凍干工藝的四個問題

來源: 凍干工藝  作者: 凍干工藝  Time: 2021-05-09

要理解凍干機，首先要了解凍干工藝的四個問題：
一、什么是凍干？
凍干是在真空狀態下將水從產品中除去，讓冰在不通過液相的情況下直接由固態轉換變為氣態的過程。該過程由三個獨立的，獨特的，相互依賴的過程組成：冷凍（預凍階段）、初級干燥（升華階段）和二次干燥（解吸階段）。
下面是一個凍干曲線的例子:

【凍干原理圖片1】

二、為什么凍干需要真空？
根據水的三相（氣液固）圖，三相點大約位于位于0.01攝氏度/0.61Kpa/4.58Torr位置。

如何看這個圖呢，舉個例子，在密閉環境下放置-20度的冰，抽走空氣，降低氣壓，直到氣壓低于三相圖中的固-氣相變曲線，冰便會通過升華變為水蒸氣散逸出去。升華條件均在610Pa以下的真空條件下進行。

【凍干機原理圖片2】

三、為什么凍干需要冷阱？
冷阱通常是通過冷凍盤管來捕獲升華的水蒸氣，凍結為冰。如果沒有冷阱，單純靠真空泵是維持不了升華真空的。通過冷阱控制升華速率和水蒸氣凝結速率，真空泵抽除大氣中滲漏的水汽及升華出來的不可凝性的氣體。

四、對溫度有什么要求？
預凍階段，溫度低于共晶點，確保凍實；一次升華低于共熔點，確保不融化；實際中會有余量，比參考溫度更低，例如低于共晶點10~15攝氏度。
凍干共晶點：復雜的液體，凍結過程是一個復雜的過程。全部凝結為固體的溫度，為共晶點；預凍時是常壓，需要低于該溫度；
凍干共熔點：固體逐漸升溫，當制品中開始出現融化的溫度點。這個溫度是升華時的安全溫度。一般，共晶點低于共熔點。共晶點和共熔點有的相差不大（例如菠蘿共晶點-22度，共熔點-20度），有的相差較大（例如冬瓜 共晶點-12度，共熔點-7度）。
凍干崩解溫度：已經干燥的產品是疏松多空，保持穩定，這樣下層的冷凍產品升華的水蒸氣能順利通過。當溫度升高到崩解溫度，干燥的產品會失去剛性，變得有粘性，發生類似的崩解現象，封閉了下層水蒸氣逸出的通路，阻礙升華的繼續進行。這時升華速率變慢，板層供熱多余，產品溫度持續上升，當升高到共熔點以上，發生熔化/發泡現象。崩解在外觀上無異常，需要在顯微鏡下觀察。

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