1. Produktų užšaldymas
Kai tirpalas greitai užšaldomas (temperatūra nukrenta 10–50 laipsnių per minutę), kristalitai išlaiko matomą dydį mikroskopu; priešingai, užšaldžius lėtai (1 laipsnis/min.), susidarę kristalai matomi plika akimi. Stambūs kristalai palieka didelį sublimacijos tarpą, o tai gali pagerinti džiovinimo šaltyje efektyvumą. Smulkūs kristalai po sublimacijos palieka nedidelį tarpelį, kuris trukdo sublimuoti apatiniam sluoksniui. Greito užšaldymo būdu pagamintos gatavos dalelės yra smulkios, vienodos išvaizdos, didelio specifinio paviršiaus ploto, geros porėtos struktūros, greitai tirpstančios ir santykinai stipresnės gatavų produktų drėgmės sugėrimo. Vaistai iš anksto užšaldomi šaldymo džiovykloje dviem būdais: vienas – produktai tuo pačiu metu atšaldomi džiovinimo krosnelėje; Kitas dalykas – palaukti, kol džiovinimo dėžutės lentyna atvės iki maždaug -40 laipsnio, ir tada įdėti gaminį. Pirmasis prilygsta lėtam užšaldymui, o antrasis yra tarp greito užšaldymo ir lėto užšaldymo. dažnai naudojamas siekiant atsižvelgti į džiovinimo šalčiu efektyvumą ir produkto kokybę. Šio metodo trūkumas yra tas, kad įdėjus gaminį į dėžutę, ore esantys vandens garai greitai kondensuosis ant lentynos. Tačiau ankstyvoje sublimacijos stadijoje, jei lentynos temperatūra kyla greičiau, galima viršyti įprastą kondensatoriaus apkrovą dėl didelių plotų sublimacijos. Šis reiškinys ypač ryškus vasarą. Produkto užšalimas yra statinis. Patirtis parodė, kad peršalimo reiškinys gali atsirasti lengvai, todėl produkto temperatūra pasieks eutektinį tašką, tačiau ištirpusi medžiaga vis tiek nėra kristalizuota. Siekiant įveikti peršalimo reiškinį, gaminio užšalimo temperatūra turi būti žemesnė nei diapazonas žemiau eutektinio taško, ir ji turėtų būti palaikoma tam tikrą laiką, kol produktas visiškai užšals.
2. Sublimacijos sąlygos ir greitis
Sublimacija gali prasidėti, kai ledo sočiųjų garų slėgis tam tikroje temperatūroje yra didesnis už dalinį vandens garų slėgį aplinkoje; Vandens garų, kurių temperatūra yra žemesnė už produkto temperatūrą, siurbimas ir surinkimas yra būtina sąlyga palaikyti sublimaciją. Atstumas, kurį dujos nuvažiuoja tarp dviejų nuoseklių susidūrimų, vadinamas vidutiniu laisvu keliu, kuris yra atvirkščiai proporcingas slėgiui. Esant normaliam slėgiui, tai yra mažytės ir sublimuotos vandens molekulės lengvai susiduria su dujomis ir tada grįžta į garų šaltinio paviršių, todėl sublimacijos greitis yra labai lėtas. Slėgiui nukritus žemiau 13,3 Pa, vidutinis laisvas kelias padidėja 105 kartus, todėl sublimacijos greitis žymiai padidėja. Išskrendančios vandens molekulės retai pakeičia savo aspektus, taip suformuodamos kryptingą garų srautą. Vakuuminis siurblys pašalina dujas iš šaldymo džiovintuvo, kad palaikytų žemą slėgį, reikalingą sublimacijai. 1 gramas vandens garų yra 1,25 l esant normaliam slėgiui, bet jis išsiplečia iki 10,000 l esant 13,3 Pa. Įprasti vakuuminiai siurbliai negali perpumpuoti tokio didelio tūrio per laiko vienetą. Tiesą sakant, kondensatorius sudaro specialų vakuuminį siurblį vandens garams surinkti. Gamybos ir kondensacijos temperatūra paprastai yra -25 laipsnis ir -50 laipsnis. Esant tokiai temperatūrai, ledo sočiųjų garų slėgis yra atitinkamai 63,3 Pa ir 1,1 Pa, todėl susidaro didelis slėgio skirtumas tarp sublimacijos paviršiaus ir kondensacinio paviršiaus. Jei šiuo metu galima nepaisyti dalinio nekondensuojančių dujų slėgio sistemoje, tai paskatins iš produkto sublimuotus vandens garus tam tikru srautu kryptingai pasiekti kondensatoriaus paviršių ir susidarys šerkšnas. Ledo sublimacijos šiluma yra apie 2822 J/g. Jei sublimacijos procesas nesuteikia šilumos, produktas gali tik sumažinti savo vidinę energiją, kad kompensuotų sublimacijos šilumą, kol jo temperatūra prilygs kondensatoriaus temperatūrai, o tada sublimacija sustos. Į gaminį tiekiama pakankamai šilumos, kad būtų išlaikytas temperatūros skirtumas tarp sublimacijos ir kondensacijos.
3. Sublimacijos procesas
Pirmajame kaitinimo etape (masinės sublimacijos stadijoje) produkto temperatūra turi būti tam tikru diapazonu žemesnė už eutektinį tašką. Todėl lentynos temperatūra turi būti kontroliuojama. Jei gaminys buvo iš dalies išdžiovintas, bet temperatūra viršija jo eutektinį tašką, produktas šiuo metu išsilydys. Šiuo metu ištirpęs skystis yra prisotintas ledo, bet ne tirpios medžiagos, todėl išdžiūvusi tirpi medžiaga jame greitai ištirps ir galiausiai susikoncentruos į ploną sustingusį bloką, kuris turi blogą išvaizdą ir prastą tirpimo greitį. Jei produktas išsilydo vėlesnėje sublimacijos stadijoje, dėl nedidelio išsilydusio skysčio kiekio jį sugers sausa poringa kieta medžiaga, todėl po liofilizacijos gumulas pažeidžiamas, o tirpimo greitis taip pat gali būti lėtas. įpilant vandens, kad ištirptų. Sublimacijos procese, nors lentynos ir gaminio temperatūra yra gana skirtinga, plokštės, kondensatoriaus ir vakuumo temperatūra iš esmės nesikeičia. Taigi sublimacijos šilumos absorbcija yra gana stabili, o produkto temperatūra yra gana pastovi. Produktui džiūstant iš viršaus į apačią, ledo sublimacijos atsparumas palaipsniui didėja. Produkto temperatūra taip pat šiek tiek pakils, kol ledo kristalai bus nematomi plika akimi. Šiuo metu pašalinta daugiau nei 90 procentų vandens. Iki šiol sublimacijos procesas iš esmės baigėsi. Siekiant užtikrinti visos produktų dėžės sublimaciją, lentynos temperatūrą dar reikia palaikyti vieną etapą prieš antrąjį kaitinimo etapą. Likęs vandens procentas vadinamas likutiniu vandeniu, kuris skiriasi nuo laisvo vandens fizinėmis ir cheminėmis savybėmis. Likutinį vandenį sudaro chemiškai sujungtas vanduo ir fiziškai sujungtas vanduo, pvz., sujungto kristalinio vandens kristalizacija, vanduo, sujungtas baltymais per vandenilinius ryšius, ir vanduo, adsorbuotas ant kieto paviršiaus arba kapiliarų. Likusio vandens sočiųjų garų slėgis mažėja skirtingais laipsniais dėl tam tikros gravitacijos pasipriešinimo, todėl džiovinimo greitis akivaizdžiai mažėja. Nors gaminio temperatūros padidinimas gali paskatinti liekamojo vandens dujinimąsi, tačiau jai viršijus tam tikrą temperatūrą gali smarkiai sumažėti ir biologinis aktyvumas. Eksperimentais reikia nustatyti aukščiausią džiovinimo temperatūrą, užtikrinančią produktų saugumą. Paprastai antrajame etape plokštelės temperatūra yra apie 30 laipsnių ir palaikoma pastovi. Šio etapo pradžioje gaminio temperatūra sparčiai pakyla, nes didėja plokštelės temperatūra ir mažiau išgaruoja likęs vanduo. Tačiau gaminio temperatūrai pamažu artėjant prie plokštelės temperatūros, šilumos laidumas lėtėja, o kantriai laukti tenka ilgai. Praktinė patirtis rodo, kad likutinio vandens džiūvimo laikas beveik prilygsta sublimacijos laikui, o kartais net viršija jį.
4. Liofilizacijos kreivė
Liofilizacijos kreivė gaunama fiksuojant lentynos temperatūros pokytį ir gaminio temperatūrą pagal laiko kitimą. Tipiška liofilizavimo kreivė padalija lentynos temperatūrą į du etapus. Masinės sublimacijos metu lentynos temperatūra palaikoma žema, kurią paprastai galima reguliuoti nuo -10 laipsnio iki 10 laipsnių pagal faktinę situaciją. Antrame etape lentynos temperatūra bus atitinkamai padidinta pagal gaminio savybes. Šis metodas tinka produktams, kurių lydymosi temperatūra yra žema. Jei gaminio veikimas nežinomas, o mašinos našumas yra prastas arba jos darbas nėra pakankamai stabilus, saugiau naudoti šį metodą. Jei gaminio eutektinis taškas yra aukštas, sistemos vakuuminis laipsnis gali būti palaikomas gerai, o kondensatoriaus šaldymo pajėgumas yra pakankamas, tada galima pritaikyti tam tikrą šildymo greitį, kad lentynos temperatūra pakeltų iki didžiausios leistinos temperatūros, kol liofilizacija baigta. Tačiau taip pat būtina užtikrinti, kad produkto temperatūra masinės sublimacijos metu neviršytų eutektinio taško. Jei gaminys yra nestabilus kaitinant, antrojo etapo plokštės temperatūra neturi būti per aukšta. Siekiant pagerinti sublimacijos greitį pirmajame etape, lentynos temperatūrą vienu metu galima padidinti iki didžiausios leistinos gaminio temperatūros; Kai masės sublimacijos etapas iš esmės baigtas, lentynos temperatūra bus sumažinta iki didžiausios leistinos temperatūros. Nors pastarieji du metodai pagerino masės sublimacijos greitį, atitinkamai sumažės anti-interferencinis gebėjimas, o staigus vakuumo laipsnio ir šaldymo pajėgumo sumažėjimas arba elektros energijos tiekimas gali ištirpdyti gaminius. Protingas ir lankstus požiūris į pirmąjį metodą šiandien vis dažniau naudojamas.