一
、真空冷凍幹燥的定義與優點
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。
donggandegutiwuzhiyouyuweixiaodebingjingtideshenghuaerchengxianduokongjiegou，bingbaochiyuanxiandongjieshidetiji
，jiashuihoujiyirongjieerfuyuan
，zhipinzaishenghuaguochengzhongwendubaochizaijiaodiwenduzhuangtaixia（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)/冷(leng)卻(que)裝(zhuang)置(zhi)中(zhong)的(de)冷(leng)排(pai)管(guan)以(yi)凝(ning)結(jie)器(qi)中(zhong)的(de)冷(leng)排(pai)管(guan)以(yi)及(ji)凝(ning)結(jie)器(qi)中(zhong)的(de)冷(leng)氣(qi)盤(pan)管(guan)恪(ke)於(yu)製(zhi)冷(leng)係(xi)統(tong)中(zhong)蒸(zheng)發(fa)
，它(ta)們(men)是(shi)通(tong)過(guo)兩(liang)個(ge)不(bu)同(tong)的(de)電(dian)磁(ci)閥(fa)來(lai)供(gong)應(ying)製(zhi)冷(leng)劑(ji)的(de)。
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di13.3Pa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）
，zhipinwenduyaodiyuqigongjingdianyigefanwei。yincigebanwenyaojiayikongzhi，ruozhipinyijingbufenganzao，danwenduquechaoguoleqigongjingdian，cishijiangfashengzhipinronghuaxianxiang，ercishironghuadeyeti，duibingbaohe，duirongzhiqueweibaohe

，yinerganzaoderongzhijiangxunsurongjiejinqu
，zuihounongsuochengyibojiangkuai，waiguanjiweibuliang
，rongjiesuduhencha，ruozhipinderonghuafashengzaidaliangshenghuahouqi，zeyouyuronghuadeyetishuliangjiaoshao，yinerbeiganzaodekongxinggutisuoxishou
，zaochengdongganhoukuaizhuangwuyousuoquesun，jiashuirongjieshirengnengfaxianrongjiesudujiaoman。
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shi90%以yi上shang的de水shui分fen已yi除chu去qu。大da量liang升sheng華hua的de過guo程cheng至zhi此ci已yi基ji本ben結jie束shu，為wei了le確que保bao整zheng箱xiang製zhi品pin大da量liang升sheng華hua完wan畢bi，板ban溫wen仍reng需xu保bao持chi一yi個ge階jie段duan後hou再zai進jin行xing第di二er階jie段duan的de升sheng溫wen。
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)
、danbaizhitongguoqingjianjiehedeshuiyijigutibiaomianhuomaoxiguanzhongxifushuideng。youyucanyushuifenshoudaozhongyinlideshufu
，qibaohezhengqiyazeshibutongchengdudejiangdi，yinerganzaosudumingxianxiajiang。suirantigaozhipinwenducujincanyushuifendeqihua
，danruochaoguomoujixianwendu，shengwuhuoxingyekenengjijuxiajiang。baozhengzhipinanquandezuigaoganzaowenduyaoyoushiyanlaiqueding。tongchangwomenzaidierjieduanjiangbanwen+30℃左zuo右you，並bing保bao持chi恒heng定ding。在zai這zhe一yi階jie段duan初chu期qi
，由you於yu板ban溫wen升sheng高gao
，殘can餘yu水shui分fen少shao又you不bu易yi氣qi化hua，因yin此ci製zhi品pin溫wen度du上shang升sheng較jiao快kuai。但dan隨sui著zhe製zhi品pin溫wen度du與yu板ban溫wen逐zhu漸jian靠kao攏long，熱re傳chuan導dao變bian得de更geng為wei緩huan慢man，需xu要yao耐nai心xin等deng待dai相xiang當dang長chang的de一yi段duan時shi間jian，實shi踐jian經jing驗yan表biao明ming
，殘can餘yu水shui分fen幹gan燥zao的de時shi間jian與yu大da量liang升sheng華hua的de時shi間jian幾ji乎hu相xiang等deng有you時shi甚shen至zhi還hai會hui超chao過guo。
（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。
如(ru)果(guo)製(zhi)品(pin)共(gong)晶(jing)點(dian)較(jiao)高(gao)
，係(xi)統(tong)的(de)真(zhen)空(kong)度(du)也(ye)能(neng)保(bao)持(chi)良(liang)好(hao)，凝(ning)結(jie)器(qi)的(de)製(zhi)冷(leng)能(neng)力(li)充(chong)裕(yu)，則(ze)也(ye)可(ke)采(cai)用(yong)一(yi)定(ding)的(de)升(sheng)溫(wen)速(su)度(du)，將(jiang)擱(ge)板(ban)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)至(zhi)允(yun)許(xu)的(de)最(zui)高(gao)溫(wen)度(du)
，直(zhi)至(zhi)凍(dong)幹(gan)結(jie)束(shu)，但(dan)也(ye)需(xu)保(bao)證(zheng)製(zhi)品(pin)在(zai)大(da)量(liang)升(sheng)華(hua)時(shi)的(de)溫(wen)度(du)不(bu)得(de)超(chao)過(guo)共(gong)晶(jing)點(dian)。
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；待(dai)大(da)量(liang)升(sheng)華(hua)階(jie)段(duan)基(ji)本(ben)結(jie)束(shu)時(shi)，再(zai)將(jiang)板(ban)溫(wen)降(jiang)至(zhi)允(yun)許(xu)的(de)最(zui)高(gao)溫(wen)度(du)，這(zhe)後(hou)兩(liang)種(zhong)方(fang)式(shi)雖(sui)然(ran)使(shi)大(da)量(liang)的(de)升(sheng)華(hua)速(su)度(du)有(you)一(yi)些(xie)提(ti)高(gao)
，但(dan)其(qi)抗(kang)幹(gan)擾(rao)的(de)能(neng)力(li)相(xiang)應(ying)降(jiang)低(di)
，真(zhen)空(kong)度(du)和(he)製(zhi)冷(leng)能(neng)力(li)的(de)突(tu)然(ran)降(jiang)低(di)或(huo)停(ting)電(dian)都(dou)可(ke)能(neng)會(hui)使(shi)製(zhi)品(pin)融(rong)化(hua)。合(he)理(li)而(er)靈(ling)活(huo)地(di)掌(zhang)握(wo)第(di)一(yi)種(zhong)方(fang)式(shi)，仍(reng)是(shi)目(mu)前(qian)較(jiao)常(chang)用(yong)的(de)方(fang)式(shi)。