Mikä on pakastekuivain? Kuinka se toimii?
Pakastekuivain ja kylmäkuivatin ovat samojen laitteiden synonyymejä. Pakastekuivain suorittaa vedenpoistoprosessin, jota tyypillisesti käytetään pilaantuvien materiaalien säilyttämiseen, säilyvyyden pidentämiseen tai materiaalin tekemiseen helpommaksi kuljetusta varten. Pakastekuivaimet toimivat jäädyttämällä materiaalia, vähentämällä sitten painetta ja lisäämällä lämpöä, jotta materiaalin jäätynyt vesi voi sublimoitua.
Pakastekuivaimen 3 päävaihetta
Pakastekuivain toimii kolmessa vaiheessa, joista ensimmäinen ja kriittisin on pakastusvaihe. Oikea pakastekuivaus voi vähentää kuivausaikoja 30%.
Pakastusvaihe
Pakastekuivaimet käyttävät eri menetelmiä tuotteen pakastamiseen. Pakastaminen voidaan suorittaa pakastimessa, jäähdytetyssä kylvyssä (kuorepakaste) tai hyllyllä pakastekuivaimessa. Pakastekuivain jäähdyttää materiaalin kolmipisteen alapuolelle varmistaakseen, että sublimoituminen tapahtuu sulamisen sijaan. Tämä säilyttää materiaalin fyysisen muodon.
Pakastekuivain pakastaa helpoimmin suuret jääkiteet, jotka voidaan tuottaa hitaasti jäädyttämällä tai hehkuttamalla. Biologisissa materiaaleissa, kun kiteet ovat liian suuria, ne saattavat kuitenkin rikkoa soluseinät, ja tämä johtaa kylmäkuivauksen tuloksiin, jotka ovat vähemmän kuin ihanne. Tämän estämiseksi jäätyminen tapahtuu nopeasti. Materiaaleille, joilla on taipumus saostua, voidaan käyttää hehkutusta. Tämä prosessi sisältää nopean jäädytyksen, sitten tuotteen lämpötilan nostamisen, jotta kiteet voivat kasvaa.
Ensisijainen kuivaus (sublimointi) vaihe
Pakastekuivaimen toinen vaihe on primaarikuivaus (sublimointi), jossa paine lasketaan ja materiaaliin lisätään lämpöä veden sublimoitumisen vuoksi. Pakastekuivaimen tyhjiö nopeuttaa sublimoitumista. Pakastekuivaimen kylmälauhdutin tarjoaa pinnan vesihöyryn tarttumiseen ja kiinteytymiseen. Lauhdutin suojaa myös tyhjiöpumppua vesihöyryltä. Noin 95% materiaalin vedestä poistuu tässä vaiheessa. Ensisijainen kuivaus voi olla hidas prosessi. Liian suuri lämpö voi muuttaa materiaalin rakennetta.
Toissijainen kuivaus (adsorptio) vaihe
Pakastekuivaimen lopullinen faasi on sekundaarinen kuivaus (adsorptio), jonka aikana ionisesti sitoutuneet vesimolekyylit poistetaan. Nostamalla lämpötilaa korkeammalla kuin primaarisessa kuivausvaiheessa, sidokset hajoavat materiaalin ja vesimolekyylien välillä. Pakastekuivatut materiaalit säilyttävät huokoisen rakenteen. Kun pakastekuivain on valmistunut prosessinsa, tyhjiö voidaan rikkoa inertillä kaasulla ennen materiaalin sulkemista. Suurin osa materiaaleista voidaan kuivata 1-5% jäännöskosteuteen.
Vältettävät ongelmat kylmäkuivaimen käytön aikana
· Tuotteen kuumentaminen liian korkeassa lämpötilassa voi aiheuttaa sulamisen tai tuotteen romahtamisen
· Lauhduttimen ylikuormitus, joka johtuu liiallisesta höyrystä osuessa lauhduttimeen.
Liian paljon höyrynmuodostusta
Liian suuri pinta-ala
Liian pieni jäähdyttimen alue
Riittämätön jäähdytys
· Höyryn tukehtuminen - höyry tuotetaan nopeudella, jota se voi päästä höyryportin, tuotekammion ja lauhduttimen välisen aukon, läpi, mikä lisää kammion painetta.
Tärkeitä pakastinkuivausehtoja
Tässä on muutamia tärkeitä termejä, jotka liittyvät pakastekuivaimiin. Katso kattava luettelo kylmäkuivausterminosivultamme.
Eutektinen piste tai eutektinen lämpötila
Onko kohta, jossa tuote esiintyy vain kiinteässä faasissa, edustaen minimaalista sulamislämpötilaa. Kaikilla tuotteilla ei ole eutektista pistettä tai eutektisia pisteitä voi olla useita.
Kriittinen lämpötila
Pakastekuivauksen aikana tuotteen maksimilämpötila ennen sen laatua huononee sulamalla tai romahtamalla.
Kiteinen
Materiaali muodostaa kiteitä jäätyessään.
Onko eutektinen piste tai useita eutektisia pisteitä
Nopea jäätyminen luo pieniä kiteitä, joita on vaikea kuivua
Hehkutus voi auttaa muodostamaan suurempia kiteitä
Amorfinen
Monikomponenttiset seokset, jotka eivät kiteydy ja joilla ei ole eutektistä pistettä. Ne muuttuvat "lasi".
Ei eutektista pistettä
Amorfisissa materiaaleissa pakastekuivaus on suoritettava lasittumislämpötilan alapuolella
Romahtaa
Piste, jossa tuote pehmenee siinä määrin, että se ei enää pysty tukemaan omaa rakennettaan. Tämä voi olla ongelma monista syistä:
Fyysisen rakenteen menetys
Epätäydellinen kuivaus
Vähentynyt liukoisuus
Paljon ablaatiota (läiskä)