第十九篇（piān）：關於冷凍幹燥機的選型原則

一、前言

  冷凍幹燥是將含水物（wù）質，預先凍結成固態（tài），而後在真空狀態下使其中的水分從固態升華（huá）成氣態，以除去水分而（ér）保存物質的（de）方法。這種幹燥方法得到的物品，原有（yǒu）的化學、生物特性基本不變，易於長期保（bǎo）存，加水後（hòu）能恢複（fù）到凍幹前的形態，並且能保持其原有的生化特性，是一種優質的幹燥方法。現代冷凍幹燥技術的主要用途（tú）有：離體生物組織的（de）凍幹貯藏；活菌活毒的凍幹（gàn）保存；中草藥、西藥（yào）、生（shēng）物藥品和血液製品的凍幹；方便食品、保健食品、功能食品的凍幹儲運；納米陶瓷材料和各種金屬（shǔ）微粉（fěn）材料的凍（dòng）幹製備。因此，冷（lěng）凍（dòng）幹燥技術已經在化工、食（shí）品、材料、醫藥、生物製品等領（lǐng）域得到廣泛應（yīng）用。真空冷凍幹燥機(簡稱凍幹機)，是（shì）實現冷凍幹燥技術的設備，是一種結構比較複雜（zá）的機（jī）器（qì），它涉及到製冷、真空、熱工、機械（xiè）、流體、電器控製和壓力容器（qì）等領域（yù）的知識。因此，用（yòng）戶采購（gòu）凍幹設備時往往會遇到（dào）不少問題，筆者（zhě）站在用戶的角度，主要（yào）介紹（shào）一些實驗係列凍幹機的選型技術。

  二、實驗係（xì）列凍幹機的分類

  實驗係列凍幹機追求的性能（néng）指（zhǐ）標是體積小、重量輕、功能多、性能穩定、測試（shì）係（xì）統準確（què）度高（gāo），^好是（shì）一機多（duō）用，能適應多種物料的凍幹實驗。實驗係列凍幹機（jī）種類（lèi）的主（zhǔ）要劃分方法有（yǒu）：

  1、從結構上分（fèn）

  l鍾罩型凍幹機：凍幹腔和冷阱為分立的上（shàng）下結構，凍幹腔沒有預（yù）凍功能。該類型的凍幹機在物料預凍結束後轉入幹燥過程時需要人工操作。大部分實驗型凍幹機都為鍾罩型，其結構簡單、造價低。凍幹腔（qiāng）多數使用透明有機玻璃罩，便於觀（guān）察物料的凍幹情況。

  l原位型凍幹機：凍幹腔和冷阱為兩個獨立的腔體，凍（dòng）幹（gàn）腔中的擱板帶製冷功能，物料（liào）置入凍幹腔後，物（wù）料的預凍、幹燥過程無需人工操作。該類型凍幹機的製作工藝複雜，製造成本高，但原位型凍幹機是凍幹機發展方向，是進行凍幹工藝摸索的理想（xiǎng）選擇，特別適（shì）用於醫藥、生物製品及其他（tā）特殊（shū）產品的凍幹。

  a、普通型b、多歧管（guǎn）型c、壓蓋（gài）型

  2、從功能上分

  普通擱板型：物料散裝於物料（liào）盤中，適用於食品、中草藥、粉末材料的凍（dòng）幹。

  帶壓蓋裝置型：適合西林瓶裝物料的幹燥，凍幹準備（bèi）時，按需要將物料分裝在西林瓶中，浮蓋好瓶（píng）蓋後進（jìn）行冷凍幹燥，幹燥結束後操作壓蓋機構（gòu）壓緊瓶蓋，可（kě）避免二次汙染、重新（xīn）吸附水分，易於長期保存。

  多歧管型：在幹（gàn）燥室外部接裝燒瓶，對旋凍在瓶（píng）內壁的物料（liào）進行幹燥（zào），這時燒瓶（píng）作為容器接在幹燥箱外（wài）的歧管（guǎn）上，燒瓶中的（de）物料靠室溫加熱（rè），通過多歧管開關裝置，可按需（xū）要隨時取下或裝上燒瓶，不需要停機。

  帶預凍（dòng）功（gōng）能（néng）型（xíng）：物料預凍過程，冷阱作為預凍腔預凍（dòng）物料，在幹燥過程，冷（lěng）阱為捕水器，捕獲物（wù）料溢出的水分。帶預凍功能的凍幹（gàn）機，冷凍幹燥過程物料的預（yù）凍、幹燥等均在（zài）凍幹機上（shàng）完成，凍幹機使（shǐ）用效率高，節省了低溫冰（bīng）箱的（de）費用。

  三、選購凍幹機時應注重的幾個參數

  1、凍幹麵積

  凍幹機型號中的數字（zì）代表該型號凍幹機的凍幹（gàn）麵積，例如，FD-1A-50型凍幹（gàn）機的凍幹麵積為0.12㎡。用戶應（yīng）根據（jù）自己的需要，通過計（jì）算來確（què）定需（xū）用（yòng）多大凍幹麵積的凍幹（gàn）機。例如每批需凍幹1.2公斤（jīn）(升)液體量的產品,用物料盤裝（zhuāng）載物料，每盤裝載10㎜厚，則可計算得凍幹板層的負荷麵積：

  A(麵積，㎡)=V(體（tǐ）積，m3)/H(高度，m)=0.0012m3/0.01m=0.12㎡

  即需選用板層負（fù）荷麵積為0.12㎡的凍幹機。

  2、冷阱溫度

  冷阱是冷（lěng）凍幹燥過程捕獲水分的裝置，理論上（shàng）講，冷阱溫度越低，冷阱的捕水能（néng）力越強，但冷阱溫度低，對製冷要求高，機（jī）器成本及運轉費用高。實驗係列冷凍幹燥機（jī）的冷阱溫度主要有-50℃左右、-80℃左右等幾（jǐ）個檔次。冷阱溫度為-50℃的凍（dòng）幹適用於一些容易凍幹的產品，冷阱溫度為-80℃的凍幹適用於一些特殊產品的凍幹。冷阱溫度對捕水（shuǐ）能力的影響實驗表明冷阱溫度從-35℃下降（jiàng）到-55℃，捕水能力有提升明顯，冷阱溫度低於-55℃，冷阱的捕（bǔ）水能力提升（shēng）不（bú）明顯。因此，在沒有特殊需求的情況下，選用冷阱溫度-50℃左右是理想的選擇。

  3、降溫速率（lǜ）

  降溫速率體現製冷係（xì）統的製冷能力，在（zài）空載情（qíng）況下,冷阱溫度（dù）應在1小時內達到指標規定的^低溫（wēn）度。例如，冷阱溫度-50℃的凍（dòng）幹機，機器從（cóng）打開製（zhì）冷開始（shǐ）計時，冷阱溫（wēn）度（dù）達到-50℃的時間應不大於1小時。

  4、極限真（zhēn）空度

  極限真空度（dù）體現凍幹機的泄漏情況（kuàng）及真空泵的抽（chōu）氣效率。凍幹箱（xiāng）的真空度，過去的觀點（diǎn）認為真空度是（shì）越高越好，現在（zài）的觀點認為真空度（dù）應（yīng）在一個合理的範圍之內。真空度太高了，不利於傳熱，幹燥（zào）速（sù）度反而下降（jiàng），但無論如何凍幹箱的空載極限（xiàn）真空度應（yīng）達到15Pa以上。

  5、抽真空時間

  凍（dòng）幹箱空載的抽空速度，應在半小時之內從大氣壓（yā）抽到15Pa。

  6、板層溫度均勻性及平（píng）整度：

  板層（céng）溫度的均勻性和（hé）平整度,對產品（pǐn）質（zhì）量的均一性有很大的影響,溫度均勻性（xìng）和平整度越好，則凍（dòng）幹產品質量的均一性也越好。凍幹（gàn）機擱板溫度控（kòng）製有加熱（rè）器（qì）型和中間流體型，采用中間流體（tǐ）控製板層的凍幹機擱板溫度均勻性和平整度好，這種凍幹機板層為空心夾層結構，板層的製冷和加（jiā）熱（rè）均通過中間流體（tǐ）在板層內部的流（liú）體通道循環來（lái）實現（xiàn），因此板層溫度均勻一致（zhì）。四環凍（dòng）幹機中LGJ-50C型冷凍幹（gàn）燥（zào）機就采用擱板中間流體的技術。鍾罩型凍（dòng）幹機的擱板溫度控製基本上都是采用加（jiā）熱器，板層溫度一致性稍差。但總（zǒng）體而言，醫藥用凍幹機板層溫差應控製在1．5℃，板內溫差為l℃，食品凍幹機可適當放（fàng）寬。

  7、控製（zhì）係統

  凍幹機的控製係統類型及功能各異，對於實驗係列的凍幹（gàn）機，主要應（yīng）用（yòng）於物料的凍幹工藝摸索和（hé）少量試生產。因（yīn）此，控製（zhì）係統應可實（shí）時顯（xiǎn）示（shì）凍幹過程參數並自動記錄；設定、修改及（jí）有效地執行凍幹工藝程（chéng）序；具備通訊接口，便於數據采集、保存。