1. Замрзавање производа
Када се раствор брзо замрзне (температура падне за 10~50 степени у минути), кристалити задржавају величину видљиву под микроскопом; напротив, када се полако замрзне (1 степен/мин), формирани кристали су видљиви голим оком. Груби кристали остављају велики јаз у сублимацији, што може побољшати ефикасност сушења замрзавањем. Фини кристали остављају мали размак након сублимације, што отежава сублимацију доњег слоја. Готове честице произведене брзим замрзавањем су фине, са заслугама уједначеног изгледа, велике специфичне површине, добре порозне структуре, брзо се растварају и релативно јаче упијају влагу готових производа. Лекови се претходно замрзавају у замрзивачу на два начина: један је да се производи истовремено хладе у сушари; Други је да сачекате да се полица кутије за сушење охлади на око -40 степени и онда ставите производ. Прво је еквивалентно спором замрзавању, док је друго између брзог и спорог замрзавања, тако да се често користи за разматрање ефикасности сушења замрзавањем и квалитета производа. Недостатак ове методе је што када се производ стави у кутију, водена пара у ваздуху ће се брзо кондензовати на полици. Међутим, у раној фази сублимације, ако температура полице расте брже, могуће је прекорачити нормално оптерећење кондензатора због сублимације великих површина. Ова појава је посебно изражена лети. Замрзавање производа је у статичком стању. Искуство је показало да се лако јавља феномен суперхлађења, што ће довести до тога да температура производа достигне еутектичку тачку, али раствор још увек није кристализован. Да би се превазишао феномен суперхлађења, температура смрзавања производа треба да буде нижа од опсега испод еутектичке тачке и треба да се држи неко време док се производ потпуно не замрзне.
2. Услови и брзина сублимације
Сублимација може да почне када је притисак засићене паре леда на одређеној температури већи од парцијалног притиска водене паре у околини; Усисавање и хватање водене паре кондензатором који је нижи од температуре производа је неопходан услов за одржавање сублимације. Раздаљина коју гас пређе између два узастопна судара назива се просечна слободна путања, која је обрнуто пропорционална притиску. Под нормалним притиском, ситни и сублимирани молекули воде се лако сударају са гасом, а затим се враћају на површину извора паре, тако да је брзина сублимације веома спора. Како притисак пада испод 13,3Па, просечан слободни пут се повећава за 105 пута, што чини брзину сублимације знатно бржом. Молекули воде који лете ретко мењају сопствене аспекте, формирајући тако усмерени ток паре. Вакум пумпа игра улогу уклањања гаса у сушачи са замрзавањем како би се одржао низак притисак неопходан за сублимацију. 1 грам водене паре је 1,25 Л при нормалном притиску, али се шири на 10,000 Л на 13,3 Па. Немогуће је да обичне вакуум пумпе пумпају тако велику запремину у јединици времена. У ствари, кондензатор формира посебну вакуум пумпу за хватање водене паре. Температура производње и кондензације је обично -25 степен и -50 степен. На овој температури, притисак засићене паре леда је 63,3 Па и 1,1 Па, респективно, стварајући значајну разлику притиска између површине сублимације и површине кондензације. Ако се парцијални притисак некондензујућег гаса у систему може занемарити у овом тренутку, то ће подстаћи да водена пара сублимирана из производа дође до површине кондензатора у правцу у одређеном протоку и формира мраз. Топлота сублимације леда је око 2822 Ј/г. Ако процес сублимације не испоручује топлоту, производ може само да смањи своју унутрашњу енергију да би компензовао топлоту сублимације све док његова температура не буде једнака температури кондензатора и тада ће сублимација престати. Производу се даје довољно топлоте да би се одржала температурна разлика између сублимације и кондензације.
3. Процес сублимације
У првој фази загревања (фаза сублимације масе), температура производа треба да буде нижа од његове еутектичке тачке за одређени опсег. Због тога треба контролисати температуру полице. Ако је производ делимично осушен, али температура прелази његову еутектичку тачку, производ ће се у овом тренутку растопити. У овом тренутку, растопљена течност је засићена ледом, али не и раствором, тако да ће се осушена растворена супстанца брзо растворити у њој и коначно концентрисати у танак замрзнути блок, који има лош изглед и слабу брзину растварања. Ако се производ топи у каснијој фази сублимације, апсорбоваће га сува порозна чврста материја због мале количине растопљене течности, што узрокује оштећење грудве након лиофилизације, а такође се може утврдити да је брзина растварања спора. при додавању воде за растварање. У процесу сублимације, иако је температура полице и производа прилично различита, температура плоче, кондензатора и вакуума су у основи непромењени. Дакле, апсорпција топлоте сублимације је релативно стабилна и температура производа је релативно константна. Како се производ суши од врха до дна, отпор сублимације леда се постепено повећава. Температура производа ће такође благо порасти у складу са тим све док кристали леда не буду невидљиви голим оком. У овом тренутку је уклоњено више од 90 одсто воде. До сада је процес сублимације у основи завршен. Да би се обезбедила сублимација целе кутије производа, температура полица још увек треба да се одржава у једној фази пре друге фазе загревања. Преостали проценат воде назива се резидуална вода, која се по физичким и хемијским својствима разликује од слободне воде. Преостала вода укључује хемијски комбиновану воду и физички комбиновану воду, као што је кристализација комбиноване кристалне воде, вода везана протеином кроз водоничне везе и вода адсорбована на чврстој површини или капилари. Притисак засићене паре преостале воде опада у различитим степенима због отпора одређеном гравитацијом, па се брзина сушења очигледно смањује. Иако повећање температуре производа може подстаћи гасификацију преостале воде, ако она пређе одређену температуру, биолошка активност такође може нагло пасти. Највишу температуру сушења како би се осигурала сигурност производа треба одредити експериментима. Обично, у другој фази, температура плоче је око 30 степени и одржава се константном. На почетку ове фазе, температура производа нагло расте како температура плоче расте, а заостала вода мање испарава. Међутим, како се температура производа постепено приближава температури плоче, провођење топлоте постаје спорије и потребно је много времена да се стрпљиво чека. Практично искуство показује да је време сушења преостале воде скоро једнако времену сублимације, а понекад га чак и премашује.
4. Крива лиофилизације
Крива лиофилизације се добија бележењем промене температуре полице и температуре производа према промени времена. Типична крива лиофилизације дели температуру на полицама у две фазе. Температура полице се одржава ниском током сублимације масе, која се генерално може контролисати између -10 степени и 10 степени у зависности од стварног стања. У другој фази, температура полице ће се подићи на одговарајући начин у складу са својствима производа. Ова метода је погодна за производе са ниском тачком топљења. Ако су перформансе производа непознате и перформансе машине су лоше или њен рад није довољно стабилан, сигурније је користити овај метод. Ако је еутектичка тачка производа висока, степен вакуума система се може добро одржавати, а капацитет хлађења кондензатора је довољан, онда се одређена брзина загревања може усвојити да се температура полице подигне на максималну дозвољену температуру док не лиофилизација је завршена. Међутим, такође је неопходно осигурати да температура производа током сублимације масе не пређе еутектичку тачку. Ако је производ нестабилан на загревање, температура плоче друге фазе не би требало да буде превисока. Да би се побољшала брзина сублимације у првој фази, температура полица може се повећати на изнад максимално дозвољене температуре производа у једном тренутку; Када се фаза сублимације масе у основи заврши, температура полице ће се спустити на максимално дозвољену температуру. Иако су последње две методе побољшале брзину сублимације масе, способност против сметњи ће се сходно томе смањити, а изненадно смањење степена вакуума и капацитета хлађења или нестанак струје може да истопи производе. Разуман и флексибилан приступ првој методи је све чешћа метода која се данас користи.