流體冰兼具液體水的流動性與固體冰的潛熱特性，融合了水和冰的優(yōu)異屬性，在暖通領域展現(xiàn)出廣闊的應用潛力。流體冰不僅流動性良好，其內(nèi)部的冰晶還具備一定的機械強度，使其適用于工業(yè)管道的清洗工作。采用流體冰進行工業(yè)管道的清洗，能夠有效避免引入外部雜質(zhì)。流體冰技術起源于海洋漁業(yè)資源保鮮的需求，本文將基于其技術特點，探討其在制藥領域的潛在應用
流體冰，亦稱流態(tài)冰或冰漿，是一種冰含量介于 0 ～ 40% 的流體形態(tài)，由無數(shù)微小的冰晶與水溶液混合而成。采用尖端技術制備的冰晶呈圓形球體，避免了碎冰或片狀冰的尖銳或鋸齒狀邊緣。這些微小的冰晶顆粒直徑通常在 0.25 ～ 0.50 mm 之間。該技術最初于 1978 年由 Sunwell Engineering Inc.在加拿大獲得專利，流體冰的制冰機如圖 1 所示。流體冰技術起源于遠洋捕魚業(yè)的需求，因為在捕撈上岸的魚類快速預凍過程中，需使用不會損傷魚體表面的冰晶。因此，冰晶的球形設計能確保覆蓋預冷時不會劃傷產(chǎn)品。
圖1 流體冰制冰機
流體冰的比熱遠高于水，這是由于其潛熱的存在。相較于普通冰，流體冰具有更大的比表面積，因此在制冷應用中表現(xiàn)更佳。圖2 展示了流體冰與其他類型冰的比表面積對比。從圖 2 中可以明顯看出，流體冰的比表面積數(shù)值顯著高于其他類型冰。在使用流體冰進行物料冷卻時，物料幾乎可以被流體冰完全覆蓋，從而實現(xiàn)最佳的降溫效果。圖2 物料的比表面積（單位：m2/t）
盡管國內(nèi)已有仿制流體冰制冰機的供應商，但由于目前技術尚未成熟，所制備的冰晶難以完全呈現(xiàn)球狀顆粒。這樣的冰晶在覆蓋被冷卻物料時，可能會導致物料表面受損。當然，如果對這種損傷可以接受，那么可以考慮嘗試使用。由于流體冰具有豐富的相變潛熱，它被廣泛應用于快速預冷、蓄冷保鮮以及制冷領域。尤其在超市貨架保鮮方面。流體冰是一種先進的制冷介質(zhì)，由微小的冰晶與水或鹽水混合而成。圖3 展示了流體冰系統(tǒng)相較于冷卻水系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢。從圖 3 中可以看出，在冷卻能力方面，隨著流體中冰含量的增加，其冷卻能力是 7℃水的數(shù)倍。在工程設計參數(shù)如流量和壓力方面，流體冰也顯示出優(yōu)于冷凍水的性能。若用流體冰替代冷凍水，可以顯著降低設備的初次投資成本。例如，潔凈空調(diào)箱若從使用冷凍水改為使用流體冰進行冷卻，表冷器的容量和冷媒輸送管道的管徑都可以大幅縮小。在制藥生產(chǎn)過程中，許多生物制品含有蛋白質(zhì)、多肽、核酸等生物大分子，這些分子的結構和活性對溫度非常敏感。對于蛋白質(zhì)類生物制品，必須考慮其熱穩(wěn)定性。高溫可能導致其空間結構改變，從而失去生物活性。而低溫能夠減緩分子的熱運動，降低化學反應速率，有助于保持其結構和功能的穩(wěn)定性。因此，這類制品通常需要在 -20 ～ -80℃的溫度下保存，對于某些特別不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)，甚至可能需要液氮儲存（-196℃）。對于核酸類生物制品，同樣需要特定的溫度條件以維持其完整性和活性。例如 DNA 和 RNA，盡管它們對溫度的穩(wěn)定性相對較高，但長期儲存仍需在 -20℃～ -80℃的低溫環(huán)境中，以防止核酸的降解。此外，一些生物制品可能還包含易氧化（如某些含巰基的蛋白質(zhì)）或易水解的成分，不合宜的溫度可能加速這些化學反應，影響產(chǎn)品質(zhì)量。生物制品原液（DS）一般為液體狀態(tài)，在加工成制劑前都需要低溫保存。儲存溫度通常根據(jù)產(chǎn)品不同而定，發(fā)范圍在 -10 ～ -80 之間。低溫條件下，能有效抑制微生物的生長和繁殖，降低 DS 污染和變質(zhì)的風險。DS 在完成除微生物、病毒及下游純化后，一般呈現(xiàn)液體狀態(tài)。因此，通常會將其灌裝進一次性生物袋內(nèi)，然后送入冰柜或低溫冷庫內(nèi)保存。鑒于上述原因，DS 在灌裝進一次性生物袋后，希望整體物料能迅速降溫。然而，如果直接將裝有液體 DS 的一次性生物袋放入冰柜或低溫冷庫內(nèi)，降溫過程依賴于空氣對流進行熱交換，會導致生物袋內(nèi)物料的降溫速率較慢。如果能夠?qū)⒀b有物料的一次性生物袋用流體冰來覆蓋，那么其降溫速率將比直接放入冰柜或冷庫都要快，待溫度降至一定程度后，再移入冰柜或低溫冷庫。流體冰含有小顆粒的球形冰，在流動過程中產(chǎn)生的徑向擾動和軸向摩擦，賦予了其卓越的清洗能力。流體冰作為管道清洗介質(zhì)，在清洗管道內(nèi)黏稠的水溶性物料方面具有顯著優(yōu)勢。在工業(yè)化裝備的實際應用中，適用于發(fā)酵液輸送管道、牛奶輸送管道、中藥浸膏及化妝品輸送管道的清洗。冰顆粒能有效去除壁面沉積物和微生物膜，清洗效率比傳統(tǒng)沖洗技術高出千倍以上。與傳統(tǒng)以水為介質(zhì)的清洗技術相比，流體冰可減少 50% 以上的用水量，并且清洗時間也能縮短一半以上。流體冰是管路和容器清洗技術中最高效、最環(huán)保的高新技術之一。流體冰是一種由冰顆粒和水溶液組成的均勻兩相混合物。它具有高冰冷能量和快速冷卻速度，且在冷卻過程中溫度基本保持不變，是理想的制冷和食品保鮮介質(zhì)。因此，流體冰適用于食品保鮮和預冷，特別是在 DS 冷凍之前的預冷階段。由于流體冰在熱交換過程中發(fā)生相變，其釋放的冷量遠超冷凍水。使用流體冰作為冷媒介質(zhì)，可以顯著減少過程裝備的容量，包括換熱器的容量和輸送管道直徑的大小等。另一方面，流體冰中的小顆粒球形冰在流動過程中的徑向擾動和軸向摩擦，使其具備了出色的清洗能力。它廣泛適用于發(fā)酵液輸送管道、牛奶輸送管道、中藥浸膏及化妝品輸送管道的原位清洗，國外還有用于市政供水管道清洗的案例。流體冰技術已在日本、美國、英國、荷蘭、冰島以及大洋洲等得到廣泛應用。在南非、智利、納米比亞的漁業(yè)和采礦空調(diào)領域也有一定的應用。目前，國際制冷公司如日本大金、美國 JOHNSON CONTROL 根據(jù)技術轉(zhuǎn)讓合同生產(chǎn)不同類型的流體冰制冰機。流體冰技術尚未在中國大規(guī)模引進、開發(fā)和應用，主要原因是現(xiàn)有制冰機成本偏高，對流體冰系統(tǒng)和應用技術了解不足。隨著國內(nèi)對高效、節(jié)能和環(huán)保技術的日益重視以及對高品質(zhì)食品需求的增長，流體冰技術可望在多個領域得到廣泛應用。流體冰技術是當前制冷、空調(diào)、食品加工及過程工程中最有潛力的高科技之一。
