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冻干机的核心工作原理是基于水的三态变化,即固态、液态和气态。在冻干过程中,样品被置于高真空环境下,并通过加热的方式加速水分子的升华。具体来说:
水的三态变化:水可以从固态直接升华成气态,也可以在一定条件下由液态直接升华成气态。这个条件是在低温低压的条件下实现的,此时水的沸点和冰点重合,冰可以直接汽化而不经历液态。1
升华原理:在真空状态下,水分子会在一定的温度下直接从固体的冰转变为气态的水蒸气,这个过程称为升华。1234
冻干过程:冻干机首先将湿物料冻结到共晶点温度以下,使其中的水分变成固态冰。随后,在较高的真空环境下,通过加热使得冰直接升华成水蒸气。 后,通过真空系统的水汽凝结器将水蒸气冷凝,从而实现物质的脱水干燥。4
关键因素:冻干过程中,对制品共熔点(或共晶点)温度的控制至关重要。在这个温度以上,大部分水分会被抽走,这通常被称为一次干燥期。判断一次干燥期的结束时间是决定冻干效果的关键步骤。5
综上所述,冻干机的工作原理是通过控制环境的真空度和温度,利用水的升华特性,将样品中的水分以冰的形式升华并去除,以达到冷冻干燥的效果。
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