ما هو مجفف تجميد؟ كيف يعمل؟
مجفف التجميد و lyophilizer هي أسماء مرادفة لنفس المعدات. ينفذ مجفف التجميد عملية إزالة المياه التي تستخدم عادة للحفاظ على المواد القابلة للتلف ، لإطالة عمر الرف أو جعل المادة أكثر ملاءمة للنقل. تعمل مجففات التجميد عن طريق تجميد المواد ، ثم تقليل الضغط وإضافة الحرارة للسماح بتجميد المياه المجمدة في المادة.
تجميد 3 مراحل الابتدائية
يعمل مجفف التجميد على ثلاث مراحل ، الأولى والأكثر أهمية هي مرحلة التجميد. يمكن أن يؤدي تجفيف التجميد السليم إلى تقليل أوقات التجفيف بنسبة 30٪.
مرحلة التجميد
تستخدم مجففات التجميد أساليب مختلفة لتجميد المنتج. يمكن إجراء التجميد في الثلاجة ، أو الحمام المبرد (المجمد الصدفي) ، أو على الرف في مجفف التجميد. يقوم مجفف التجميد بتبريد المادة الموجودة أسفل النقطة الثلاثية لضمان حدوث التسامي بدلاً من الذوبان. هذا يحافظ على الشكل المادي للمادة.
يجفف مجفف التجميد بسهولة بلورات الثلج الكبيرة ، والتي يمكن أن تنتج عن طريق التجميد البطيء أو الصلب. ومع ذلك ، مع المواد البيولوجية ، عندما تكون البلورات كبيرة جدًا ، فإنها قد تكسر جدران الخلايا ، وهذا يؤدي إلى نتائج تجفيف أقل من مثالية. لمنع هذا ، يتم التجميد بسرعة. بالنسبة للمواد التي تميل إلى التعجيل ، يمكن استخدام الصلب. تتضمن هذه العملية تجميد سريع ، ثم رفع درجة حرارة المنتج للسماح للبلورات بالنمو.
مرحلة التجفيف الأولي (التسامي)
المرحلة الثانية من مجفف التجميد هي التجفيف الأولي (التسامي) ، حيث يتم خفض الضغط وتضاف الحرارة إلى المادة من أجل تسخين الماء. فراغ مجفف التجميد يسرع التسامي. يوفر المكثف البارد لمجفف التجميد سطحًا لبخار الماء للالتصاق والتصلب. كما يحمي المكثف المضخة المفرغة من بخار الماء. تتم إزالة حوالي 95 ٪ من المياه في المواد في هذه المرحلة. يمكن أن يكون التجفيف الأولي عملية بطيئة. الكثير من الحرارة يمكن أن تغير هيكل المواد.
مرحلة التجفيف الثانوي (الامتزاز)
المرحلة النهائية من مجفف التجميد هي التجفيف الثانوي (الامتزاز) ، حيث تتم إزالة جزيئات الماء المرتبطة بالأيونات. عن طريق رفع درجة الحرارة أعلى مما كانت عليه في مرحلة التجفيف الأولية ، يتم تكسير الروابط بين المواد وجزيئات الماء. تجميد المواد المجففة تحتفظ بنية مسامية. بعد اكتمال مجفف التجميد ، يمكن كسر الفراغ بغاز خامل قبل إغلاق المادة. يمكن تجفيف معظم المواد إلى 1-5٪ من الرطوبة المتبقية.
مشاكل لتجنب أثناء استخدام تجميد مجفف
· يمكن أن يؤدي تسخين المنتج بدرجة حرارة عالية جدًا إلى انهيار الذوبان أو انهيار المنتج
الزائد المكثف الناجم عن الكثير من البخار تصل إلى المكثف.
الكثير من خلق بخار
مساحة كبيرة جدًا
صغيرة جدا منطقة المكثف
التبريد غير كافية
· اختناق البخار - يتم إنتاج البخار بمعدل أسرع مما يمكن من خلال منفذ البخار ، والمنفذ بين غرفة المنتج والمكثف ، مما يؤدي إلى زيادة في ضغط الغرفة.
شروط تجميد هام
فيما يلي بعض المصطلحات المهمة المتعلقة بمجففات التجميد. للحصول على قائمة شاملة ، راجع صفحة مصطلحات تجميد التجميد.
نقطة Eutectic أو درجة حرارة Eutectic
هي النقطة التي يوجد بها المنتج فقط في الطور الصلب ، وهو يمثل الحد الأدنى لدرجات حرارة الانصهار ليس كل المنتجات لديها نقطة سهلة الانصهار أو قد تكون هناك نقاط سهلة الانصهار متعددة.
حرارة حرجة
أثناء التجفيف بالتجميد ، تتحلل درجة الحرارة القصوى للمنتج قبل جودته عن طريق الذوبان أو الانهيار.
بلوري
المواد تشكل بلورات عند تجميدها.
لديه نقطة eutectic أو نقاط eutectic متعددة
التجميد السريع يخلق بلورات صغيرة يصعب تجفيفها
الصلب يمكن أن تساعد في تشكيل بلورات أكبر
عديم الشكل
مخاليط متعددة المكونات لا تتبلور ولا يوجد بها نقطة سهلة الانصهار. يتحولون إلى "زجاج".
لا يوجد لديه نقطة سهلة الانصهار
بالنسبة للمواد غير المتبلورة ، يجب إجراء تجفيف التجميد تحت درجة حرارة انتقال الزجاج
انهيار
النقطة التي يخفف عندها المنتج إلى الحد الذي لا يستطيع فيه دعم هيكله الخاص. هذا يمكن أن يكون مشكلة لعدة أسباب:
فقدان الهيكل المادي
تجفيف غير كامل
انخفاض الذوبان
الكثير من الاجتثاث