1. Toodete külmutamine
Kui lahus on kiiresti külmunud (temperatuur langeb 10-50 kraadi minutis), hoiavad kristalliitid oma suuruse mikroskoobi all nähtaval; vastupidi, aeglaselt külmutades (1 kraad / min), on moodustunud kristallid palja silmaga nähtavad. Jämedad kristallid jätavad sublimatsioonis suure tühimiku, mis võib parandada külmkuivatamise efektiivsust. Peened kristallid jätavad peale sublimatsiooni väikese tühimiku, mis takistab alumise kihi sublimeerumist. Kiirkülmutamisel toodetud valmisosakesed on peened, nende eelised on ühtlase välimusega, suure eripinnaga, hea poorse struktuuriga, kiiresti lahustuvad ja suhteliselt tugevamad valmistoodete niiskuse imendumisega. Ravimid külmutatakse külmkuivatis kahel viisil: üks on see, et tooteid jahutatakse samal ajal kuivatusahjus; Teine on oodata, kuni kuivatuskasti riiul jahtub umbes -40 kraadini ja seejärel toode sisse panna. Esimene on samaväärne aeglase külmutamisega, teine aga kiirkülmutamise ja aeglase külmutamise vahel, nii et kasutatakse sageli külmkuivatamise tõhususe ja tootekvaliteedi arvestamiseks. Selle meetodi puuduseks on see, et toote karpi pannes kondenseerub õhus olev veeaur kiiresti riiulile. Kuid sublimatsiooni algfaasis, kui riiuli temperatuur tõuseb kiiremini, on suurte alade sublimatsiooni tõttu võimalik ületada kondensaatori tavalist koormust. See nähtus on eriti ilmne suvel. Toote külmutamine on staatilises olekus. Kogemused on näidanud, et ülejahutuse nähtus on kerge tekkima, mis viib toote temperatuurini eutektilise punktini, kuid lahustunud aine ei kristalliseeru ikka veel. Ülejahutuse nähtuse ületamiseks peaks toote külmumistemperatuur olema madalam kui eutektilisest punktist madalam vahemik ja seda tuleks hoida teatud aja jooksul, kuni toode on täielikult külmunud.
2. Sublimatsiooni tingimused ja kiirus
Sublimatsioon võib alata siis, kui jää küllastusauru rõhk teatud temperatuuril on kõrgem kui ümbritseva veeauru osarõhk; Toote temperatuurist madalama veeauru imemine ja kinnipüüdmine kondensaatori poolt on sublimatsiooni säilitamiseks vajalik tingimus. Gaasi läbitud vahemaad kahe järjestikuse kokkupõrke vahel nimetatakse keskmiseks vabaks teeks, mis on pöördvõrdeline rõhuga. Normaalrõhul on see pisike ja sublimeerunud veemolekulid põrkuvad kergesti gaasiga ja naasevad seejärel auruallika pinnale, seega on sublimatsiooni kiirus väga aeglane. Rõhu langemisel alla 13,3Pa suureneb keskmine vaba teekond 105 korda, mis muudab sublimatsioonikiiruse oluliselt kiiremaks. Välja lendavad veemolekulid muudavad oma aspekte harva, moodustades seega suunatud auruvoolu. Vaakumpump täidab gaasi eemaldamise rolli külmkuivatis, et säilitada sublimatsiooniks vajalik madal rõhk. 1 gramm veeauru on normaalrõhul 1,25 liitrit, kuid 13,3 Pa juures paisub see 10,000 liitrini. Tavalistel vaakumpumpadel on võimatu ajaühikus nii suurt mahtu pumbata. Tegelikult moodustab kondensaator spetsiaalse vaakumpumba veeauru hõivamiseks. Tootmis- ja kondensatsioonitemperatuur on tavaliselt -25 kraadi ja -50 kraadi. Sellel temperatuuril on jää küllastunud aururõhk vastavalt 63,3 Pa ja 1,1 Pa, tekitades sublimatsioonipinna ja kondensatsioonipinna vahel märkimisväärse rõhuerinevuse. Kui süsteemis oleva mittekondenseeruva gaasi osarõhku saab praegu tähelepanuta jätta, soodustab see tootest sublimeerunud veeauru jõudmist kindla voolukiirusega suunatult kondensaatori pinnale ja tekitab härmatise. Jää sublimatsioonisoojus on umbes 2822 J/g. Kui sublimatsiooniprotsess ei anna soojust, saab toode sublimatsioonisoojuse kompenseerimiseks vähendada ainult oma siseenergiat, kuni selle temperatuur on võrdne kondensaatori temperatuuriga ja seejärel sublimatsioon peatub. Tootele antakse piisavalt soojust, et säilitada temperatuuride erinevus sublimatsiooni ja kondensatsiooni vahel.
3. Sublimatsiooniprotsess
Kuumutamise esimeses etapis (masssublimatsiooni etapp) peaks toote temperatuur olema vahemiku võrra madalam selle eutektilisest punktist. Seetõttu tuleks riiuli temperatuuri kontrollida. Kui toode on osaliselt kuivatatud, kuid temperatuur ületab selle eutektilise punkti, siis toode sel ajal sulab. Sel ajal on sulatatud vedelik küllastunud jääga, kuid mitte lahustunud ainega, nii et kuivatatud lahustunud aine lahustub selles kiiresti ja lõpuks kontsentreerub õhukeseks külmutatud plokiks, millel on halb välimus ja halb lahustumiskiirus. Kui toode sulab sublimatsiooni hilisemas staadiumis, imendub see kuiva poorsesse tahkesse ainesse sulanud vedeliku väikese koguse tõttu, mis põhjustab pärast lüofiliseerimist tüki kahjustamist ning lahustumiskiirus võib samuti olla aeglane kui lisate lahustamiseks vett. Kuigi sublimatsiooniprotsessis on riiuli ja toote temperatuur üsna erinev, ei muutu plaadi, kondensaatori ja vaakumi temperatuur põhimõtteliselt. Seega on sublimatsioonisoojuse neeldumine suhteliselt stabiilne ja toote temperatuur suhteliselt konstantne. Kui toode kuivab ülevalt alla, suureneb jää sublimatsiooni takistus järk-järgult. Vastavalt sellele tõuseb veidi ka toote temperatuur, kuni jääkristallid on palja silmaga nähtamatud. Praeguseks on üle 90 protsendi veest eemaldatud. Seni on sublimatsiooniprotsess põhimõtteliselt lõppenud. Selleks, et tagada kogu toodete karbi sublimatsioon, tuleb enne teist kuumutamisetappi hoida riiuli temperatuuri veel üks etapp. Ülejäänud vee protsenti nimetatakse jääkveeks, mis füüsikaliste ja keemiliste omaduste poolest erineb vabast veest. Jääkvesi hõlmab keemiliselt ühendatud vett ja füüsikaliselt ühendatud vett, näiteks ühendatud kristallvee kristalliseerumist, vesiniksidemete kaudu valguga seotud vett ja tahkele pinnale või kapillaarile adsorbeerunud vett. Jääkvee küllastunud aururõhk väheneb teatud raskusjõu tõttu erineval määral, mistõttu kuivamiskiirus väheneb ilmselgelt. Kuigi toote temperatuuri tõstmine võib soodustada jääkvee gaasistamist, võib selle teatud temperatuuri ületamisel ka bioloogiline aktiivsus järsult langeda. Toodete ohutuse tagamiseks tuleks kõrgeim kuivatustemperatuur määrata katsetega. Tavaliselt on teises etapis plaadi temperatuur umbes 30 kraadi ja seda hoitakse konstantsena. Selle etapi alguses tõuseb toote temperatuur kiiresti, kuna plaadi temperatuur tõuseb ja jääkvesi aurustub vähem. Kuid kui toote temperatuur läheneb järk-järgult plaadi temperatuurile, muutub soojusjuhtivus aeglasemaks ja kannatlik ootamine võtab kaua aega. Praktiline kogemus näitab, et jääkvee kuivamisaeg on peaaegu võrdne sublimatsiooniajaga, mõnikord isegi ületab selle.
4. Lüofiliseerimiskõver
Lüofiliseerimiskõver saadakse riiuli temperatuurimuutuse ja toote temperatuuri muutuse registreerimisel vastavalt aja muutumisele. Tüüpiline lüofiliseerimiskõver jagab riiuli temperatuuri kaheks etapiks. Massublimatsiooni ajal hoitakse riiulitemperatuuri madalal, mida saab üldiselt reguleerida vahemikus -10 kuni 10 kraadi vastavalt tegelikule olukorrale. Teises etapis tõstetakse vastavalt toote omadustele sobivalt riiuli temperatuuri. See meetod sobib madala sulamistemperatuuriga toodetele. Kui toote jõudlus on teadmata ja masina jõudlus on halb või selle töö ei ole piisavalt stabiilne, on ohutum kasutada seda meetodit. Kui toote eutektiline punkt on kõrge, saab süsteemi vaakumastet hästi hoida ja kondensaatori jahutusvõimsus on piisav, saab riiuli temperatuuri tõstmiseks maksimaalse lubatud temperatuurini kasutada teatud kuumutuskiirust. lüofiliseerimine on lõppenud. Siiski on vaja ka tagada, et toote temperatuur masssublimatsiooni ajal ei ületaks eutektilist punkti. Kui toode on kuumenemisel ebastabiilne, ei tohiks teise etapi plaadi temperatuur olla liiga kõrge. Sublimatsioonikiiruse parandamiseks esimeses etapis saab riiuli temperatuuri tõsta korraga üle toote maksimaalse lubatud temperatuuri; Kui massisublimatsiooni etapp on põhimõtteliselt lõppenud, alandatakse riiuli temperatuur maksimaalse lubatud temperatuurini. Kuigi kaks viimast meetodit on suurendanud massisublimatsiooni kiirust, väheneb häiretevastane võime vastavalt ning vaakumastme ja jahutusvõimsuse järsk langus või voolukatkestus võivad tooted sulatada. Mõistlik ja paindlik lähenemine esimesele meetodile on tänapäeval üha levinum meetod.