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27
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥設備(六)
凍干機的控制系統是控制工藝參數準確運行,保證凍干工藝過程按時完成的核心部分。常用的控制系統有手動控制、半自動控制、全自動控制、網絡控制和智能控制等。前兩種控制方式已經逐漸被淘汰,現階段國內外生產的凍干機均已實現全自動控制、遠程監控和智能控制。
27
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥設備(五)
被凍結的制品,不論其凍結體為大塊、小塊、顆粒、片狀或其他任何形狀,開始升華時總是在表面上進行的,這時升華的表面積就是凍結體的外表面。在升華進行過程中,水分逐漸逸出,留下不能升華的多孔固體狀的基體,于是升華表面逐漸向內部退縮。在升華表面的外部形成已干層,內部為凍結層。凍結層內部的冰晶是不可能升華的,故升華表面是升華前沿。升華前沿所需供給的熱能,相當于冰晶升華潛熱。不論采用什么熱源,也不論這些熱量以什
27
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥設備(四)
一個完整的真空系統包括真空容器、真空泵、真空儀表、真空閥門和真空管道。凍干箱和捕水器是凍干機真空系統的大容器,真空泵通過抽空閥抽捕水器,再通過主閥抽凍干箱;在真空泵頭和凍干箱及捕水器上均裝有真空測量裝置,以便測量系統的真空。
27
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥設備(三)
凍干箱或稱凍干倉、凍干室,它是凍干機的核心部件。醫藥用凍干機的物料冷凍和干燥都在凍干箱內完成;食品用凍干機的物料預凍后也在凍干箱內完成真空干燥。為完成上述功能,凍干箱內需要有加熱和(或)制冷的擱板,需要有熱或冷液體的導入,有電極引入部件,有觀察窗等部件。還有些凍干機的捕水器也布置在凍干箱內。
27
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥設備(二)
凍干機按用途可以分成食品用凍干機、藥品用凍干機、實驗用凍干機等
27
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥設備(一)
真空冷凍干燥設備簡稱冷干機,它是實現凍干藝術必備的裝置。凍干工藝對凍干機的要求主要有:實用性、安全性、可靠性和先進性。設計和制造凍干機時需要考慮節能、環保、降低成本、維修容易、使用方便。生物制品和醫藥用凍干機所生產的產品價值很高,在凍干過程中一旦出現放障,造成的損失嚴重,因此要求凍干機有很好的可靠性。凍干過程的監控非常重要,為保證凍干產品的質量,測量和控制元件需要有較高的精度。
27
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥傳熱傳質原理(七)
通常流體的擴散滿足Fick定律,固相中的擴散也常常沿襲出流體擴散過程的處理方法。但分形多孔介質中非均勻孔隙的復雜性,若仍沿用傳統方法描述,將與實際情況相差太大。根據文獻可知,若用ρ(r,t)表示擴散概率密度,在d維歐氏空間的一般擴散方程
27
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥傳熱傳質原理(六)
以往的研究大都是研究宏觀參數,如壓力、溫度和物料的宏觀尺寸等對凍干過程熱傳遞的影響,物料微觀結構的影響忽略不計或被簡化,因此,只是對于均質的液態物料和結構單一固態物料比較適用。對于一般生物材料,凍干過程已干層多孔介質實際上不是均勻的,而是具有分形的特點。然而分形多孔介質中的擴散已不再滿足歐式空間的Fick定律,擴散速率較歐式空間減慢了,擴散系數不是常數,與擴散距離還有關。已干層分形特征如何確定,以
27
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥傳熱傳質原理(五)
1979年利亞皮斯(Liapis))和利奇菲爾德(Litchfield)等提出了冷凍干燥過程的升華-解析模型。該模型的思想是把已干層當做多孔介質,利用多孔介質內熱質傳遞理論建立已干層內的熱質傳遞模型。該模型的特點是:簡化條件相對來說比較少,能較好地模擬凍干過程,與實際情況比較接近,但求解較困難,所需物性參數較多。近年來有不少學者在此基礎又做了進一步改進,多數是為了提高藥品的質量和干燥速率而建的模型
27
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥傳熱傳質原理(四)
凍干過程的傳熱傳質應包括干燥過程中物料內水分的固氣相變及物料內的傳熱傳質;被凍干物料外、凍干機內非穩態溫度場和稀薄氣體流動的理論;捕水器內水蒸氣的氣-固相變理論等。目前,就第一部分內容國內外研究的較多,下面主要針對第一部分做一詳細闡述。
27
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥傳熱傳質原理(三)
低溫貯藏是當前有效的保存生物活性的方法,研究冷凍過程熱質傳遞機理的人較多,已深人到微尺度領域。這些人關心的是冷凍過程對生物的活性造成的影響,冷凍對細胞和生命體的破壞作用機理是非常復雜的,目前尚無統一的理論,但一般認為主要是由機械效應和溶質效應引起的。
27
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥傳熱傳質原理(二)
凍干食品時, 冷凍階段通常在冷庫內進行。運用CFD數值模擬理論, 建立合理的冷庫模型,模擬冷庫在瞬態啟動機組預冷、停機除霜及冷庫大門處開關門這三種情況對庫內氣流布置及流場參數(如溫度、濕度、空氣組成等)對冷凍過程的冷量分布、傳熱效率、產品的品質有著極為重要的作用,并可為冷庫的優化設計提供理論基礎。
27
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥傳熱傳質原理(一)
真空冷凍干燥的基本原理是在低溫低壓條件下的傳熱傳質。由于被凍干物料性質、凍干方法和對凍干產品質量要求的不同,描述凍干過程的模型及其解法也不相同。隨著研究的深入,有些問題宏觀傳熱傳質公式不能解決,從而發展了微納尺度的傳熱傳質;有些問題常規傳熱傳質定律已經不能描述,于是出現了超常傳熱傳質。通常情況冷凍真空干燥過程的三大階段冷凍階段,升華干燥階段,解析干燥階段需要分別描述。
27
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥技術概述(四)
凍干加工成本雖然高,但產品的附加值也高。與其他高新技術一樣,隨著凍干技術的發展進步成本會有所降低,同時隨著社會生活水平的提高,人們對高品質干燥產品需求越來越強烈,凍干產品在市場上的潛力巨大,冷凍干燥技術應用會越來越廣泛。
27
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥技術概述(三)
真空冷凍干燥過程主要分為冷凍、升華干燥和解析干燥三個階段。真空冷凍干燥過程的第一步就是預凍結。預凍結是將物料中的自由水固化,使干燥后產品與干燥前有相同的形態,防止抽真空干燥時起泡、濃縮、收縮和溶質移動等不可逆變化產生,減少因溫度下降引起的物質可溶性降低和生命特性的變化。凍結過程關鍵的技術參數是凍結速率、凍結溫度和凍結時間,這些參數不僅影響干燥過程所需時間、能耗,還影響到產品的質量。
26
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥技術概述(二)
真空冷凍干燥(簡稱凍干)是先將濕物料凍結到共晶點溫度以下,使水分變成固態的冰,然后通過抽真空將物料中的水分由固態直接升華為氣態而排出物料之外的一種干燥方法。
26
12 月
四環凍干機—真空冷凍干燥技術概述(一)
真空冷凍干燥(簡稱凍干)是先將濕物料凍結到共晶點溫度以下,使水分變成固態的冰,然后通過抽真空將物料中的水分由固態直接升華為氣態而排出物料之外的一種干燥方法。
26
12 月
機的組成和凍干程序
需要凍干的產品,一般是預先配制成水的溶液或懸濁液,因此它的冰點與水就不相同了,水在0℃時結冰,而海水卻要在低于0℃的溫度才能結冰,因為海水也是多種物質的水溶液。實驗指出,溶液的冰點將低于溶媒的冰點。
26
12 月
四環凍干機—凍干機的組成和凍干程序
凍干機按系統分,由制冷系統、真空系統、加熱系統和控制系統四個主要部分組成。按結構分,由凍干箱或稱干燥箱、冷凝器或稱水汽凝結器、制冷機、真空泵和閥門、電氣控制元件等組成。
26
12 月
四環凍干機—凍干粉針異常現象
在凍干粉針的生產過程中,經常會出現一些異常情況,影響產品質量。生產人員必須從產品的處方設計、生產工藝參數、生產環境的控制、操作員工的衛生情況等多方面進行有效控制,并對生產設備、潔凈區環境、凍干曲線等進行有效驗證,才能有效地避免凍干產品的異常現象,提高產品質量。
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