Kaj je sušilnik za zamrzovanje? Kako deluje?
Zamrzovalnik in liofilizator sta sinonimni imeni za isto opremo. Zamrzovalna sušilnica izvaja postopek odstranjevanja vode, ki se običajno uporablja za ohranjanje pokvarljivih materialov, za podaljšanje roka uporabnosti ali za to, da je material bolj primeren za transport. Sušilniki zamrzovanja delujejo tako, da material zamrznejo, nato zmanjšajo tlak in dodajo toploto, da se zamrznjena voda v materialu sublimira.
Tri primarne stopnje zamrzovalnika
Zamrzovalnik deluje v treh fazah, pri čemer je prva in najbolj kritična faza zamrzovanja. Pravilno sušenje z zamrzovanjem lahko zmanjša čas sušenja za 30%.
Faza zamrzovanja
Sušilniki za zamrzovanje uporabljajo različne metode za zamrzovanje izdelka. Zamrzovanje lahko izvedemo v zamrzovalniku, ohlajeni kopeli (lupini za zamrzovanje) ali na polici v sušilniku za zamrzovanje. Sušilnik z zamrzovanjem hladi material pod njegovo trojno točko, da se zagotovi, da bo prišlo do sublimacije in ne do taljenja. Tako se ohranja fizična oblika materiala.
Sušilnik z zamrzovanjem najlažje posuši velike ledene kristale, ki jih lahko dobimo s počasnim zamrzovanjem ali žarjenjem. Če pa so kristali preveliki, lahko z biološkimi materiali razbijejo celične stene, kar povzroči manjše od idealnih rezultatov zamrzovanja. Da bi to preprečili, se zamrzovanje izvede hitro. Za materiale, ki se navadijo oboriti, lahko uporabimo žarjenje. Ta postopek vključuje hitro zamrzovanje, nato pa zvišanje temperature izdelka, da lahko kristali rastejo.
Faza primarnega sušenja (sublimacija)
Druga faza zamrzovalnega sušilnika je primarno sušenje (sublimacija), pri katerem se tlak zniža in se materialu doda toplota, da se voda sublimira. Vakuum sušilnika z zamrzovalnikom pospeši sublimacijo. Hladen kondenzator sušilnika z zamrzovalnikom zagotavlja površino, da se vodna para lepi in strdi. Kondenzator vakuumsko črpalko ščiti tudi pred vodno paro. V tej fazi se odstrani približno 95% vode v materialu. Primarno sušenje je lahko počasen proces. Preveč toplote lahko spremeni strukturo materiala.
Faza sekundarnega sušenja (adsorpcija)
Končna faza zamrzovalnega sušilnika je sekundarno sušenje (adsorpcija), med katerim se odstranijo ionsko vezane molekule vode. Z dvigom temperature višjo kot v fazi primarnega sušenja se vezi med materialom in molekulami vode pretrgajo. Zamrznjeni posušeni materiali imajo porozno strukturo. Potem ko zamrzovalni sušilnik zaključi postopek, se lahko vakuum lomi z inertnim plinom, preden se material zatesni. Večino materialov lahko posušimo do 1-5% preostale vlage.
Težave, ki se jih je treba izogibati med uporabo sušilnika za zamrzovanje
· Previsoka temperatura segretega izdelka lahko povzroči taljenje ali zlom izdelka
· Preobremenitev kondenzatorja zaradi prevelike pare, ki udarja v kondenzator.
Preveč ustvarjanja hlapov
Preveč površine
Premajhen kondenzator
Premalo hlajenja
· Hlapenje hlapov - hlapi se proizvajajo s hitrostjo hitreje, kot lahko pride skozi parni odprtin, odprtino med komori izdelka in kondenzatorjem, kar ustvarja povečanje tlaka v komori.
Pomembni pogoji sušilnika za zamrzovanje
Tu je nekaj pomembnih izrazov, povezanih z zamrzovalnimi sušilniki. Za celovit seznam glejte našo terminološko stran z zamrzovanjem.
Evtektična točka ali Evtektična temperatura
Je točka, na kateri izdelek obstaja le v trdni fazi, ki predstavlja najnižjo temperaturo taljenja. Nimajo vsi izdelki evtektično točko ali pa je lahko več evtektičnih točk.
Kritična temperatura
Med sušenjem z zamrzovanjem se najvišja temperatura izdelka pred njegovo kakovostjo poslabša s taljenjem ali zrušitvijo.
Kristalni
Material zamrzne kristale.
Ima evtektično točko ali več evtektičnih točk
Hitro zmrzovanje ustvari majhne kristale, ki jih je težko sušiti
Žganje lahko pomaga tvoriti večje kristale
Amorfni
Večkomponentne mešanice, ki ne kristalizirajo in nimajo evtektične točke. Pretvorijo se v 'kozarec'.
Nima evtektične točke
Za amorfne materiale je potrebno sušenje z zamrzovanjem opraviti pod temperaturo stekla
Strni se
Točka, v kateri se izdelek zmehča do te mere, da ne more več podpirati lastne strukture. To je lahko težava iz več razlogov:
Izguba telesne strukture
Nepopolno sušenje
Zmanjšana topnost
Veliko ablacije (splat)