首页 关于我们 新闻动态 产品展示 客户服务 下载中心 人才招聘 联系我们
技术文章
Mettler Toledo
Erlab
BrookField
DJH
binder
Telstar
 
技术文章
泰事达冻干理论知识系列

泰事达冻干理论知识系列

冻干工艺可以显著提高药品稳定性、改善产品储存条件、延长产品效期,因此广泛应用于药品和食品行业。

 

进行冻干工艺摸索之前以及过程中,如果有一套完整的理论体系进行指导,将会大大缩短研发人员工艺摸索的时间。以及精准解决冻干过程中遇到的问题。

 

以下内容,为TELSTAR 位于西班牙总部的冻干工艺开发实验室,结合20多年为用户开发几百条冻干工艺的实践经验基础上,所形成的一套完整理论体系。可以带领用户从最基本的冻干概念,一直到中式工艺的放大。

 

(以下内容转自冻干工艺之家公众号)

 

 

冷冻干燥,是一个物理化学过程。在其中,有很多基本概念。每次线下课程,这部分都是必讲内容,即使面对已经有很多年工艺经验的老师,即使时间非常紧迫,我都还是坚持把这部分内容从头到尾梳理一遍。这部分内容是理解后面整个工艺过程的基础。如果这部分内容都理解透彻了,后面的很多问题基本就是一点就透。

 

内容比较晦涩枯燥,我就一次少写几个,始终还是坚持大家要把这些概念都理解透彻。

 

 看概念之前,先抛个问题。冷冻干燥是一种干燥方法,其他的方法还有

 

Sun  日光

Hot Air Drying       热空气干燥

Filter Drying          过滤干燥

Centrifuge Drying  离心干燥

Fluid Bed Drying    流化床干燥

Spray Drying         喷雾干燥

Vacuum drying       真空干燥

 .

 .

 .

FREEZEDRYING      冷冻干燥

 

冷冻干燥,是所有干燥方法中,去除1g水,代价最昂贵的方法。

 

昂贵的原因是:冻干设备成本很高、冻干过程的能耗很高(有多高?这些能量都去哪儿了?)、懂冻干工艺人员非常稀缺(为什么?)

 

 

Freeze-Drying  冷冻干燥

也叫冻干,是一个干燥过程,湿的产品先被冷冻成固体,随后通过将其暴露在低的水分分压下(请注意,不是抽真空。而是将固体样品暴露在一个低的水分分压下),溶剂直接通过升华变为气相,整个过程不经过液相。

通过冻干获得的干燥产品,具有很好地“溶剂亲和性”

 

WATER

 水:水是生命的基本要素

对于绝大多数的化学尤其是生物制品来说,水是万能溶剂。他参与生命的代谢,同时也对于其他功能负责,如食品的颜色、纹理等

但是同时,水也是存储的产品发生变质的主要原因。相反,在没有水的情况下,生化反应几乎停止。

所以我们有必要降低水分含量,来实现对不稳定产品的保存。从而对其实现存储和运输。

 

对于冻干工艺来说,产品的最终水分含量和产品的质保期会有一个对应关系。所以产品的最终水分含量是冻干产品的关键考核指标之一。

 

 

Temperature and Heat  温度和热

温度:

温度是一个测量物质内部能量-分子运动的办法。他反应一种物质里总热量的可测量数据。高温度意味着内部分子高速运动。用度来表示(摄氏度、华氏度)。

 

:

当两个物体-分别处于不同的温度-接触。一个能量流动就建立起来,从高温物体(高内部能量)到低温物体(低内部能量)直到达到平衡。用焦耳或卡路里来表示。

 

在冻干工艺中,我们要深刻理解的是,热有三种传递方式:传导(板层控温)、对流(真空度设置)、辐射(腔体的壁和门外热量对产品的热量传递)。

这三种方式共同的热量传递,决定了我们最终的产品温度。

 

 

Latent heat and sensible heat 潜热和感热

在热化学里

潜热:是指物质在发生相变化(如固体、液体或气体)时释放或吸收的热量。这个词从拉丁语的:Latere词而来,意指“隐藏”。这个词现在被术语“转变焓”所取代。

感热:是指物体改变温度而发生的能量吸收或者释放。

 

在冻干过程中我们要透彻的理解“潜热”的概念。冷冻干燥是一个在很低的温度下,发生大量能量传递的过程。这些能量主要用来使得我们的样品发生相变,而温度并没有发生很大的变化。

 

我们用具体数据来看一下,在一个冻干过程中,要去除1g水会经历那些相变以及对应的能耗。

卡路里就是把1g水,温度升高1℃所需要的能量。

 

由上表我们可以看出,1g水从固体融化成液体需要的能量为80卡路里(足够改变80℃的温度);从液体蒸发成气体,需要的能量为543卡路里。升华所需要的能量为两次相变能量的总和即623卡路里。

 

 

在冻干过程中,1g水经历的相变为以下:

预冻 - 升华 - 凝固 - 融化,液体进入冻干机,除霜后液体出冻干机。实际上中间经历了6次相变(升华和凝结算两次)。这中间的热量交换值一共是1406卡路里(够水改变1406℃温度的能量)。这还没有考虑设备的能量利用率的问题。

 

以上过程从原理层面解释了,为什么冻干是一个能耗很大的过程。是去除1g水,代价最大的过程。

 

States of aggregation of matter     物质聚集态


固体分为:晶体 无定型物质

关键温度及对应的数据如下表:

关于我们
公司简介
公司愿景
公司活动
新闻动态
最新新闻
行业关注
活动新闻
产品展示
泰事达 Telstar
梅特勒托利多 Mettler Toledo
依拉勃 Erlab
宾德 Binder
赛默 Thermo
维根丝 Wiggens
优莱博 Julabo
索科 Socorex
客户服务
仪器维修
培训服务
下载中心
Mettler Toledo
Erlab
BrookField
DJH
binder
Telstar
人才招聘
人才招聘
培训活动
联系我们
联系我们
微信关注
QQ联系

  021-5226 1560 sales@hankosci.com   上海市恒南路1325号A幢406-407室

  沪公网安备 31011202003385号