冻干基础培训
冻干培训资料精编版
2 开机
工作电脑 开机时，先开总开关，再开 控制器电源开关 关机时，先关控制器电源开 关，再关总电源
总开关
控制器电源
3 进料
进料注意事项 1、装料厚度应为6-12mm 2、料液浓度为10%-30%，溶解完全，保证均一性 3、冻干盘底部应平整，保证受热均匀 4、温度与电阻探针的放置
3 联机操作
来源：药智论坛
冻干曲线的制定
预冻阶段 1、预冻速率 预冻速率的快慢对产品冻结中晶粒的大小、升华的速 率有直接影响。慢冻晶粒大，产品外观粗糙，但是升 华速率快；快冻则反之。 2、预冻温度 一般低于共晶温度5-10℃。 3、预冻时间 达到预冻温度后，一般在此温度下保持1-2小时。
关键概念
共熔温度：固态混合溶液在升温熔化过程中，当达到某一温度时，固 体中开始出现液态此温度称为溶液的共溶点，或称为开始熔化温度， 它是产品升温过程中从固态开始出现液态的最低温度。 塌陷温度：冻干时物料中的冰晶消失，原先为冰晶所占据的空间成为 空穴，因此冻干层呈多孔蜂窝状结构，当蜂窝状结构体的固体基质温 度较高时，其刚性降低，当温度达到某一临界值时，固体基质的刚性 不足以维持蜂窝状结构，空穴的固形物基质壁将发生塌陷，原先蒸汽
冻干机的操作
冻干机基本构造
①配电柜 ②循环泵 ③ 后箱（冷阱） ④前箱 ⑤加热器
冻干机基本构造
⑥真空泵 ⑦压缩机 ⑧前箱视镜 ⑨后箱视镜
冻干机基本构造
冻干机操作流程
1 通知生产保障开通水电气
冻干：循环水、压缩空气 清洗：循环水、压缩空气 注射用水 消毒：循环水、压缩空气 纯蒸汽 化霜：循环水、压缩空气 纯蒸汽
3 联机操作
冻干界面
作
历史曲线
消毒控制界面
化霜控制界面
冻干基础知识
1.升华干燥:升华干燥是将冻结后面的产品置于密闭的真空容器中加热，其冰晶就会升华成水蒸气逸出而使产品脱水干燥。
干燥是从外表开始逐步向内推移的，冰晶升华后残留下的空隙变成，尔后升华水蒸气的逸出通道。
己干燥层和冻结部份的分界面（实际上是一薄层）称为升华界面。
2.升华时的温度限制：崩解温度。
产品升华时受下列几种温度限制：（1）产品冻结部分的温度应低于产品共溶点温度；（2）产品干燥部分的温度必须低于其干燥层表面容许的最高温度（不烧焦或性变）；（3）升华界面的温度应低于制品的崩解温度。
所谓崩解温度是液态制品冻结时形成的浓缩溶质“骨架”结构，因升华界面温度上升到—临界值时，其刚度降低而塌陷，形成—阻止升华水蒸气逸出的阻挡层，升华速率减慢，升华面所需热量减少，此时如不迅速减少加热，降低升华界面的温度，产品就会发生供热过剩而熔化报废。
崩解温度主要由溶液的成分所决定。
过低的崩解温度会延长干燥时间，甚至是设备能力所不能达到的。
这可通过选择合适的添加剂来提高崩解温度。
3.4.需要除去这些水分。
这就是解吸干燥的目的。
第一阶段干燥是将水以冰晶形式除去，因此冻干层的温度和升华界面的压力都必须控制在产品共溶点以下，才不致使冰晶溶化。
但对于吸附水，由于其吸附能量高，如果不给它们提供足够的能量，它们就不可能从吸附中解吸出来。
因此，这一阶段产品的温度应足够地高，只要不超过崩解温度，不烧毁产品和不造成产品过热而变性就可。
同时，为了使解析出来的水蒸汽有足够的推动力逸出产品，必须使产品内外形成较大的蒸汽压差，因此此阶段中箱内必须是高真空。
第二阶段干燥后，产品内残余水分的含量视产品种类和要求而定。
一般在0.5~4%之间。
5.燥箱压力（真空度）对冻干速率的影响影响冻干速率的因素很多，如搁板温度均匀与否，瓶底与搁板间是否接触良好均匀，制品的保护剂配方是否利于水蒸汽的逸出，冰晶的形态大小是否形成良好的水蒸汽逸出通道，产品层的厚度是否恰当,升华界面的温度是否足够地高，向升华界面的供热途径和压内压力（真空度）的高低等均对升华速率产生影响。
冻干机生产使用培训1
冻干机生产使用培训1冻干机生产使用培训1冻干机是一种将物质在低温下冻结并去除水分的设备，被广泛应用于食品工业、制药工业和实验室等领域。
为确保冻干机的正常运行，提高产品质量，降低生产成本，进行冻干机生产使用的培训是非常重要的。
以下是冻干机生产使用培训内容的一些建议。
一、冻干机的工作原理冻干机通过将物质冷冻到低温状态下，在真空环境下，直接蒸发水分，实现物质的干燥过程。
在培训中应通过图文并茂的方式，详细介绍冻干机的工作原理，包括冷冻、真空和蒸发等基本原理。
二、冻干机的结构和主要组成部分冻干机一般由冷冻系统、真空系统、控制系统、加热系统、板式架、料筒和收水器等组成。
在培训中，应对冻干机的结构和每个部分的功能进行详细介绍，让学员对冻干机的构造有一个全面的了解。
三、冻干机的操作流程冻干机的操作流程包括冷冻、真空和蒸发等步骤。
在培训中，应通过示意图和步骤的详细解释，展示冻干机的操作流程。
同时，还应讲解不同物质在冻干机中的最佳操作参数，以及如何根据产品要求调整操作参数。
四、冻干机的维护和保养为了确保冻干机的正常运行和延长使用寿命，对冻干机进行定期的维护和保养是必要的。
培训中应传授维护和保养的知识，包括清洁冻干机、替换易损件、定期检查和保养设备等方面的内容。
五、冻干机的故障排除冻干机在使用过程中可能会出现各种故障，严重影响生产效率。
培训中应重点介绍常见故障和解决方法，如真空泄漏、冷冻系统故障、加热系统故障等，让学员能够及时、准确地排除故障。
六、冻干机的安全操作冻干机在操作过程中需注意安全事项，如正确穿戴个人防护装备、遵守操作规程、正确使用工具等。
培训中应强调冻干机的安全操作，提醒学员遵循安全操作规程，防止事故的发生。
冷冻干燥原理培训课件冻干原理
▪ 6．由于干燥在真空下进行，氧气极少， 因此一些易氧化的物质得到了保护。
▪ 7．干燥能排除95-99%以上的水份，使干 燥后产品能长期保存而不致变质。
三、冻干机的组成
1、冻干机的组成按系统分
▪ 1.1 制冷系统 ▪ 1.2 真空系统 ▪ 1.3 加热系统 ▪ 1.4 控制系统
4、冻干箱内的压强
▪ 4.3 当压强太高时，产品内冰的升华速率减慢， 产品吸热量将减少。于是产品自身的温度上升， 当高于共熔点温度时，产品将发生熔化，造成冻 干失败。
▪ 4.4 冻干箱的合适压强一般认为是在10-30Pa之 间，在这个压强范围内，既利于热量的传递又利 于升华的进行。超过30Pa时，产品可能熔化， 此时将发出真空报警信号，切断对产品的加热， 甚至启动冷冻机对冻干箱进行降温，以保护产品 不致发生熔化。
4、冻干箱内的压强
▪ 4.1 冷冻干燥时冻干箱内的压强，过去认为是越 低越好，现在则认为不是越低越好，而是要控制 在一定的范围之内。
▪ 4.2 压强低当然有利于产品内冰的升华。但由于 压强太低时对热传递不利，产品不易获得热量， 升华速率反而降低。实验表明：在冻干箱的压强 低于10Pa时，气体的对流传热小到可以忽略不 计；而压强大于10Pa时，气体的对流传热就明 显增加。在同样的板层温度下，压强高于10Pa 时，产品容易获得热量，因而升华速率增加。
▪ 冷凝器的功用是把冻干箱内产品升华 出来的水蒸气冻结吸附在其金属表面 上。
四、共溶点及其测量方法
1.共熔点的概念
▪ 制品内的各种组份全部冻结成固体的 温度即为共熔点。
2、共熔点的意义
▪ 由于冷冻干燥是在真空状态下进行。只有 制品全部冻结后才能在真空下进行升华， 否则有部分液体存在时，在真空下不仅会 迅速蒸发，造成液体的浓缩使冻干制品的 体积缩小；而且溶解在水中的气体在真空 下会迅速冒出来，造成象液体沸腾的样子， 使冻干产品鼓泡，甚至冒出瓶外。
冻干机生产使用培训
• 玻璃化转变温度：
• 当温度降低时，液态转变为固态，有两种不同状态-晶态和非晶态，在非晶态 固体材料中，原子、离子或分子的排列是无规则的，因为人们已习惯将融化物质 在冷却过程中不发生结晶的无机物称为玻璃，所以后来逐渐的将其他非晶态均称 为玻璃态。由于在药品冻干中要求更加严格，希望药品在冻干过程处于玻璃化温 度以下，但这里玻璃化转变温度不是指完全的玻璃化，因为完全的玻璃化是指整 个样品都形成了玻璃态，实现完全玻璃化要求极高的地降温速率，几乎是不可能 的。冻干过程呢个的玻璃化温度指最大冻结浓缩液的玻璃化转变温度。因为在冻 结过程中随着冰晶的析出，剩余溶液的浓度逐渐增加，当达到一定浓度时，剩余 的水分不再结晶，此时的溶液达到最大冻结浓缩状态，对应得温度称为最大冻结 浓缩液的玻璃化转变温度。
冻干理论知识
冷冻干燥的优点
和通常的干燥方法如晒干、烘干、煮干、喷雾干燥相比， 有以下优点： • 它是在低温下干燥，不使蛋白质产生变性，使微生物 之类失去生物活力。 • 由于是低温干燥，使物质中的挥发性成分和受热变性 的营养成分和芳香成分损失很小。 • 在低温干燥过程中，微生物的生长和酶的作用几乎无 法进行，能最好的保持物质原来的性状。 • 干燥后体积、形状基本不变，复水性好。 • 因一般系真空下干燥，氧气极少，使易氧化的物质得 到了保护。 • 能除区物质中95-99.5%的水分，制品的保存期长。
冻干理论知识
水和溶液的性质
物质有固、液、汽三态。物质的状态与 其温度和压力有关，如图所示，水 （ H2O ）的状态平衡图。图中 OA 、 OB 、 OC三条曲线分别表示冰和水、水和水蒸 气、冰和水蒸气两相共存时其压力和温 度之间的关系，分别称为溶化线、沸腾 线和升华线。此三条曲线将图面分成Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ三个区域，分别称为固相区、液 相区、和气相区。箭头 1 、 2 、 3 分别表 示冰溶化成水，水汽化成水蒸汽和冰升 华成水蒸汽的过程，曲线OB的顶端有一 点K，其温度为374℃，称为临界点。若 水蒸汽的温度高于其临界温度 374℃时， 无论怎样加大压力，水蒸汽也不能变成 水。三曲线的交点O,为固、液、汽三相 共存的状态，称为三相点，其温度为 0.01℃，压力为 610Pa 。在三相点以下， 不存在液相。若将冰面的压力保持低于 610Pa ，且给冰加热，冰就会不经液相 直接变成气相，这一过程称为升华。
冻干机生产使用培训
性能：螺杆式压缩机相比活塞式压缩机具有工作效率高，良好的运行方式，性能良好等优点。
制冷系统的组成-压缩机
定义：一种物质能从一种物质吸收热量，然后传递给另一种物质，，在传递过程中只发生物理变化，这种物质称为制冷剂。
常用制冷剂：氟利昂11、12、13、22，以及氨制冷剂，混合制冷剂等。
冻干理论知识
溶液的冷冻干燥过程 产品升华时受以下几个温度限制； 产品冻结部分的温度应低于产品共溶点的温度 产品干燥部分的温度要低于其崩解温度或容许的最高温度（不烧焦或性变）。 最高搁板温度。冻干所需的热量由以下几种途径得到，固体的传导，辐射，气体的对流。 三、解析干燥（二次干燥） 第一阶段干燥是将水以冰晶的形式除去，因此其温度和压力都必须控制在产品共溶点以下，才不使冰晶溶化。 对于吸附水，由于其吸附能量高，如果不提供足够的能量，水就不可能从吸附中解析出来，为了使解析出来的水蒸气有足够的推动力逸出产品，必须使产品内外形成较大的蒸汽压差，所以箱体内要保持高真空。 第二阶段干燥后，产品残余水分的含量一般可以控制在0.4%-4%之间。
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冻干过程的几个关键概念
冻干理论知识
冻干理论知识
冻干过程的几个关键概念 塌陷温度 冻干时物料中的冰晶消失，原先为冰晶所占据的空间成为空穴，因此冻干层呈多孔蜂窝状海绵体结构，此结构与温度有关，当蜂窝状结构体的固体基质温度较高时，其刚性降低，当温度达到某一临界值时，固体基质的刚性不足以维持蜂窝状结构，空穴的固形物基质壁将发生塌陷，原先蒸汽扩散的通道被封闭，此临界温度称为冻干物料的崩溃温度或塌陷温度。 玻璃化转变温度： 当温度降低时，液态转变为固态，有两种不同状态-晶态和非晶态，在非晶态固体材料中，原子、离子或分子的排列是无规则的，因为人们已习惯将融化物质在冷却过程中不发生结晶的无机物称为玻璃，所以后来逐渐的将其他非晶态均称为玻璃态。由于在药品冻干中要求更加严格，希望药品在冻干过程处于玻璃化温度以下，但这里玻璃化转变温度不是指完全的玻璃化，因为完全的玻璃化是指整个样品都形成了玻璃态，实现完全玻璃化要求极高的地降温速率，几乎是不可能的。冻干过程呢个的玻璃化温度指最大冻结浓缩液的玻璃化转变温度。因为在冻结过程中随着冰晶的析出，剩余溶液的浓度逐渐增加，当达到一定浓度时，剩余的水分不再结晶，此时的溶液达到最大冻结浓缩状态，对应得温度称为最大冻结浓缩液的玻璃化转变温度。
冻干理论知识
冻干曲线的制定
冻干曲线是表示冻干过程中产品的温度、压力随时间而变化的曲线。 冻干曲线的形状与产品的性能、装量的多少、分装容器的种类、设 备条件等许多因素有关。 制定冻干曲线，主要确定以下参数： a、预冻速率
预冻速率的快慢，对产品中晶粒的大小、活菌的存活率和升华速率有直接影响。慢冻 晶粒大，产品外观粗糙，不易损伤活菌，但升华速率快。速冻晶粒小，产品外观细腻， 升华速率慢。 b、预冻温度 制品温度应低于其共溶点5-10℃。 c、预冻时间 预冻所需时间要根据不同的具体条件而定，总的原则是应使产品各部分完全冻牢。 在制品温度降到预定的最低温度后，还需在此温度下保持1-2h，才能进行升华。 d、冷凝器降温时间和温度 冷凝器温度的高低，应根据制品升华的温度而定。升华温度低，相应要求冷凝器的温 度也低。升华的最佳速率是在产品升华温度的饱和蒸汽压力的二分之一左右。
➢ 微生物和藻类方面 如：各种细菌、酵母、酵素、原生动物、微细藻类的长期保存等 ；
➢ 制作用于光学显微镜、电子扫描和透射显微镜的小组织片。 ➢ 食品的干燥
如：咖啡、茶叶、水果、蔬菜、方便食品；高级营养品及中草药方面 如：蜂王浆、蜂蜜、花粉、中草药制剂等； ➢ 超细微粉的制备 如：己有用冷冻干燥法制取AI2O3，Zro2；TiO2，Ba2Cu3O7-8，Ba2 Ti9O10，等超微细 粉的报导。 ➢ 其他领域的应用 如：化工、以及在宇航、军队、登山、 航海、探险、 潮湿的木制文物、淹坏的书籍稿件等用冻干法干燥，能最大限度地保 持原状。
➢ 共溶温度 ➢ 固态混合溶液在升温融化过程中，当达到某一温度时，固体中开始出现液态此温度称
为溶液的共溶点，或称开始溶化温度。它是产品升温过程中从固态开始出现液态的最 低温度。在一次干燥中物料冻结层温度一定要低于共溶点。
冻干培训资料
扩散的通道被封闭，此临界温度称为冻干物料的塌陷温度。
冻干流程
冻干溶液
预冻
一次干燥
解析干燥
干燥品
预冻 通过降温，将溶液完全冻结成固态。 一次干燥 真空状态下，给物料加热，冰晶直接升华为水蒸气逸出，从而使物 料脱水干燥。此次干燥主要是除去物料中的自由水。 解析干燥（二次干燥） 真空状态下，采用更高温度给物料加热，使冰晶升华为水蒸气逸出， 从而使物料脱水干燥。主要除去物料中的结合水（吸附水）。
来源：药智论坛
冻干曲线的制定
预冻阶段 1、预冻速率 预冻速率的快慢对产品冻结中晶粒的大小、升华的速 率有直接影响。慢冻晶粒大，产品外观粗糙，但是升 华速率快；快冻则反之。 2、预冻温度 一般低于共晶温度5-10℃。 3、预冻时间 达到预冻温度后，一般在此温度下保持1-2小时。
冻干机的操作
冻干机基本构造
①配电柜 ②循环泵 ③ 后箱（冷阱） ④前箱 ⑤加热器
冻干机基本构造
⑥真空泵 ⑦压缩机 ⑧前箱视镜 ⑨后箱视镜
冻干机基本构造
冻干机操作流程
1 通知生产保障开通水电气
冻干：循环水、压缩空气 清洗：循环水、压缩空气 注射用水 消毒：循环水、压缩空气 纯蒸汽 化霜：循环水、压缩空气 纯蒸汽
3 联机操作
冻干界面
冻干界面
来源：药智论坛
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3 联机操作
历史曲线
消毒控制界面
化霜控制界面
清洗控制界面
注意事项
注意事项
化霜和消毒时，必须关闭阀门1和阀门4 用夹套降温时，关闭阀门1与阀门4，开启阀 门2 停机或者冻干时，应开启阀门1与阀门4 使用水环泵时，须开启阀门3
解析干燥
03-冻干工艺培训教材第一章、前言
第一章前言一、国内、外真空冷冻干燥技术的发展1、国外真空冷冻干燥技术的发展历程及现状冷冻干燥技术是指将水溶液在低温下冻结，而后在真空状态下将其中的水分不经过液体状态而直接升华，这样干燥后的物质，其物理、化学和形状基本不变，有效成分损失小，复水性好，密封保存周期长。
冷冻干燥能很好的保存食物早就为人们所知，古代北欧的海盗利用干寒空气的自然条件来干燥和保存食物，就是其中一例。
但是，将冷冻干燥作为科学技术，还是近百年来的事。
1890年阿特曼（Altmann）改变过去制作标本的方法，采用冷冻干燥的方法成功冻干保存了各种器官和组织，他的工作确立了生物标本系统的冻干程序，这是冻干在制作生物标本中的最早应用。
1909年谢盖尔（Shackell）将冻干引入细菌学和血清学领域。
他采用盐冰预冻，在真空状态下，用硫酸作吸水剂，对补体、抗毒素、狂犬病毒等进行冻干，其设备虽十分简陋，但却是后世先进冻干机的雏形。
1912年卡瑞尔（Carrel）首先提出用冻干技术为外科移植保存组织。
1935年第一台商业用冻干机问世，1940年冻干人血浆开始投入市场。
第二次世界大战中，由于冻干人血浆和青霉素的大量需求，推动了冻干在医药、血液制品等方面的应用和迅速发展。
战后，冻干法又迅速扩展到各种疫苗、药品等领域。
1930年弗洛斯道夫进行了食品冻干的试验，1949年他在著作中展望了冻干在食品中和其他疏松材料方面应用的前景。
二次世界大战后，英国食品部在阿伯丁的试验工厂也进行了食品冻干的研究。
他们在综合了当时一些研究成果的基础上，于1961年公布了试验成果，证明冻干法用于食品加工是一种能获得优质食品的方法。
随后在美、日、英、加等国相继建立起冻干食品的工厂，到1965年全球已有食品冻干厂50多家。
现在冻干食品除在宇宙航行、军队、登山、航海、探险等特殊场合受到欢迎外，在一般的民用食品中也确立了稳固的地位。
目前，世界上已有较大规模的真空冷冻干燥食品企业130多家.真空冻干食品也在欧美日等国市场迅速流行。
冻干基础培训
冻干工艺流程
现代制药用冻干的工艺流程如下：首先对冻干箱进行清洗， 接着是灭菌，灭菌之后做漏率检测，系统的漏率检测，证 明系统真空良好，产品才能进箱。
第五页，共25页。
冻干产品的特点
▪ 由于在低温下进行干燥，物质中的热敏成分，例如蛋白质、 微生物和其他生物活性成分能得到保护。
▪ 由于在低温下进行干燥，物质中的一些易挥发性成分损 失较少。
▪ 由于在低温下进行干燥，微生物的生长和酶的作用几乎停止进 行，因此物质最大限度地保持了原来的性状。
▪ 由于干燥是在真空贫氧状态下进行的，物质中的一些易氧 化的成分破坏减少。
▪ 由于是升华干燥，水分升华后，物质剩留在冻结时的冰架 之中，干燥后体积几乎不变、呈疏松多孔的海绵状，内表 面积大，加水后溶解迅速而完全，几乎立即恢复原来的状 态。
第二十三页，共25页。
在位清洗、灭菌系统
在位清洗（CIP）系统由增压泵 和安装在冻干箱和冷凝室内的一 系列管道和喷嘴组成，
作用是完成对冻干箱，板层和冷凝 室的自动清洗。在位灭菌（SIP） 系统用于冻干箱、冷凝室和过滤器 的灭菌之用，为了清洗灭菌之后的 干燥需要配备水环泵，冻干机还要 有冷却夹套。冻干箱的箱门应有锁 紧装置。
量达到标准时，二次干燥即可结束，冻干周期完成 (含水量是 否达到标准，可通过压力升高试验来确定) 。
第八页，共25页。
冻干过程
▪ 卸料unloading ：压力升高试验合格后，
冻干机将产品在冻干箱内全压塞，等待出 箱人员出料。
▪ 除霜DF：用纯蒸汽融化冷凝器的冰 ▪ 清洗CIP：由注射用水增压泵和安装在冻
▪ 初次干燥PD ：处于共晶点以下的产品，其水份在真空 作用下大量升华，板层向产品提供能量（即电加热对 板层进行加热），同时箱内要保持适当的真空度，冷 凝器将升华出的水份凝结（捕冰）。
冻干培训60页
预冻温度（过冷）
标准降温曲线
预 共冻溶温点度 ）（电阻法测溶液共晶
玻璃化转变温度：
玻璃化转变温度是指非晶态脉间区从冻结 的固态转化为高弹的橡胶状态的温度。
玻璃化转变温度（溶液状态图）
冻结溶解曲线 玻璃化转变曲线
-随着溶度的增高冻结 温度降低，玻璃化转变 温度升高，此时形成玻 璃态会更容易（如蔗糖 溶液）
冷冻干燥定义
冷冻干燥是一个是稳定化的物质干燥 过程，在该过程中，溶剂先结晶，在 产品中形成一定的结构，然后靠升华 和解吸附作用将溶剂的量减少至不足 以维持生物生长和化学反应的程度。
基本原理
冷冻干燥优点
特点 最终产品含水量少
优点 重量轻,便于运输 便于长期保存
过程处于低温低压环境
保留原有性质
会影响对流传热。
T
P
温度（℃）
压力（Pa）
T 温度（℃)
P 压力（Pa）
60
19870
0
610
50
12663
-5
412
45
9560
-10
259
40
7350
-15
186
35
5610
-20
103
30
4230
-25
60.6
25
3170
-30
38.0
20
2330
-40
12.9
15
1700
-50
3.99
10
1220
药品冷冻干燥工艺介绍
内容介绍
冷冻干燥工艺
冷冻干燥
冷冻干燥是一个跨越了三相 的物理变化过程.即将药液凝 结成固态,然后通过减压升温 使溶剂变为气态被转移走.
冷冻干燥基础知识培训
第四部分：冻干机的组成部分
第四部分：冻干机的组成部分
• 第二节：冷阱
• 1、冷阱的功能
冷阱的功能是吸附水蒸汽，1 克冰在0.1 Torr 时会产生10000 升水汽，因此冻干箱内大 量的水分将产生巨大数量的水汽，这些水汽无法用普通真空泵来排除；而冷阱内部巨 大的制冷金属表面把水蒸汽凝华成冰霜，达到了去除水蒸汽的作用；从这个意义上讲 ，冷阱是排除水蒸汽的真空泵，而普通真空泵是排除空气的真空泵。冷阱的工作原理 是物理吸附法，即水蒸汽遇到低于0℃的物体时，会在该物体表面凝结成冰霜，于是 气态变成固态，达到了排除气体的作用。
干燥（第二阶段干燥）在预冻结束之前要使冷阱降温到-40℃以下的低温，然后启 动真空泵，抽空冷阱和冻干箱，当冻干箱的真空达到设定值后升华开始，对产品 进行加热，升华结束之后，提高产品温点进入解吸干燥阶段，直至产品达到合格 的残余水分含量之后干燥结束。
第二部分：冻干过程
• 产品干燥结束之后，根据要求进行
冻干过程中要对冻干机的板层进行温 度和箱体的真空控制，通常把板层温 度和时间之间的关系曲线、冻干箱的 真空与时间之间的关系叫做冻干曲线。 除了冻干曲线外，还要在不同的时候 接通和断开某一设备的运转，这就是 设备的运行时序。把冻干曲线和设备 运行时序加起来就组成了冻干程序。
第三部分：冻干曲线和冻干程序
第三部分：冻干曲线和冻干程序
• 冻干曲线的调整
冻干良好的产品应该有良好的物理形态，外观无缺损，表面平整，体 积与冻结时基本相等，颜色均与一致，内部疏松多孔，复水迅速而完 全，残余水分合格
如果按照某一冻干曲线冻出的产品全部合格，冻干时间也合适，那么 该冻干曲线是成熟的曲线。如果干燥后的产品不理想，某些项目不合 格，那么要对冻干曲线作适当的调整。（常见问题分析）
冷冻干燥原理培训课件(冻干原理)解析
▪ 真空系统对于产品的升华干燥是必不 可少的。
1.3 加热系统
▪ 加热系统对于不同的冻干机有不同的 加热方式。有的是利用直接电加热法； 有的则利用中间介质来进行加热，由 一台循环泵泵使中间介质不断循环。
▪ 加热系统的作用是对冻干箱内的产品 进行加热，以使产品内的水份不断升 华，并达到规定的残余水份要求。
1.4 控制系统
▪ 控制系统由各种控制开关，指示调节 仪表及一些自动装置等组成，它可以 较为简单，也可以很复杂。一般自动 化程度较高的冻干机则控制系统较为 复杂。
▪ 控制系统的功用是对冻干机进行手动 或自动控制，操纵机器正常运转，以 冻干出合乎要求的产品来。
2、冻干机的组成按结构分
▪ 由冻干箱或称干燥箱、冷凝器或称水 汽凝集器、冷冻机、真空泵和阀门、 电气控制元件等组成。
▪ 冷凝器的功用是把冻干箱内产品升华 出来的水蒸气冻结吸附在其金属表面 上。
四、共溶点及其测量方法
1.共熔点的概念
▪ 制品内的各种组份全部冻结成固体的 温度即为共熔点。
2、共熔点的意义
▪ 由于冷冻干燥是在真空状态下进行。只有 制品全部冻结后才能在真空下进行升华， 否则有部分液体存在时，在真空下不仅会 迅速蒸发，造成液体的浓缩使冻干制品的 体积缩小；而且溶解在水中的气体在真空 下会迅速冒出来，造成象液体沸腾的样子， 使冻干产品鼓泡，甚至冒出瓶外。
2.1 冻干箱
▪ 冻干箱是一个能够致冷到-40℃左右， 能够加热到+50℃左右的高低温箱， 也是一个能抽成真空的密闭容器。
▪ 它是冻干机的主要部分，需要冻干的 产品就放在箱内分层的金属板层上， 对产品进行冷冻，并在真空下加温， 使产品内的水份升华而干燥。
冻干技术培训
可以通过以下现象判断第一阶段干燥结束： • a.干燥层和冻结层的交界面到达瓶底并消失。 b.产品温度上升到接近产品共溶点的温度。 c.冻干箱的压力和冷凝器的压力接近，且两者间 压力差维持不变 d.当关闭干燥室与冷凝器之间的阀门时，压强上 升速率与渗漏相压器近（需预先检查渗漏的速率）。 e.当在多歧管上干燥时，容器表面上的冰或水珠 消失，其温度达到环境温度。 • 通常在此基础上还要延长30分钟到1小时的时间再 转到第二步干燥，以保证没有残留的冰。
• 2、 预冻的过程： 水溶液温度降到一定时，根据溶液共晶浓度，浓度淡 溶液里开始结冰，这个温度就叫结冰点。一般来说结冰 点受浓度的支配与浓度一起下降。溶液温度低于结冰点 时，溶液中的一部分会结晶析出，剩下的溶液浓度将会 上升，就这样结冰点下降，接着继续冷却，冰结晶随着 冷却而增加，剩下的溶液浓度随之而增大。可是温度降 到某一点时剩下的溶液就全部冻结，这时的冻结物里混 杂着冰晶体，这时的温度就是共晶点。 溶液需过冷到冰点以后，其内产生晶核以后，自由水 才会开始以冰的形式结晶，同时放出结晶热使其温度上 升到冰点，随着晶体的生长，溶液浓度的增加，当浓度 达到共晶浓度，温度下降到共晶点以下时，溶液就会全 部冻结。
• 二、冷冻干燥技术与其它干燥技术的优点： • （1）它是在低温下干燥，不使蛋白质、微生物之类产生 变性或失去生物活力。这对于那些热敏性物质，如疫苗、 菌类、毒种、血液制品等的干燥保存特别适用。 • （2）由于是低温干燥，使物质中的挥发性成分和受热变 性的营养成分损失很小，是化学制品、药品和食品的优质 干燥方法。 • （3）在低温干燥过程中，微生物的生长和酶的作用几乎 无法进行，能最好地保持物质原来的性状。 • （4）干燥后体积、形状基本不变，物质呈海棉状，无干 缩；复水时，与水的接触面大，能迅速还原成原来的性状。 • （5）因系真空下干燥，氧气极少，使易氧化的物质得到 了保护。 • （6）能除去物质中95～99%的水分，制品的保存期长。 • 总之，冷冻干燥是一种优质的干燥方法。但是它需要比较 昂贵的专用设备，干燥过程中的耗能较大，因此加工成本 高，
04-冻干工艺培训教材第二章、真空冷冻干燥原理
04-冻干工艺培训教材第二章、真空冷冻干燥原理第一节冷冻干燥的原理一、冻干的概念、目的及应用冷冻干燥确实是把含有大量水分的物质，预先进行降温冻结成固体。
然后在真空的条件下使水蒸汽直截了当从固体中升华出来，而物质本身留在冻结的冰架子中，从而使得干燥制品不失原有的固体骨架结构，保持物料原有的形状,且制品复水性极好。
利用冷冻干燥目的是为了贮存潮湿的物质，通常是含有微生物组织的水溶液，或不含微生物组织的水溶液。
产品在冻结之后置于一个低水气压下，这时包含冰的升华，直截了当由固态在不发生熔化的情形下变成汽态。
与其他干燥方式相比幸免了化学、物理和酶的变化，从而确保了制品物性在储存时不易改变。
实际需要的低水汽压是靠真空的状况下达到的。
真空冷冻干燥技术要紧应用于：热稳固性差的生物制品，生化类制品，血液制品，基因工程类制品等药物冻干；为保持生物组织结构和活性，外科手术用的皮层、骨骼、角膜、心瓣膜等生物组织的处理；以保持食物色、香、味和营养成分以及能迅速复水的咖啡、调料、肉类、海产品、果蔬的冻干；在微胶囊制备、药品控释材料等方面的应用。
以保持生鲜物质不变性的人参、蜂皇浆、龟鳖等保健品及中草药制剂的加工；超微细粉末功能材料如：光导纤维、超导材料、微波介质材料、磁粉以及能加速反应工程的催化剂的处理等。
二、冷冻干燥的原理及优点1、水的状态平稳图物质有固、液、汽三态，物质的状态与其温度和压力有关。
图1-1示出水（H2O）的状态平稳图。
图中OA、OB、OC三条曲线分别表示冰和水、水和水蒸汽、冰和水蒸汽两相共存时其压力和温度之间的关系。
分别称为溶化线、沸腾线和升华线。
此三条曲线将图面分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，分别称为固相区、液相区和气相区。
箭头1、2、3分别表示冰溶化成水，水汽化成水蒸汽和冰升华成水蒸汽的过程。
曲线OB的顶端有一点K，其温度为374℃，称为临界点。
若水蒸汽的温度高于其临界温度374℃时，不管如何样加大压力，水蒸汽也不能变成水。
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冻干应用
食品（起源） 药品
冻干过程
进料loading ：先将板层降到产品进箱时所需要的温 度，等待进箱。 预冻freeze ：产品放入冻干箱内，制冷系统对板层进 行制冷，板层向产品吸收热量，从而对产品进行冻结， 即产品从液态转化为固态。 初次干燥PD ：处于共晶点以下的产品，其水份在真 空作用下大量升华，板层向产品提供能量（即电加热 对板层进行加热），同时箱内要保持适当的真空度， 冷凝器将升华出的水份凝结（捕冰）。 二次干燥SD ：产品的水份在初次干燥阶段大部分升 华后，为了除去产品中的残留水份，以延长其保存性。 其特性是产品温度提高，箱内真空度升高，冷凝器温 度下降。当产品的含水量达到标准时，二次干燥即可 结束，冻干周期完成 (含水量是否达到标准，可通过 压力升高试验来确定) 。
什么是冻干
水的三态：液态，固态，气态
冻干：由固态变气态。冰在真空下汽化
冻干工艺流程
冻干过程实际上是产品中水的物态变化过程，同时也是 水的转移过程，水的转移也可称质的传递过程。在预冻 阶段水由液态变为固态，它是一个放热过程，放出的热 量由冷冻机带走。在升华阶段水由固态直接变成汽态， 它是一个吸热过程，由电加热器提供热量。升华出来的 水蒸汽从冻干箱流向冷阱，这是质的传递过程，水分发 生了转移，从产品内部转移到冷阱的表面，这就是干燥 过程，水蒸汽在冷阱表面凝结成冰霜，水由气态变成了 固态，这是一个放热过程，放出的热量由冷冻机带走。 冻干结束后，冷阱进行化霜，由固态变成液态，这是一 个吸热过程，由除霜水或蒸汽提供热量。
制冷系统组成
压缩机：“心脏”，压缩和输送制冷剂蒸汽；
节流阀：膨胀阀节流降压，并调冷量）从而制冷； 冷凝器：输出热量。
真空系统
真空系统由真空泵， 真空容器，真空阀门， 真空管道和真空仪表 组成。它的功能是使 冻干箱和冷阱形成产 品升华所需要的真空 度。
液压气动系统
液压系统由液压站和液压缸 等组成，用作小瓶的箱内压 塞和蘑菇阀的开闭或门锁机 构，还用作产品的进箱和出 箱，另外液压系统还配合冻 干箱在清洗时作板层的升降 运动，以使清洗更彻底；气 动系统由气动二联件，管路， 气动换向阀及气动阀门组成， 用作各种气动阀门的开闭和 门锁机构等。
在位清洗、灭菌系统
冻干基础知识
冻干原理 冻干机
培训人：周国林
2015.9.23
冻干原理
1、什么是冻干 2、冻干特点 3、冻干应用 4、冻干过程
什么是冻干
冷冻干燥：也叫升华干燥简称冻干。是 把灌装半加塞后的药液预先降温冻结成 固体，然后在真空状态下，利用冰的升 华特性使水分直接从固体变成水蒸汽而 除去制品中水分的工艺过程。
冻干过程
预 冻
初次干燥
二次干燥
全压塞
小瓶在板层上的放置
冻干机
冻干箱 冷凝室 制冷系统 真空系统 硅油循环系统 电气控制系统 液压气动系统 在位清洗、灭菌系统
冻干机全貌图
冻干箱
冻干箱是冻干机上一个最大 的容器，是进行产品预冻和 干燥的地方，在冻干箱内安 装有一套能制冷和加热的板 层，产品就放置在板层上进 行预冻和干燥。冻干箱还是 一个可以抽成真空的容器， 以使产品在真空下进行升华 干燥。冻干箱开有许多接口， 以完成各种功能。
冻干箱板层的构造
冷凝室
冷凝室是冻干机上第二 个大容器，它与冻干箱 一样是真空容器。它的 内部装有许多可制冷的 金属表面，一般是盘管， 用于吸附产品中升华出 来的水蒸汽，所以冷凝 室是冻干机抽除水蒸汽 的真空泵。冷凝室也有 许多接口，以完成各种 功能。
制冷系统
制冷系统通常由单 机双级压缩水冷式 机组组成，一般是 双作用式，即既能 通过板式换热器制 冷冻干箱的板层， 又能直接对冷凝室 制冷，使冻干箱和 冷凝室获得必要的 低温。
真空系统旋片式真空泵的工作原理图
硅油循环系统
硅油循环系统主要 由循环泵，电加热 器和板式换热器组 成，通过间接制冷 和加热实现对冻干 箱内板层的温度控 制。
电气控制系统
电气控制系统由电源柜， 控制柜和个人电脑组成。 电源柜是强电柜，安装 主开关、空气开关或熔 断器、控制变压器、交 流接触器、热继电器和 固态继电器等，控制柜 是弱电柜，安装模拟图、 记录仪表、可编程序控 制器（PLC）、手动支 持系统等
在位清洗（CIP）系统由增压 泵和安装在冻干箱和冷凝室 内的一系列管道和喷嘴组成， 作用是完成对冻干箱，板层 和冷凝室的自动清洗。在位 灭菌（SIP）系统用于冻干箱、 冷凝室和过滤器的灭菌之用， 为了清洗灭菌之后的干燥需 要配备水环泵，冻干机还要 有冷却夹套。冻干箱的箱门 应有锁紧装置。
Thank You
冻干过程
卸料unloading ：压力升高试验合格 后，冻干机将产品在冻干箱内全压塞， 等待出箱人员出料。 除霜DF：用纯蒸汽融化冷凝器的冰 清洗CIP：由注射用水增压泵和安装在 冻干箱和冷阱内的一系列管道和喷嘴 组成，作用是完成对冻干箱，板层和 冷阱的自动清洗。 灭菌SIP：用纯蒸汽对冻干箱、冷凝器 和过滤器进行灭菌。
冻干工艺流程
现代制药用冻干的工艺流程如下：首先对冻干箱进行清 洗，接着是灭菌，灭菌之后做漏率检测，系统的漏率检 测，证明系统真空良好，产品才能进箱。
冻干产品的特点
由于在低温下进行干燥，物质中的热敏成分，例如蛋 白质、微生物和其他生物活性成分能得到保护。 由于在低温下进行干燥，物质中的一些易挥发性成分 损失较少。 由于在低温下进行干燥，微生物的生长和酶的作用几 乎停止进行，因此物质最大限度地保持了原来的性状。 由于干燥是在真空贫氧状态下进行的，物质中的一些 易氧化的成分破坏减少。 由于是升华干燥，水分升华后，物质剩留在冻结时的 冰架之中，干燥后体积几乎不变、呈疏松多孔的海绵 状，内表面积大，加水后溶解迅速而完全，几乎立即 恢复原来的状态。 冻干能排除95％～99％的水分，使干燥后的物质能保 存较长的时间。