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在食品和藥品的生產過程中，現多採用冷凍真空乾燥技術來保存，它具有如下特點：

1．在低溫下乾燥，物質中一些揮發性成分損失很小。

2．在凍結狀態下乾燥，體積幾乎不變，保持原來的結構，不會發生濃縮。


3．乾燥後，產品呈疏鬆多孔，海綿狀，加水溶解迅速而完全，幾乎立即恢復原來的性狀
。

4．產品乾燥在真空條件下進行，氧氣少，使易氧化的物質得以保護。

5．乾燥後可以排除95-99%的水份，因此產品能長期貯存。

現以藥品生產為例將其原理簡述如下：

水有固態、液態、氣態三種態相，根據熱力學中的相平衡理論，隨壓力的降低，水的冰點
變化不大，而沸點卻越來越低，向冰點靠近，當壓力降到一定真空度時，水的沸點和冰點
重合（水的冰點和沸點重合的點，即水的三相平衡點，此時壓力為三相點壓力（PO）
610.5Pa ,溫度為三相點溫度（TO）0.0098°C。），冰就可以不經液態直接汽化為氣體，
這一過程為昇華，產品的冷凍真空昇華乾燥是在水的三相點以下，即低溫低壓下，使產品
中凍結的水份昇華而脫去。

冷凍真空乾燥技術是根據水的三相平衡原理，先將水由液態轉變為固態，再由固態直接昇
華為氣態的過程，中間不經過固態轉化為液態的過程，使溶液中的有形物質留下，水份蒸
發，以達到成形好，水份少，成疏鬆狀，便於溶解的特點。根據產品中水的變化過程，可
將冷凍真空乾燥技術初步分為兩個階段：預凍和乾燥，其中根據將水份蒸發的快慢，又將
乾燥分為兩個階段：昇華乾燥和解析乾燥兩步。

一、產品的預凍，是產品由液態轉化為固態的過程，根據熱脹冷縮的原理，利用製冷劑通
過間接製冷將溶液由液態凍結為固態，但此階段要使產品的最終凍結的溫度必須降到溶液
中所有物質的共晶點（即所有成份凝固的共同溫度）以下，以保證使溶液中懸浮的生物材
料能全部凍結。在此過程中，藥液成為冰晶和分散的溶質，為了提高乾燥效率，應盡可能
的增大製品昇華的表面積，製品凍結速度的快慢是影響製品質量的重要因素，冷凍所形成
的冰晶形態，大小，分佈等情況直接影響成品的活性，構成，色澤以及溶解性能等，所以
採用何種凍結方式至關重要，工業生產中採用的凍結方法大體有兩種，常見的一種方法是
緩慢凍結法，緩慢冷卻，使之逐步達到最終凍結溫度，此過程中，溶質逐漸結晶析出，冰
的晶體逐步長大，由於凍結體內冰晶體大，溶質晶核與冰之間的間隙較大，有利於昇華水
分的排出，縮短乾燥時間；另一種是快速冷凍法，適用於抗生素類產品，在灌裝結束並裝
入乾燥箱後，盡可能使其達到低溫，使溶液完全凍結，其後再將製品升到適當的溫度後進
行乾燥。快速冷凍的優點是形成了更多微小的冰晶體，因而同一體積的藥液，其凍干昇華
的表面積較大，可加快製品昇華乾燥的過程。

產品的一次乾燥（昇華乾燥），是將第一階段凍結的產品（必須是處於共晶點以下），用
抽真空的方法降低乾燥腔室中的壓力，使之低於該溫度下水蒸氣的飽和蒸汽壓時，冰發生
昇華，溶液中的水分和生物材料中的自由水不斷被抽走，產品不斷乾燥。在昇華過程中，
應注意產品的溫度和真空度，如果熱量控制不當，製品溫度高於其共熔點時，會出現部份
融化，這種現象為回熔，出現回熔現象時，晶體局部結構被破壞，生成無定形體（玻璃體
），凍結體發生膨脹或收縮，這不僅影響昇華的繼續進行，而且影響產品的長期貯存穩定
性。還要防止產品中已乾燥部份的溫度高於崩解溫度而發生性變或形成局部坍塌。
二、產品的二次乾燥（解析乾燥），二次乾燥的目的是去除部分因吸附等原因而存在於生
物學材料中的結構水，由於吸附能力一般較強，所以二次乾燥過程必須提供足夠的熱量，
直到生物材料所能耐受的最高溫度，本階段產品溫度升高較快，真空度也相應升高，應注
意。

乾燥的具體過程現簡述如下：

1．熱量從擱板通過玻璃瓶傳送到冰晶體內，並傳導至製品表面。

2．冰晶體昇華過程中產生的水蒸汽通過製品枝狀孔隙（乾燥通道）跑到製品表面。

3．從製品表面出來的水蒸汽進入冷凝器。

4．水蒸汽在冷凝器中凝結成冰。

在現實中，我們常用冷凍真空乾燥機（簡稱凍干機）來實現冷凍真空乾燥過程。凍干機由
凍干箱，冷阱，管道，熱交換器，壓縮機，控制櫃等組成，又分為製冷，循環，加熱，真
空，液壓壓塞和控制系統。

現將各系統的運作原理簡述如下：

製冷系統：

主要是通過冷凍壓縮機將製冷劑（如氟），通過活塞將氟由高壓側排入管道，此時氟呈氣
態，溫度較高，混合壓縮機內的冷凍機油，經過油分離器，分離油和氟，冷凍機油回到壓
縮機內，而氟之後經水冷後，呈液態進入管道，再經過膨脹閥，將氟由液態直接變為氣態
的顆粒，加大接觸面積，提高製冷效果。氟經管道循環後最後回到壓縮機的低壓側。

在壓縮機的運行過程中，應充分注意高、中、低壓及油壓的壓力情況，特別是油壓應為視
鏡的2/3高度，若過低則會使壓縮機潤滑不良致使壓縮機的電機燒燬的可能。

循環和加熱系統：

主要是通過導熱板層，用電加熱法依靠中間導熱流體的循環實現循環液溫度升高，通過管
道輸送到板層內，使板層溫度升高，相應的產品溫度也就會升高。

真空系統：

由真空泵及機械增壓泵（羅茨泵），冷阱及管道四部分組成，現將其原理簡述如下：

真空泵的抽氣原理：是由偏心的安裝在泵腔內的轉子及轉子槽內的兩旋片，轉子帶動旋轉
時，旋片借離心力和彈簧彈力緊貼泵腔壁，把進氣口分隔開來，並使進氣腔容積週期性地
擴大而吸氣，排氣腔容積週期性地縮小而壓縮氣體，借壓縮氣體的壓力和油推開排氣閥排
氣，從而獲得真空，有些帶有氣鎮閥的泵，經過特殊設計，有油箱內高溫氣體和油箱外室
溫氣體均可摻氣功能，使之抽除水蒸汽能力大大提高，氣鎮作用是向排氣腔充入一定量氣
體，降低排氣壓力中的蒸汽分壓強，當低於泵溫下的飽和蒸汽壓時，即可隨充入空氣排出
泵外，從而避免凝積在泵油中，具有延長泵油使用時間和防止泵混水的作用。

真空泵的使用注意事項：

1．在環境溫度5-40c，進氣口壓強為10000pa的條件下，允許長期運轉，被抽氣體相對濕

度大於90%或被抽容器中含較多水蒸汽和水份時，應開氣鎮閥。

2．泵進氣口連續敞通大氣運轉不得超過20分鐘。

3．不得用於抽除對金屬有腐蝕，對泵油起化學反應，含顆粒塵埃的氣體以及含氧量過高

，有爆炸性的，有毒氣體。

4．被抽容器管道直徑應大於泵進氣口徑，應短，彎頭少，以減少13pa以下的抽速損失，

同時防止管道洩漏。

5．電機風扇轉向應為順時鐘轉。

6．油位以停泵時至長油標2/3為宜，過低對排氣閥不能起油封作用，影響真空度，過高可

能會引起通大氣起動時噴油。

7．環境溫度較高，油溫度升高，粘度下降，飽和蒸汽壓增大，會引起極限真空度下降，

應加強通風散熱，可改善泵的性能。

8．抽除相對濕度較高或含較多可凝性蒸汽時，可打開外氣鎮閥，提高抽除一定水蒸汽的

能力，同時還可保持較高的極限真空度。

故障及其消除：

一、極限真空度不高：

1．油位太低，不能對排氣閥起油封作用，有較大的排氣聲，可加油。

2．油被可凝性蒸汽污染而引起真空度下降，可開氣鎮閥淨化或換新油。

3．管道漏氣，有較大的排氣聲，排氣口有油霧。

4．進氣嘴，氣鎮閥橡膠件裝配不當，損壞，老化。

5．油孔堵塞，真空度下降，疏通油路。

6．真空系統污染。

7．泵溫過高，油粘度下降，飽和蒸汽壓升高。

二、噴油：油位過高，或擋油板位置未正確牢固。

三、噪聲：旋片彈簧折斷，進油量增大，或旋片漲死。

機械增壓泵（羅茨泵）工作原理：它是利用一對8字型轉子在泵殼中保持一定間隙，作等
速反向旋轉而產生吸氣和排氣作用，二個轉子被支撐在泵殼的二側面端蓋的滾動軸承中，
依靠一對可調節的同步齒輪使二個轉子在高速旋轉時始終保持一定的相互位置，而轉子與
端蓋之間的端面間隙是靠固定端軸承痤下面的可調金屬片來保證，使泵在工作時因受熱而
只能向一端膨脹，有些帶有溢流閥的羅茨泵是在泵的進排氣口的通道上垂直地安裝著一個
溢流閥，作用是當進氣口和排氣口的壓力差與閥的有效作用面積乘積超過閥頭的自重時，
閥頭就會自動頂開而排氣。

羅茨泵的優點是在較低的入口壓力時有較高的抽氣速率，它不能單獨使用，必須串聯前級
真空泵，待被抽系統中的壓力被前級真空泵抽到羅茨泵允許起動的壓力時，羅茨泵才能工
作，羅茨泵不允許在高壓差時工作，否則會使羅茨泵過載和過熱而損壞。

故障原因及消除：

1．極限壓力達不到：潤滑油髒，油封磨損，前級泵極限壓力下降

2．抽速不足，管道通氣能力不夠，前級泵抽速下降。

3．電機過載：入口壓力過高，轉子端面與端面單面接觸，前級泵返油進羅茨泵腔裡。

4．過熱：前級泵抽速不夠，造成壓縮比過大，入口壓力過高，冷卻不良，齒輪箱潤滑油

過多，轉子與泵殼接觸，齒輪，軸承，油封潤滑不良。

5．聲音異常：裝配不當，導向齒輪與轉子位置偏移，使轉子相碰，入口壓力過高，過載

或潤滑不良造成對齒輪損傷，軸承磨損，齒輪箱內油量不夠。

6．軸承，齒輪早期磨損嚴重：潤滑油不足，不良。

液壓壓塞系統：

在真空狀態下壓塞，可以避免與氧氣和水份的接觸，便於長期貯存。



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