℃以下，也可加熱至+80℃，實現預凍與干燥階段切換。
2.真空系統
真空泵：將凍干箱內空氣抽至高真空狀態（極限真空度<10Pa），形成水分子升華所需環境。
真空計：實時監測箱內真空度，確保升華條件穩定。
3.制冷系統
通過壓縮機、冷凝器、膨脹閥等組件，將凍干箱內溫度降至-50℃至-80℃，使物料中水分凍結成冰晶。
4.加熱系統
通過擱板加熱或輻射加熱方式，為升華過程提供能量，控制干燥速率。
冷5.阱
位于凍干箱與真空泵之間，溫度可達-60℃至-80℃，冷凝升華產生的水蒸氣，防止其進入真空泵。
6.控制系統
集成傳感器與執行元件，自動控制溫度、真空度、加熱功率等參數，實現全流程自動化。
二、工作原理及協同過程
真空冷凍干燥通過三個階段實現物料干燥：
1.預凍階段
物料在凍干箱內被快速冷卻至-50℃至-80℃，水分形成細小冰晶，均勻分布于物料內部。
關鍵作用：固定物料結構，避免后續干燥中收縮變形。
2.升華干燥階段（主干燥）
真空泵將凍干箱內壓力降至升華壓力（通常<610Pa），加熱系統啟動，冰晶直接升華為水蒸氣。
關鍵作用：去除物料中90%以上的水分，溫度控制在共晶點以下，避免物料融化。
3.解析干燥階段（次干燥）
加熱系統提高溫度至30℃至50℃，進一步去除結合水，將物料含水率降至1%以下。
關鍵作用：確保物料長期保存穩定性。
三、真空冷凍干燥機示意圖及說明

示意圖說明：
1.凍干箱：核心區域，物料在擱板上完成預凍、升華與解析干燥。冷阱位于箱體側面，冷凝水蒸氣。
2.真空系統：真空泵通過管路將箱內空氣抽出，真空計實時反饋真空度。
3.制冷系統：壓縮機驅動制冷劑循環，通過冷凝器、膨脹閥實現低溫環境。
4.加熱系統：通過擱板或輻射方式提供熱量，控制升華速率。
5.控制系統：集成PLC與傳感器，自動調節溫度、真空度、加熱功率，確保工藝穩定性。
四、關鍵步驟與變化
1.預凍：物料溫度降至-50℃至-80℃，水分形成冰晶，體積膨脹約9%。
2.升華干燥：真空度<610Pa時，冰晶直接升華為水蒸氣，物料溫度維持在共晶點以下，避免融化。
3.解析干燥：溫度升至30℃至50℃，結合水被去除，物料含水率降至1%以下，形成多孔結構。
五、總結
真空冷凍干燥機通過低溫預凍、真空升華與解析干燥三階段，實現物料低溫脫水，最大程度保留活性成分與結構。其核心組件協同工作，確保干燥過程高效、穩定，廣泛應用于制藥、食品、生物工程等領域。