Какво е сушилня за замразяване? Как работи?
Сушилнята за замразяване и лиофилизаторът са синонимни имена за едно и също оборудване. Сушилнята за замразяване изпълнява процес на отстраняване на водата, който обикновено се използва за запазване на нетрайни материали, за удължаване на срока на годност или за по-удобен за транспортиране материал. Сушилните със замръзване работят чрез замразяване на материала, след което се намалява налягането и се добавя топлина, за да се позволи на замръзналата вода в материала да се сублимира.
3 основни етапа на сушилня за замразяване
Сушилнята за замразяване работи в три фази, като първата и най-критична е фазата на замразяване. Правилното сушене чрез замразяване може да намали времето за сушене с 30%.
Фаза на замръзване
Замразяващите сушилни използват различни методи за замразяване на продукта. Замразяването може да се извърши във фризер, охладена вана (фризер с черупки) или на рафт в сушилнята. Сушилнята за замразяване охлажда материала под тройната му точка, за да се гарантира, че ще настъпи сублимация, а не топене. Това запазва физическата форма на материала.
Сушилнята с най-лесно замразяване изсушава големи ледени кристали, които могат да се получат чрез бавно замразяване или отгряване. Въпреки това, при биологични материали, когато кристалите са твърде големи, те могат да разрушат клетъчните стени и това води до по-малко от идеалните резултати от сушене чрез замразяване. За да се предотврати това, замразяването се извършва бързо. За материали, които имат тенденция да се утаяват, може да се използва отпалване. Този процес включва бързо замразяване, след което повишаване на температурата на продукта, за да може кристалите да растат.
Първична фаза на сушене (сублимация)
Втората фаза на сушилнята за замразяване е първичното сушене (сублимация), при което налягането се понижава и към материала се добавя топлина, за да може водата да се сублимира. Вакуумът на сушилнята за замръзване ускорява сублимацията. Студеният кондензатор на сушилнята за замразяване осигурява повърхност за залепване и втвърдяване на водната пара. Кондензаторът също предпазва вакуумната помпа от водната пара. В тази фаза се отделя около 95% от водата в материала. Първичното сушене може да бъде бавен процес. Твърде много топлина може да промени структурата на материала.
Фаза на вторично изсушаване (адсорбция)
Крайната фаза на сушилнята за замразяване е вторично сушене (адсорбция), по време на което йонно-свързаните водни молекули се отстраняват. Чрез повишаване на температурата по-висока, отколкото в първичната фаза на сушене, връзките се разрушават между молекулата и водата. Сушени чрез замразяване материали запазват пореста структура. След като сушилнята за замразяване завърши процеса си, вакуумът може да бъде разрушен с инертен газ, преди материалът да бъде запечатан. Повечето материали могат да бъдат изсушени до 1-5% остатъчна влага.
Проблеми, които трябва да се избягват при използване на сушилня за замразяване
· Нагряването на продукта с твърде висока температура може да причини стопяване или срив на продукта
· Претоварване на кондензатора, причинено от прекалено много пара, удрящ кондензатора.
Прекалено много създаване на пари
Прекалено голяма повърхност
Твърде малка площ от кондензатор
Недостатъчно охлаждане
· Задушаване на парата - парата се произвежда със скорост по-бърза, отколкото може да премине през отвора за изпаряване, отвора между камерата на продукта и кондензатора, създавайки увеличаване на налягането в камерата.
Важни условия за сушене със замръзване
Ето няколко важни термина, свързани със сушилнята за замразяване. За изчерпателен списък вижте нашата страница с терминология за сушене чрез замразяване.
Евтектична точка или Евтектична температура
Точката, в която продуктът съществува само в твърда фаза, представляваща минималната температура на топене. Не всички продукти имат евтектична точка или може да има множество евтектични точки.
Критична температура
По време на сушенето чрез замразяване, максималната температура на продукта преди качеството му се влошава чрез връщане на стопилка или срутване.
кристален
Материалът образува кристали при замразяване.
Има евтектична точка или множество евтектични точки
Бързото замръзване създава малки кристали, които трудно се сушат
Отгряването може да помогне за образуването на по-големи кристали
аморфен
Многокомпонентни смеси, които не кристализират и нямат евтектична точка. Те се превръщат в „чаша“.
Няма евтектична точка
За аморфни материали трябва да се извърши сушене чрез замразяване под температурата на стъклопрехода
колапс
Точката, в която продуктът омеква до степен, че вече не може да поддържа собствената си структура. Това може да бъде проблем по много причини:
Загуба на физическа структура
Непълно изсушаване
Намалена разтворимост
Много аблация (пръскане)