製品經完全凍結，並在一定的真空條件下使冰晶升華

，從而達到低溫脫水的目的，此過程即稱為冷凍幹燥（Freeze-drying）
，簡稱凍幹。

 

凍(dong)幹(gan)的(de)固(gu)體(ti)物(wu)質(zhi)由(you)於(yu)微(wei)小(xiao)的(de)冰(bing)晶(jing)體(ti)的(de)升(sheng)華(hua)而(er)呈(cheng)現(xian)多(duo)孔(kong)結(jie)構(gou)，並(bing)保(bao)持(chi)原(yuan)先(xian)凍(dong)結(jie)時(shi)的(de)體(ti)積(ji)
，加(jia)水(shui)後(hou)極(ji)易(yi)溶(rong)解(jie)而(er)複(fu)原(yuan)，製(zhi)品(pin)在(zai)升(sheng)華(hua)過(guo)程(cheng)中(zhong)溫(wen)度(du)保(bao)持(chi)在(zai)較(jiao)低(di)溫(wen)度(du)狀(zhuang)態(tai)下(xia)（一般低於-250℃）
，因而對於那些不耐熱的物質，諸如酶、激素
、核酸
、血液和免疫製品等的幹燥尤為適宜。幹燥的結果能排出95~99%以上的水份，有利於製品的長期保存。製品幹燥過程是在真空條件下進行的，故不易氧化。針對部分生化藥物的化學
、物理
、shengwudebuwendingxing，dongganyibeishijianzhengmingshiyizhongfeichangyouxiaodeshouduan。suizheshenghuayaowuyushengwuzhijidexunsufazhan

，dongganjishujiangyuelaiyuexianshiqizhongyaoxingyuyouyuexing。

 

二、醫用冷凍幹燥機的結構與功能簡介

 

醫用冷凍幹燥機係由製冷係統、真空係統、加熱係統
、電器儀表控製係統所組成。主要部件為幹燥箱
、凝結器、冷凍機組、真空泵加熱/冷卻裝置等。

 

製(zhi)品(pin)的(de)凍(dong)幹(gan)是(shi)在(zai)幹(gan)燥(zao)箱(xiang)中(zhong)進(jin)行(xing)
，幹(gan)燥(zao)箱(xiang)內(nei)擱(ge)板(ban)采(cai)用(yong)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)板(ban)製(zhi)成(cheng)，內(nei)有(you)媒(mei)體(ti)導(dao)管(guan)分(fen)布(bu)其(qi)中(zhong)，可(ke)對(dui)製(zhi)品(pin)進(jin)行(xing)冷(leng)卻(que)或(huo)熱(re)
，幹(gan)燥(zao)箱(xiang)的(de)後(hou)麵(mian)裝(zhuang)有(you)真(zhen)空(kong)傳(chuan)感(gan)器(qi)，它(ta)將(jiang)真(zhen)空(kong)度(du)轉(zhuan)變(bian)成(cheng)電(dian)訊(xun)號(hao)
，箱(xiang)門(men)四(si)周(zhou)鑲(xiang)嵌(qian)有(you)密(mi)封(feng)橡(xiang)膠(jiao)圈(quan)
，臨(lin)用(yong)前(qian)可(ke)塗(tu)以(yi)真(zhen)空(kong)矽(gui)脂(zhi)保(bao)證(zheng)箱(xiang)體(ti)的(de)密(mi)封(feng)。

 

凝結器最好為纏繞柱麵式，不鏽鋼柱麵外繞有多組冷氣盤管，其工作溫度低於幹燥箱內製品的溫度，最低可達-550℃，從(cong)製(zhi)品(pin)中(zhong)升(sheng)華(hua)出(chu)來(lai)的(de)水(shui)蒸(zheng)氣(qi)能(neng)充(chong)分(fen)地(di)凝(ning)結(jie)在(zai)與(yu)冷(leng)盤(pan)管(guan)相(xiang)接(jie)觸(chu)的(de)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)柱(zhu)麵(mian)的(de)內(nei)表(biao)麵(mian)上(shang)，從(cong)而(er)保(bao)證(zheng)凍(dong)幹(gan)過(guo)程(cheng)的(de)順(shun)利(li)進(jin)行(xing)
，光(guang)滑(hua)的(de)柱(zhu)麵(mian)式(shi)結(jie)構(gou)最(zui)大(da)的(de)優(you)點(dian)是(shi)容(rong)易(yi)清(qing)潔(jie)
，在(zai)凍(dong)幹(gan)結(jie)束(shu)後(hou)
，可(ke)用(yong)電(dian)熱(re)將(jiang)霜(shuang)層(ceng)除(chu)去(qu)。

 

旋(xuan)片(pian)式(shi)真(zhen)空(kong)泵(beng)用(yong)以(yi)對(dui)係(xi)統(tong)抽(chou)真(zhen)空(kong)，在(zai)機(ji)械(xie)泵(beng)的(de)進(jin)氣(qi)口(kou)安(an)裝(zhuang)了(le)一(yi)個(ge)帶(dai)自(zi)動(dong)放(fang)氣(qi)的(de)電(dian)磁(ci)真(zhen)空(kong)閥(fa)，它(ta)與(yu)旋(xuan)片(pian)泵(beng)為(wei)同(tong)一(yi)電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)


，當(dang)停(ting)泵(beng)時(shi)，電(dian)磁(ci)閥(fa)門(men)自(zi)動(dong)關(guan)閉(bi)
，同(tong)時(shi)向(xiang)真(zhen)空(kong)泵(beng)內(nei)放(fang)氣(qi)，既(ji)保(bao)護(hu)了(le)真(zhen)空(kong)係(xi)統(tong)，又(you)防(fang)止(zhi)了(le)真(zhen)空(kong)泵(beng)向(xiang)係(xi)統(tong)返(fan)油(you)。

 

在製冷係統中，二台2.2Kw的半封閉冷凍機並聯使用，由風冷凝器出來的高壓製冷劑液體（無氟製冷劑V55℃），經(jing)過(guo)幹(gan)燥(zao)過(guo)濾(lv)器(qi)及(ji)電(dian)磁(ci)閥(fa)到(dao)達(da)毛(mao)細(xi)管(guan)，經(jing)節(jie)流(liu)後(hou)進(jin)入(ru)蒸(zheng)發(fa)器(qi)
，由(you)於(yu)冷(leng)凍(dong)機(ji)的(de)抽(chou)吸(xi)作(zuo)用(yong)，使(shi)蒸(zheng)發(fa)器(qi)內(nei)的(de)壓(ya)力(li)下(xia)降(jiang)，液(ye)體(ti)製(zhi)冷(leng)劑(ji)吸(xi)收(shou)環(huan)境(jing)的(de)熱(re)量(liang)而(er)迅(xun)速(su)沸(fei)騰(teng)蒸(zheng)發(fa)。低(di)壓(ya)製(zhi)冷(leng)劑(ji)氣(qi)體(ti)被(bei)冷(leng)凍(dong)抽(chou)回(hui)，再(zai)經(jing)壓(ya)縮(suo)成(cheng)高(gao)壓(ya)氣(qi)體(ti)
，完(wan)成(cheng)一(yi)次(ci)製(zhi)冷(leng)循(xun)環(huan)，加(jia)熱(re)/lengquezhuangzhizhongdelengpaiguanyiningjieqizhongdelengpaiguanyijiningjieqizhongdelengqipanguankeyuzhilengxitongzhongzhengfa，tamenshitongguolianggebutongdediancifalaigongyingzhilengjide。

 

加熱係統由電熱管，媒體（矽油）、媒體泵
、媒mei體ti箱xiang等deng組zu成cheng一yi個ge循xun環huan管guan路lu，矽gui油you經jing電dian熱re管guan加jia熱re後hou，由you媒mei體ti泵beng輸shu送song至zhi幹gan箱xiang擱ge板ban中zhong的de媒mei體ti導dao管guan，對dui製zhi品pin進jin行xing加jia溫wen，提ti供gong升sheng華hua熱re，當dang凍dong結jie時shi
，則ze由you冷leng卻que排pai管guan對dui矽gui油you進jin行xing降jiang溫wen，由you媒mei體ti泵beng輸shu送song至zhi幹gan燥zao箱xiang擱ge板ban中zhong心xin的de媒mei體ti導dao管guan
，對dui製zhi品pin進jin行xing冷leng卻que及ji凍dong結jie。

 

電器儀表控製係統為機電一體化設計

，由一個專用工控電機控製，所有的擱板溫度
、媒體溫度、製品溫度均可在集中的顯示上顯示出來
，具體的調節控製請參考係統說明書。

 

三
、凍幹的基本原理與實踐

 

對凍幹製品的質量要求是：生物活性不變、外觀色澤均勻、形態飽滿、結構牢固、溶解速度快
，殘餘水分低。要獲得高質量的製品，對凍幹的理論和工藝應有一個比較全麵的了解。凍幹工藝包括預凍、升華和再幹凍三個分階段。合理麵有效地縮短凍幹的周期在工業生產上具有明顯的經濟價值。

 

（一）製品的凍結

 

溶液速凍時（每分鍾降溫10～50℃），晶粒保持在顯微鏡下可見的大小；相反慢凍時（1℃/分）
，形(xing)成(cheng)的(de)結(jie)晶(jing)肉(rou)眼(yan)可(ke)見(jian)。粗(cu)晶(jing)在(zai)升(sheng)華(hua)留(liu)下(xia)較(jiao)大(da)的(de)空(kong)隙(xi)，可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)凍(dong)幹(gan)的(de)效(xiao)率(lv)，細(xi)晶(jing)在(zai)升(sheng)華(hua)後(hou)留(liu)下(xia)的(de)間(jian)隙(xi)較(jiao)小(xiao)
，使(shi)下(xia)層(ceng)升(sheng)華(hua)受(shou)阻(zu)
，速(su)成(cheng)凍(dong)的(de)成(cheng)品(pin)粒(li)子(zi)細(xi)膩(ni)，外(wai)觀(guan)均(jun)勻(yun)，比(bi)表(biao)麵(mian)積(ji)大(da)
，多(duo)孔(kong)結(jie)構(gou)好(hao)，溶(rong)解(jie)速(su)度(du)快(kuai)，便(bian)成(cheng)品(pin)的(de)引(yin)濕(shi)性(xing)相(xiang)對(dui)也(ye)要(yao)強(qiang)些(xie)。

 

藥品在凍幹機中預凍在兩種方式：一種是製品與幹燥箱同時降溫，；另一種是待幹燥箱擱板降溫至-40℃左(zuo)右(you)，再(zai)將(jiang)製(zhi)品(pin)放(fang)入(ru)，前(qian)者(zhe)相(xiang)當(dang)於(yu)慢(man)凍(dong)，後(hou)者(zhe)則(ze)介(jie)於(yu)凍(dong)與(yu)慢(man)凍(dong)之(zhi)間(jian)，因(yin)而(er)常(chang)被(bei)采(cai)用(yong)，以(yi)兼(jian)顧(gu)凍(dong)幹(gan)效(xiao)率(lv)與(yu)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)。此(ci)法(fa)的(de)缺(que)點(dian)是(shi)製(zhi)品(pin)入(ru)箱(xiang)時(shi)，空(kong)氣(qi)中(zhong)的(de)水(shui)蒸(zheng)氣(qi)將(jiang)迅(xun)速(su)地(di)凝(ning)結(jie)在(zai)擱(ge)板(ban)上(shang)
，而(er)在(zai)升(sheng)華(hua)初(chu)期(qi)，若(ruo)板(ban)升(sheng)溫(wen)較(jiao)快(kuai)，由(you)於(yu)大(da)麵(mian)積(ji)的(de)升(sheng)華(hua)將(jiang)有(you)可(ke)能(neng)超(chao)越(yue)凝(ning)結(jie)器(qi)的(de)正(zheng)常(chang)負(fu)荷(he)。此(ci)現(xian)象(xiang)在(zai)夏(xia)季(ji)尤(you)為(wei)顯(xian)著(zhu)。

 

製zhi品pin的de凍dong結jie處chu於yu靜jing止zhi狀zhuang態tai。經jing驗yan證zheng明ming，過guo冷leng現xian象xiang容rong易yi發fa生sheng至zhi使shi製zhi品pin溫wen度du雖sui已yi達da到dao共gong晶jing點dian。但dan溶rong質zhi仍reng不bu結jie晶jing，為wei了le克ke服fu過guo冷leng現xian象xiang


，製zhi品pin凍dong結jie的de溫wen度du應ying低di於yu共gong晶jing點dian以yi下xia一yi個ge範fan圍wei，並bing需xu保bao持chi一yi段duan時shi間jian，以yi待dai製zhi品pin完wan全quan凍dong結jie。

 

（二）升華的條件與速度

 

冰在一定溫度下的飽和蒸汽壓大於環境的水蒸氣分壓時即可開始升華
；比製品溫更低的凝結器對水水蒸氣的抽吸與捕獲作用

，則是維護升所必需的條件。

 

氣(qi)體(ti)分(fen)子(zi)在(zai)兩(liang)次(ci)連(lian)續(xu)碰(peng)撞(zhuang)之(zhi)間(jian)所(suo)走(zou)的(de)距(ju)離(li)稱(cheng)為(wei)平(ping)均(jun)自(zi)由(you)程(cheng)，它(ta)與(yu)壓(ya)力(li)成(cheng)反(fan)比(bi)。在(zai)常(chang)壓(ya)下(xia)

，其(qi)值(zhi)很(hen)小(xiao)，升(sheng)華(hua)的(de)水(shui)分(fen)子(zi)很(hen)容(rong)易(yi)與(yu)氣(qi)體(ti)碰(peng)撞(zhuang)又(you)返(fan)回(hui)到(dao)蒸(zheng)汽(qi)源(yuan)表(biao)麵(mian)
，因(yin)而(er)升(sheng)華(hua)速(su)度(du)很(hen)漫(man)。隨(sui)著(zhe)壓(ya)力(li)降(jiang)低(di)13.3Pa以下，平均自由程增大105倍
，使升華速度顯著加快，飛離出來的水分子很少改變自己的方麵，從而形成了定向的蒸汽流。

 

真空泵在凍幹機中起著抽除永久氣體的作用，以維護升華所必需的低壓強。1g水蒸氣在常壓下為1.25L而在13.3Pa時卻膨脹為10000升，普通的真空泵在單位時間內抽除如此大量的體積是不可能的。凝結器實際上形成了專門捕集水蒸氣的真空泵。

 

製品與凝結的溫度通常為-25℃與-50℃。冰在該溫度下的飽和蒸汽壓分別為63.3Pa與1.1Pa,因而在升華麵與冷凝麵之間便產生了一個相當大的壓力差,如果此時係統內的不凝性氣體分壓可以忽略不計,它將促使製品升華出來的水蒸氣,以一定的流速定向地抵達凝結器表麵結成冰霜。

 

冰的升華熱約為2822J/克ke，如ru果guo升sheng華hua過guo程cheng不bu供gong給gei熱re量liang，那na末mo製zhi品pin隻zhi有you降jiang低di內nei能neng來lai補bu償chang升sheng華hua熱re，直zhi至zhi其qi溫wen度du與yu凝ning結jie器qi溫wen度du平ping衡heng後hou，升sheng華hua也ye就jiu停ting止zhi了le。為wei了le保bao持chi升sheng華hua與yu冷leng凝ning來lai的de溫wen度du差cha
，必bi須xu對dui製zhi品pin提ti供gong足zu夠gou的de熱re量liang。

 

（三）升華過程

 

在升溫的第一階段（大量升華階段），製(zhi)品(pin)溫(wen)度(du)要(yao)低(di)於(yu)其(qi)共(gong)晶(jing)點(dian)一(yi)個(ge)範(fan)圍(wei)。因(yin)此(ci)擱(ge)板(ban)溫(wen)要(yao)加(jia)以(yi)控(kong)製(zhi)，若(ruo)製(zhi)品(pin)已(yi)經(jing)部(bu)分(fen)幹(gan)燥(zao)

，但(dan)溫(wen)度(du)卻(que)超(chao)過(guo)了(le)其(qi)共(gong)晶(jing)點(dian)

，此(ci)時(shi)將(jiang)發(fa)生(sheng)製(zhi)品(pin)融(rong)化(hua)現(xian)象(xiang)，而(er)此(ci)時(shi)融(rong)化(hua)的(de)液(ye)體(ti)

，對(dui)冰(bing)飽(bao)和(he)，對(dui)溶(rong)質(zhi)卻(que)未(wei)飽(bao)和(he)，因(yin)而(er)幹(gan)燥(zao)的(de)溶(rong)質(zhi)將(jiang)迅(xun)速(su)溶(rong)解(jie)進(jin)去(qu)，最(zui)後(hou)濃(nong)縮(suo)成(cheng)一(yi)薄(bo)僵(jiang)塊(kuai)，外(wai)觀(guan)極(ji)為(wei)不(bu)良(liang)，溶(rong)解(jie)速(su)度(du)很(hen)差(cha)，若(ruo)製(zhi)品(pin)的(de)融(rong)化(hua)發(fa)生(sheng)在(zai)大(da)量(liang)升(sheng)華(hua)後(hou)期(qi)
，則(ze)由(you)於(yu)融(rong)化(hua)的(de)液(ye)體(ti)數(shu)量(liang)較(jiao)少(shao)
，因(yin)而(er)被(bei)幹(gan)燥(zao)的(de)孔(kong)性(xing)固(gu)體(ti)所(suo)吸(xi)收(shou)，造(zao)成(cheng)凍(dong)幹(gan)後(hou)塊(kuai)狀(zhuang)物(wu)有(you)所(suo)缺(que)損(sun)，加(jia)水(shui)溶(rong)解(jie)時(shi)仍(reng)能(neng)發(fa)現(xian)溶(rong)解(jie)速(su)度(du)較(jiao)慢(man)。

 

在大量升華過程
，雖然擱板和製品溫度有很大懸殊
，但由於板溫
、凝(ning)結(jie)器(qi)溫(wen)度(du)和(he)真(zhen)空(kong)溫(wen)度(du)基(ji)本(ben)不(bu)變(bian)，因(yin)而(er)升(sheng)華(hua)吸(xi)熱(re)比(bi)較(jiao)穩(wen)定(ding)，製(zhi)品(pin)溫(wen)度(du)相(xiang)對(dui)恒(heng)定(ding)。隨(sui)著(zhe)製(zhi)品(pin)自(zi)上(shang)而(er)下(xia)層(ceng)層(ceng)幹(gan)燥(zao)，冰(bing)層(ceng)升(sheng)華(hua)的(de)阻(zu)力(li)逐(zhu)漸(jian)增(zeng)大(da)。製(zhi)品(pin)溫(wen)度(du)相(xiang)應(ying)也(ye)會(hui)小(xiao)幅(fu)上(shang)升(sheng)。直(zhi)至(zhi)用(yong)肉(rou)眼(yan)已(yi)不(bu)到(dao)冰(bing)晶(jing)的(de)存(cun)在(zai)。此(ci)時(shi)90%yishangdeshuifenyichuqu。daliangshenghuadeguochengzhiciyijibenjieshu

，weilequebaozhengxiangzhipindaliangshenghuawanbi，banwenrengxubaochiyigejieduanhouzaijinxingdierjieduandeshengwen。

 

剩(sheng)餘(yu)百(bai)分(fen)之(zhi)幾(ji)的(de)水(shui)分(fen)稱(cheng)殘(can)餘(yu)水(shui)分(fen)，它(ta)與(yu)自(zi)由(you)狀(zhuang)態(tai)的(de)水(shui)在(zai)物(wu)理(li)化(hua)學(xue)性(xing)質(zhi)上(shang)有(you)所(suo)不(bu)同(tong)，殘(can)餘(yu)水(shui)分(fen)包(bao)括(kuo)了(le)化(hua)學(xue)結(jie)合(he)之(zhi)水(shui)與(yu)物(wu)理(li)結(jie)合(he)之(zhi)水(shui)
，諸(zhu)如(ru)化(hua)合(he)的(de)結(jie)晶(jing)水(shui)結(jie)晶(jing)、蛋dan白bai質zhi通tong過guo氫qing鍵jian結jie合he的de水shui以yi及ji固gu體ti表biao麵mian或huo毛mao細xi管guan中zhong吸xi附fu水shui等deng。由you於yu殘can餘yu水shui分fen受shou到dao種zhong引yin力li的de束shu縛fu，其qi飽bao和he蒸zheng汽qi壓ya則ze是shi不bu同tong程cheng度du的de降jiang低di，因yin而er幹gan燥zao速su度du明ming顯xian下xia降jiang。雖sui然ran提ti高gao製zhi品pin溫wen度du促cu進jin殘can餘yu水shui分fen的de氣qi化hua，但dan若ruo超chao過guo某mou極ji限xian溫wen度du，生sheng物wu活huo性xing也ye可ke能neng急ji劇ju下xia降jiang。保bao證zheng製zhi品pin安an全quan的de最zui高gao幹gan燥zao溫wen度du要yao由you實shi驗yan來lai確que定ding。通tong常chang我wo們men在zai第di二er階jie段duan將jiang板ban溫wen+30℃zuoyou
，bingbaochihengding。zaizheyijieduanchuqi，youyubanwenshenggao，canyushuifenshaoyoubuyiqihua
，yincizhipinwendushangshengjiaokuai。dansuizhezhipinwenduyubanwenzhujiankaolong，rechuandaobiandegengweihuanman，xuyaonaixindengdaixiangdangchangdeyiduanshijian
，shijianjingyanbiaoming，canyushuifenganzaodeshijianyudaliangshenghuadeshijianjihuxiangdengyoushishenzhihaihuichaoguo。

 

（四）凍幹曲線：將擱板溫度與製品溫度隨時間的變化記錄下來，即可得到凍幹曲線。

 

比較典型的凍幹曲線係將擱板升溫分為兩個階段，在大量升華時擱板溫度保持較低，根據實際情況
，一般可控製在-10至+10zhijian。dierjieduanzegenjuzhipinxingzhijianggebanwendushidangtiaogao，cifashiyongyuqirongdianjiaodidezhipin。ruoduizhipindexingnengshangbuqingchu，jiqixingnengjiaochahuoqigongzuobugouwendingshi
，yongcifayebijiaowentuo。

 

ruguozhipingongjingdianjiaogao

，xitongdezhenkongduyenengbaochilianghao

，ningjieqidezhilengnenglichongyu，zeyekecaiyongyidingdeshengwensudu
，jianggebanwendushenggaozhiyunxudezuigaowendu，zhizhidongganjieshu，danyexubaozhengzhipinzaidaliangshenghuashidewendubudechaoguogongjingdian。

 

若製品對熱不穩定，則第二階段板溫不宜過高。為了提高第一階段的升華速度，可將拉板溫度一次升高至製品允許的最高溫度以上；daidaliangshenghuajieduanjibenjieshushi，zaijiangbanwenjiangzhiyunxudezuigaowendu
，zhehouliangzhongfangshisuiranshidaliangdeshenghuasuduyouyixietigao
，danqikangganraodenenglixiangyingjiangdi，zhenkongduhezhilengnenglideturanjiangdihuotingdiandoukenenghuishizhipinronghua。helierlinghuodizhangwodiyizhongfangshi
，rengshimuqianjiaochangyongdefangshi。