812.2 — La sublimation
81221 - Théorie physique
Figure 227 - Schéma de principe d'un appareil à lyophiliser
(d'après REY L. 528)
.
.
-
Pour comprendre cette phase
..
de la lyophilisation nous reprendrons le rai—
_
_
sonnement effectué par REY sur la base de ses
}‘Pœgel
expériences en laboratoire (fig. 227)528. Le cas
|
envisagé est celui d‘une solution aqueuse congeTf
,
l
lée maintenue à une température finale cons—
|
!
tante
(if) inférieure à la température de
‘
congélation (Tc). L'appareil est supposé étan—
!
che ; initialement la pression de vapeur (p) dans
Subsæncssëohe
;
'
Glace de
l'enceinte A correspond à la pression de vapeur
\ |
A
5
saturante
de la glace à la température Tf. Si on
(p)
!
fait le vrde de manière à maintenir la pression en
lnterfaœ\ll_
;
A constamment en dessous de p, il se produit
€
une sublimation continue de la glace en vapeur
Ech
,
.' __' _l:_-' :_T;_IE
_ ÿ
pompe à vide
d'eau. La solution se déshydrate progressivement.
anüllon
;
_,
…
.
pg
La vapeur d'eau passe dans le piege frord B
"'
l
maintenu à une température T (piège) inférieure
à Tf ; elle se condense dans le piège si T (piège)
est
telle que la pression de vapeur d'eau
A_Bnceinle de déshydratation
saturante de
la glace
à cette température est
de condensation
inférieure
a
la pression (po) correspondant au
p :pressionàl'intérieur de l'enceinte de déshydratation
.
Vlde llmlœ donné par la pompe en B- La glace
Ti : température maintenue en dessous du point de congélation de l'échantillon
le condenseur“
Le
taux
,
de
T(Piège)
du
sublimation depend donc
surtout des tempera—
_
tures Tf et T (piégé). La vrtesse de deshydratatron
de la p°mp° à‘”d°
sera d'autant plus rapide que les différences de
pression (donc de température) entre 8 et A
seront grandes.
La sublimation ne peut se produire que si la température et la pression partielle de vapeur, de la
glace sont inférieures à celles d'un point particulier situé à l'intersection des courbes de fusion (fig. 228 1 et Z),_de
vaporisation (3-4) et de sublimation, (5-6) dit «point triple» (environ 0°C et 4,48 mm Hg pour l'eau). La sublimation
est une transformation endothermique, il s'agit donc d'une réaction qui absorbe des calories : il faut lui
fournir environ
680 kcal par kg d‘eau. Il est nécessaire d‘apporter de la chaleur jusqu‘au front de sublimation _|ur-même, mais
cet
apport doit être contrôlé avec précision afin d'éviter une fusion même partielle. La chaleur de sublimation est tourours
positive. D‘autre part le phénomène est réversible : directement de la phase vapeur à la phase solide
en
cas
d'abaissement accidentel de température ou d'augmentation de pression dans la zone en dessous du pornt triple (fig.
228, rectangle pointillé, flèche 5).
81222 - Les températures de sublimation
Le point triple de la fig. 228, c'est la Tms des fig. 225 et 226 pf_0Ch€
de laquelle t0UΑË5
les
‘
transformations (fusion, solidification, évaporation, condensation, sublimation)
sont P055'!3!e5'
alors que de Tms a T!VIS
va de la sublimation seule à un mélange de sublimation et d'évaporatron, celle-cr devenant
de
P US
PféDondérante. La zone des températures entre Tms et TMS est appelée la zone industrielle
de travail.
‘
la température près de Tms le produit obtenu est de première qualité (voir plus lorn fig. 232, zone 2) mars a tec nique
327
81221 - Théorie physique
Figure 227 - Schéma de principe d'un appareil à lyophiliser
(d'après REY L. 528)
.
.
-
Pour comprendre cette phase
..
de la lyophilisation nous reprendrons le rai—
_
_
sonnement effectué par REY sur la base de ses
}‘Pœgel
expériences en laboratoire (fig. 227)528. Le cas
|
envisagé est celui d‘une solution aqueuse congeTf
,
l
lée maintenue à une température finale cons—
|
!
tante
(if) inférieure à la température de
‘
congélation (Tc). L'appareil est supposé étan—
!
che ; initialement la pression de vapeur (p) dans
Subsæncssëohe
;
'
Glace de
l'enceinte A correspond à la pression de vapeur
\ |
A
5
saturante
de la glace à la température Tf. Si on
(p)
!
fait le vrde de manière à maintenir la pression en
lnterfaœ\ll_
;
A constamment en dessous de p, il se produit
€
une sublimation continue de la glace en vapeur
Ech
,
.' __' _l:_-' :_T;_IE
_ ÿ
pompe à vide
d'eau. La solution se déshydrate progressivement.
anüllon
;
_,
…
.
pg
La vapeur d'eau passe dans le piege frord B
"'
l
maintenu à une température T (piège) inférieure
à Tf ; elle se condense dans le piège si T (piège)
est
telle que la pression de vapeur d'eau
A_Bnceinle de déshydratation
saturante de
la glace
à cette température est
de condensation
inférieure
a
la pression (po) correspondant au
p :pressionàl'intérieur de l'enceinte de déshydratation
.
Vlde llmlœ donné par la pompe en B- La glace
Ti : température maintenue en dessous du point de congélation de l'échantillon
le condenseur“
Le
taux
,
de
T(Piège)
du
sublimation depend donc
surtout des tempera—
_
tures Tf et T (piégé). La vrtesse de deshydratatron
de la p°mp° à‘”d°
sera d'autant plus rapide que les différences de
pression (donc de température) entre 8 et A
seront grandes.
La sublimation ne peut se produire que si la température et la pression partielle de vapeur, de la
glace sont inférieures à celles d'un point particulier situé à l'intersection des courbes de fusion (fig. 228 1 et Z),_de
vaporisation (3-4) et de sublimation, (5-6) dit «point triple» (environ 0°C et 4,48 mm Hg pour l'eau). La sublimation
est une transformation endothermique, il s'agit donc d'une réaction qui absorbe des calories : il faut lui
fournir environ
680 kcal par kg d‘eau. Il est nécessaire d‘apporter de la chaleur jusqu‘au front de sublimation _|ur-même, mais
cet
apport doit être contrôlé avec précision afin d'éviter une fusion même partielle. La chaleur de sublimation est tourours
positive. D‘autre part le phénomène est réversible : directement de la phase vapeur à la phase solide
en
cas
d'abaissement accidentel de température ou d'augmentation de pression dans la zone en dessous du pornt triple (fig.
228, rectangle pointillé, flèche 5).
81222 - Les températures de sublimation
Le point triple de la fig. 228, c'est la Tms des fig. 225 et 226 pf_0Ch€
de laquelle t0UΑË5
les
‘
transformations (fusion, solidification, évaporation, condensation, sublimation)
sont P055'!3!e5'
alors que de Tms a T!VIS
va de la sublimation seule à un mélange de sublimation et d'évaporatron, celle-cr devenant
de
P US
PféDondérante. La zone des températures entre Tms et TMS est appelée la zone industrielle
de travail.
‘
la température près de Tms le produit obtenu est de première qualité (voir plus lorn fig. 232, zone 2) mars a tec nique
327