從飽和蒸氣壓看凍干的原理
凍干也叫真空冷凍干燥，是在一定的壓力下，物質(zhì)中的水從固體升華成氣體，而逐步干燥的一個過程。凍干發(fā)生的條件物體中的水變成固體狀態(tài)，固體狀態(tài)的水的升華需要熱量，需要能提供熱量，升華出來水蒸氣需要傳質(zhì)到其他物體上面。其中液體狀態(tài)的水變成固體狀態(tài)的冰晶狀態(tài)，也就是物質(zhì)從液體變成被凍結(jié)的固體態(tài)是首要條件。第二部升華，升華能夠發(fā)生需要傳熱和傳質(zhì)的同時發(fā)生。物質(zhì)的升華熱和液體的汽化熱一樣，也是隨溫度升高而減小。升華界面溫度越高，升華越快。而升華是一個吸熱的過程，如果不給物料升溫，物料就會由于升華，而使得本身溫度下降，從而升華的速率就降低，同時隨著本身溫度的降低，當(dāng)達(dá)到與冷阱溫度一致，升華就停止，因此升華過程要給物料提供熱量。這個熱量來自傳導(dǎo)，對流和輻射，所以要給板層升溫（提供傳導(dǎo)熱和輻射熱），或者摻氣，還有來不同界面不同處的溫度不同的傳導(dǎo)。而熱量的傳遞是非常容易的。
在外界供熱的情況下，升華所生成的蒸汽如不及時排除蒸汽分壓就會升高，物料溫度也隨之升高，當(dāng)達(dá)到物料的凍結(jié)點(diǎn)時，物料中的冰晶就會融化，冷凍干燥就無法進(jìn)行，供給熱量的過程是一個傳熱的過程，排除蒸汽的過程是一個傳質(zhì)的過程。這里牽扯到的一個概念就是飽和蒸汽分壓，在密閉條件中，在一定溫度下，與固體或液體處于相平衡的蒸汽所具有的壓力稱為飽和蒸汽壓力。飽和蒸汽壓力又稱蒸汽壓力。同一物質(zhì)在不同溫度下有不同的蒸汽壓力，并隨著溫度的升高而增大。不同液體飽和蒸汽壓力不同，溶劑的飽和蒸汽壓力大于溶液的飽和蒸汽壓力；對于同一物質(zhì)，固態(tài)的飽和蒸汽壓力小于液態(tài)的飽和蒸汽壓力。傳質(zhì)的動力就是容器內(nèi)的飽和水蒸氣分壓的不同，梯度差決定的。也就是在容器內(nèi)的真空其實(shí)是一致的，而蒸汽之所以能夠流動是因?yàn)椴煌幍娘柡驼羝謮旱牟煌怯袦囟炔睿簿褪菈毫Σ畹模@個壓差就是一個傳質(zhì)的動力，一個推動力。干燥的速率與凍干箱和冷凝器之間的水蒸汽壓力差成正比，與水蒸汽流動的阻力成反比。水蒸汽壓力差越大，流動的阻力越小，則干燥的速率越快。水蒸汽的壓力差取決于冷凝器的有效溫度和產(chǎn)品溫度的溫度差。因此要盡可能地降低冷凝器的有效溫度和大限度地提高產(chǎn)品的溫度。因此從這里可以看出冷阱的冷量或者說極限溫度及補(bǔ)冰表面的補(bǔ)冰量與凍干制品的升華溫度之間的溫度差決定了凍干的升華效率，因此凍干成敗的關(guān)鍵或者效率與設(shè)備的選擇有很大關(guān)系。
如果產(chǎn)品的關(guān)鍵溫度很低，那么升華的溫度就比較低，因此選擇凍干機(jī)的時候要選擇冷阱溫度低的，冷阱是否能提供足夠的蒸氣壓差來驅(qū)使水蒸氣分子運(yùn)動，否則水蒸汽分子逐漸累積直到制品失效。如果選擇冷阱溫度梯度很小，并且設(shè)備設(shè)計(jì)氣流導(dǎo)向和阻力方面因素考慮不足，那么會造成研發(fā)的效率成本非常高。
研發(fā)用的凍干機(jī)的選擇，首先考慮的應(yīng)該是研發(fā)效率，也就是快讀的輔料篩選，排除干擾因素，做出來產(chǎn)品和找到合適的凍干曲線，千萬不要因?yàn)樵O(shè)備的投入的時候節(jié)省，而在研發(fā)的過程中投入更多的研發(fā)時間和人力，研發(fā)選擇好的凍干設(shè)備來提高效率才是關(guān)鍵。
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