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凍干升華的動(dòng)力

閱讀:1753      發(fā)布時(shí)間:2019-12-25
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凍干機(jī)的工作原理是預(yù)凍成固體形狀,低溫下升華干燥,首先升華能發(fā)生是因?yàn)閮龈上鋬?nèi)的飽和蒸氣壓低于水的(或者溶劑)的三相點(diǎn),位于三相點(diǎn)以下的壓力,低于共熔點(diǎn)溫度下升華,升高溫度,物質(zhì)只能從固體變成氣體,發(fā)生升華,而不發(fā)生融化。

升華是一個(gè)吸熱的過程,如果在升華過程中沒有外界給予熱量的話,升華只能吸收自身的熱量,自身產(chǎn)品溫度降低,降低到一定程度,產(chǎn)品溫度與冷阱溫度一致,升華停止,因?yàn)闆]有溫度差,熱量不能傳遞。因此在升華過程中要給板層加熱,提供傳導(dǎo)熱給予升華界面的升華熱量。這個(gè)熱量不能超過升華熱。

在凍干機(jī)中有兩個(gè)大的密閉容器,一個(gè)是凍干箱,一個(gè)是冷阱,它們由主閥連接,當(dāng)主閥打開時(shí)便成為一個(gè)整體的封閉系統(tǒng)。在干燥階段,凍干箱的板層上放有預(yù)凍好的凍結(jié)產(chǎn)品,制品的升華溫度決定了凍干箱的飽和蒸汽壓。在冷阱中,冷阱的制冷表面溫度決定了冷阱內(nèi)的飽和蒸汽壓。

假設(shè)在干燥過程中,凍干箱的升華溫度在-30℃,冷阱的制冷表面溫度也在-30℃,這時(shí)兩個(gè)容器內(nèi)的飽和蒸汽壓相等,如果打開主閥,則從凍干箱跑到冷阱的水汽與從冷阱跑到凍干箱的水汽相等,即處于平衡狀態(tài)。如果冷阱的溫度降低到-50℃,如果打開主閥,則由于凍干箱的壓力大于冷阱的壓力,凍干箱的水汽將流向冷阱,并在冷阱的制冷表面凝華成冰霜,只要冷阱的制冷表面溫度能維持在-60℃,就能維持冷阱的飽和蒸汽壓低于凍干箱,這是一個(gè)傳質(zhì)的過程,也就是蒸發(fā)出來的水蒸氣傳遞的過程,這個(gè)是升華的動(dòng)力。因此冷阱的溫度必須低于產(chǎn)品升華溫度,從而產(chǎn)生水蒸汽的壓力差,獲得升華的動(dòng)力。

板層加熱,冷阱制冷這是升華過程中的動(dòng)力,除此之外還有真空,通過真空調(diào)節(jié)間接控制升華溫度和傳質(zhì)壓差,也是升華的動(dòng)力。

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