板层温度和产品温度之间的关系

板层温度和产品温度之间的关系（一）

概要

冻干过程中，通常产品温度一直是最为大家所关注的。

本文回答一个最近被问到最多的，关于产品温度和板层温度之间关系的问题。

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问题：为什么一次干燥后期，产品温度会超过板层温度？

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解答这个问题之前，需要了解的基本理论：

1、可以先去复习一下：冻干的基本概念（一）中，热的概念一节。

2、大家是否还记得，每次线下课。我像个老婆婆一样一遍遍念叨，像个女教官一样严厉要求大家必须记住的，热由：传导、对流、辐射 三种方式进行传递。

传导、对流、辐射，在读文章的各位，也请跟着念三遍，并背下来。

所以，你的产品温度，也同样是由通过：传导、对流、辐射三种方式传递过来的热量决定。

让我们把这些效应翻译到冻干机上：

·       传导：就是你的板层温度。板层温度通过传导的方式，将热量传递给样品。

·       对流：就是你的真空度。中式型冻干机，我们默认所有区域对流导致的热量传递是相同的。工业型冻干机有可能出现真空度不均匀的现象，此处不深入讨论。

·       辐射：温度不同的区域，就会出现热辐射。温差越大，产生的热辐射能量越多。此内容的详细解释见：冻干过程中的温度测量

3、一次干燥结束，升华结束，不再存在升华过程吸收产品中的热量。于是产品温度和板层温度一致。

如果不明白这句话的解释，也可以复习：冻干过程中的温度测量以及一次干燥终点判断方法汇总

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当我们在一次干燥结束时，看到产品温度高于板层温度，是因为：

1、你的探头检测和显示给你的样品温度，是传导+对流+辐射三个效应一起作用而产生的温度。

2、传导是板层、对流为真空，默认相同。

3、辐射是和温度差有关的。当你的一次干燥板层温度设定值越低，腔体壁和板层之间的温差就越大，热辐射动力就越大。比如：板层温度-30℃，腔体壁15℃。那这之间的45℃就是辐射的动力。温差越大，辐射越多。

4、辐射还和你设备的保温有关。当你的设备保温做得越不好，辐射到样品的热量就越多。

5、辐射还和你的实验操作方法有关。中式冻干的用户，在后期的条件摸索中，强烈建议在样品周围放空瓶+用银色铝箔纸在样品周围做辐射保护+在腔体的透明门上蒙银色铝箔纸做热辐射保护。

6、样品温度和板层温度之间数值差异有多大，还和你使用的是何种探头有关。PT100温度探头的测温原理，是显示金属头包裹的所有区域的平均温度。热电偶是检测点的温度。所以PT100探头显示的数据偏差也会更大，和热电偶相比。

7、还和你放置探头的西林瓶所在板层的位置有关。同一板层上，不同位置西林瓶的温度也会不同（也是因为热辐射导致），详细解释见：冻干过程中的温度测量

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同样，大家也许还会观察到，在二次干燥后期，产品温度会低于板层温度，如下图右边的圈：

背后的原理，也是一样的。只是：

·       一次干燥过程中，板层温度低于环境温度，环境在给样品做热辐射；

·       二次干燥过程中，板层温度高于环境温度，环境给样品做冷辐射。

差异多大，要看大家工艺设定的温度，以及同样考察以上罗列出的各种变量。

关于产品温度的问题，还有：

·       为什么冻干曲线上，产品温度超过了塌陷温度，但产品是没问题的？

·       为什么有时候，尤其是在板层温度升温过程中，会出现产品温度突然降低的现象。

文章来源——冻干工艺之家公众号  •  星德科 TELSTAR 冻干工艺实验室