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 真空冷凍干燥機(jī)（簡稱：凍干機(jī)）原理是利用升華原理，使預(yù)先凍結(jié)的物料中的水分，不經(jīng)過冰的融化，直接以冰態(tài)升華為水蒸氣被除去，從而達(dá)到干燥的目的。在低溫下干燥時(shí)，物質(zhì)中的一些揮發(fā)性成分損失很小，體積幾乎不變，保持了原來的結(jié)構(gòu)，不會發(fā)生塌陷現(xiàn)象，適合一些生化樣品，藥品和食品干燥。因此其用途主要廣泛，適用于目前可見的所有產(chǎn)品的干燥。

水的分子是由二個(gè)氫原子，一個(gè)氧原子組成的，分子式是 H 2O，分子量為 18。 在一個(gè)大氣壓下，水的冰點(diǎn)是 0℃，壓力增加，冰點(diǎn)下降。結(jié)冰是一個(gè)放熱過程，水的熔化熱為 80 卡/克。在一個(gè)大氣壓下，水的沸點(diǎn)是 100℃，這時(shí)水的蒸汽壓與大氣壓相等， 當(dāng)壓力減小時(shí)沸點(diǎn)會降低，壓力增大時(shí)沸點(diǎn)會上升。水的汽化是一個(gè)吸熱過程，水的汽化熱 走 536.5 卡/克。從水的狀態(tài)圖中可以看到，三相點(diǎn)約為 0℃和 6.11 毫巴，當(dāng)壓力低于 6.11毫巴時(shí)，水只能以氣相和固相存在，沒有液相。冰的升華熱約為 670 卡/克。

 水的密度在 4℃時(shí)Z大，為 1 克/厘米 3，溫度升高或降低時(shí)密度均減小，冰的密度為0.92 克/厘米 3，所以冰比水輕，并且結(jié)冰時(shí)會發(fā)生體積膨脹現(xiàn)象。

水蒸汽的臨界溫度是 374℃，臨界壓力是 217.7 個(gè)大氣壓。溫度降低時(shí)，水蒸氣很容 易液化，在不同的溫度時(shí)，水和冰均有不同的蒸汽壓。

空氣能溶解于水中，溶解度隨溫度的升高而降低。純水幾乎不導(dǎo)電，當(dāng)水中溶有其他 物質(zhì)時(shí)，導(dǎo)電性會明顯增加。冰是熱的不良導(dǎo)體。

 

溶液的凍結(jié)

 溶液的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)與溶媒和溶質(zhì)都不同，它隨溶質(zhì)的濃度不同而有不同的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)。以水溶液為例來說明溶液的凝結(jié)過程。水溶液的凝結(jié)與純水不一樣，它不是在某一固定 溫度下凝結(jié)成固體，溶液溫度降低到某一溫度對，晶體開始析出，隨著溫度的降低，晶 體的數(shù)量不斷增加，Z后溶液全部凝結(jié)。因此溶液是在某一溫度范圍內(nèi)凝結(jié)的，冷卻時(shí)開始 析出晶體的溫度稱溶液的冰點(diǎn)，而溶液全部凝結(jié)的溫度叫溶液的凝固點(diǎn)，是溶質(zhì)和溶媒全部 結(jié)晶的溫度點(diǎn)。在溶液的結(jié)晶過程中溶液的濃度會增加，冰點(diǎn)會下降，稀溶液變?yōu)闈馊芤海?/span> 并逐步成為飽和溶液，溫度繼續(xù)降低時(shí)，由于溶解度降低，將會有溶質(zhì)的晶體析出，Z后成 為冰晶體和溶質(zhì)晶體的共晶混合物，這時(shí)的溫度就是溶液的共晶點(diǎn)溫度。這個(gè)過程也是一個(gè) 放熱過程，在冷凍曲線上也會像水結(jié)冰那樣出現(xiàn)過冷和一個(gè)平臺。

溶液的冷凍曲線

 凍干產(chǎn)品大都數(shù)是水溶液，有些是多種成份的水溶液，有些是溶液和懸浮液的混合液。 一些成份復(fù)雜的液體在冷凍時(shí)會形成兩種狀態(tài)，一種是晶體狀態(tài)，一種是無定形態(tài)（也稱玻 璃態(tài)）。如果形成晶體狀態(tài)，那末凍結(jié)或固化的溫度叫共晶點(diǎn)；如果形成玻璃態(tài)， 凍結(jié)或固化的溫度叫玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度。

 溶液的濃度對凍干是很重要的，它能影響凍干的時(shí)間和產(chǎn)品的質(zhì)量，濃度太高或太低 均對凍干不利。濃度太高，干燥之后干物質(zhì)太多，密度大，溶解慢，干燥時(shí)會影響升華速率， 甚至發(fā)生熔化。濃度太低，干燥之后干物質(zhì)太少，不能形成團(tuán)塊結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品像棉花狀，甚至 會被升華氣流帶到容器的外邊。凍干產(chǎn)品的濃度應(yīng)該在在 4％～25％之間，以 10％～15％為 Z佳。濃度的高低也會影響產(chǎn)品的凝固點(diǎn)，例如氯化鈉水溶液，濃度 18.8％時(shí)，凝固點(diǎn)是-15℃，濃度 23％時(shí)，凝固點(diǎn)是-21℃。