實驗室冷凍干燥機(也稱為凍干機)是一種用于將濕物料中的水分在低溫下升華去除的設備。這一過程不僅能夠保持物料的原有結構和活性,還能延長其保質期。以下是冷凍干燥機的工作原理及其主要步驟:
1. 預凍結
目的:將物料中的水分完-全凍結,形成固態冰晶。
過程:將待干燥的物料放入冷凍干燥機的冷凍室內,通過制冷系統將溫度降至物料的共晶點以下(通常為-40°C至-60°C)。共晶點是指物料中所有成分完-全凍結的溫度。
作用:預凍結可以防止在后續的升華過程中形成大的冰晶,從而保持物料的微觀結構和物理性質。
2. 初級干燥(升華干燥)
目的:通過升華過程將冰直接轉化為水蒸氣,去除大部分水分。
過程:
真空環境:將冷凍室內的壓力降至-極低水平(通常為幾毫巴),以促進冰的升華。
加熱:通過加熱板或輻射加熱等方式,緩慢升高物料的溫度,使冰直接轉化為水蒸氣。
冷阱:產生的水蒸氣被冷阱捕獲并凝結成冰,從而從系統中去除。
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. 次級干燥(解吸干燥)
目的:去除物料中剩余的吸附水或結合水。
過程:
繼續加熱:在保持真空狀態下,進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。
延長干燥時間:這一階段通常需要較長的時間,因為剩余的水分較難去除。
作用:確保物料達到所需的最終干燥度,進一步提高其穩定性。
4. 冷卻與密封
目的:將干燥后的物料冷卻至室溫,并進行密封包裝。
過程:
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中取出,并立即進行密封包裝,防止重新吸潮。
作用:保持物料的干燥狀態,延長其保質期。
主要部件
冷凍室:用于預凍結和干燥物料。
冷阱:用于捕獲和凝結升華產生的水蒸氣。
真空泵:用于維持冷凍室內的真空環境。
加熱系統:用于在干燥過程中提供必要的熱量。
控制系統:用于監控和調節溫度、壓力等參數。
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