真空冷冻干燥机所使用的冷冻干燥是一种常用的干燥方法,冻干机作为冷冻干燥工艺的核心设备,已经被广泛应用在制药、生物制品、食品加工等领域。冻干机主要由冻干箱体、搁板、冷凝器、制冷系统、真空系统、气动系统、液压系统、CIP系统、SIP系统、主控系统等组成。
物质在自然界中以气、液、固三种形态存在,其构成大部分是水,水在维持其构造、机能方面起着重要作用,提取出水分或降低水的活动即可降低物质活性。冷冻干燥是将物质先预冻结为固态,然后使其中的水从固态升华为气态,以除去物质95%~99。5%的水分的保存方法。冷冻干燥分为预冻结、升华干燥(第一期干燥)、解吸干燥(第二期干燥)三个过程。
产品中的水分只有在真空状态下才能很快升华,达到干燥的目的。真空泵通过抽空阀抽冷阱,再通过主阀抽冻干箱,使冷阱、冻干箱形成真空,一方面促使冻干箱内的水分在真空状态下蒸发(升华),另一主面该真空系统在冷凝器和冻干箱之间形成一个真空梯度(压力差),使前箱水分升华后被冷凝器捕获。真空系统的真空度应与产品的升华温度和冷凝器的温度相匹配,真空度过高、过低都不利于升华。
冷冻干燥机采用机械式动力制冷,一般采用制冷压缩机作为制冷的动力,也有采用液氮制冷的方式。以制冷压缩机作为制冷动力的冻干机制冷系统由压缩机(螺杆式压缩机或活塞式压缩机)、冷凝器(水冷凝器或风冷凝器)、膨胀阀(热力膨胀阀或电子式膨胀阀)和蒸发器(冷阱或板式换热器)所构成,主要为冻干工艺过程中产品前期预冻结提供冷量,以及为后期冷阱盘管捕集升华水汽的凝华提供冷量。