冷冻干燥的原理与过程
冷冻真空干燥（以下简称冻干）是一个稳定化的物质干燥过程。是将含水的物质，先冻结成固态，而后使其中的水分从固态直接升华变成气态排除，以除去水分而保存物质的方法。溶液状态的产品经冷冻处理后，先后经过升华和解吸作用，使产品中的溶剂减少到一定程度，从而阻止微生物的生成或溶质与溶剂间的化学反应，使产品得以长时间保存并保持原有的性质。
真空冷冻干燥法是液态→固态→气态的过程。在冻干过程中，溶质颗粒之间的“液态桥”已被冻成“固态桥”，两颗粒间的相对位置已经被固定下来，并且两颗粒之间不存在气液界面的表面张力。随着溶剂的不断升华，“固桥”不断减少，但两颗粒之间的相对位置已不再发生变化，直至“固态桥”完全消失。
一、水和溶液的性质
水有三态，固态、液态、气态。三种状态可以相互转化。对应0℃、610Pa以下所有过程，只要符合一定的条件都可成为升华过程。物质有固、液、汽三态。物质的状态与其温度和压力有关。水(H2O）的状态。三条曲线分别表示冰和水、水和水蒸汽、冰和水蒸汽两相共存时其压力和温度之间的关系。分别称为溶化线、沸腾线、升华线。此三条曲线分成I、II、III三个区域，分别称为固相区、液相区和气相区。箭头1、2、3分别表示冰溶化成水，水汽化成水蒸汽和冰升华成水蒸汽的过程。曲线OB的顶端有一点K，其温度为374℃，称为临界点。若水蒸汽的温度高于其临界温度374℃时，无论怎样加大压力，
水蒸汽也不能变成水。三曲线的交点为固、液、汽三相共存的状态，称为三相点，其温度为0.01℃，压力为610Pa。在三相点以下，不存在液相。若将冰面的压力保持低于610Pa，且给冰加热，冰就会不经液相直接变成气相，这一过程称为升华。
二、溶液的冷冻干燥过程
冻干溶液一般都是配置成含固体物质4%-25%的稀溶液。溶液里水的组成：
1、大部分水是以水分子的形式存在于溶液中的自由水。
2、少部分是吸附于固体物质晶格间隙中或以氢键方式结合在一些极性基因团上的结合水。
3、固定于生物体和细胞中的水，大部分也是可以冻结和升华的自由水。也含有一些不能冻结、很难去除的结合水。
冻干的目的就是在低温、真空环境中除去物质中的自由水和一部分吸附于固体晶格间隙中的吸附水。
三、冻干过程步骤
预冻结：预冻是将溶液中的自由水固化，赋予干后产品与干燥前有相同的形态，防止抽空干燥时起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不可逆变化发生。
溶液在冻结过程中，需过冷到冰点以下，其内产生晶核以后，自由水才开始以纯冰的形式结晶，同时放出结晶热，使其温度上升到冰点，随着晶体的生长，溶液浓度增加，当浓度到达共晶浓度，温度下降到共晶点以下时，溶液就全部冻结。
冷却速度愈快，过冷温度越低，所形成的晶核数量越多，晶体来不及生长就被冻结，形成的晶粒数量越多，晶粒也细。冷却速度慢，形成的晶粒数量越少，晶粒也粗大。冻干制品升华前，必须冻结到一定的温度，这个温度应设在制品的共熔点以下10至20℃左右，如不经过预冻直接抽真空，当压力降到一定程度时，液体就会被抽去。这种情况也叫蒸发，这种蒸汽叫做不饱和蒸汽，如果制品冻结不实而抽真空，液体中的气体迅速逸出而引起“沸腾”的现象。制品如在“沸腾”中冻结，有部分可能逸出瓶外，引起药物损失或使制品表面凹凸不平。由此可见，共熔点的温度是保证产品正常干燥的最安全的温度，只能比它低，不能高于共溶点温度。
四、升华干燥（一次干燥）
将冻结后的产品置于一闭的真空容器中加热，其冰晶就会升华成水蒸气逸出而使产品脱水干燥。干燥是从外表面开始逐步向内推移的，冰晶升华后残留的空隙变成尔后升华水蒸气的逸出通道。升华所需的热量由以下几种途径得到：固体的传导，辐射，气体的对流。
产品升华时受以下几个温度限制：产品冻结部分的温度应低于产品共溶点的温度。产品干燥部分的温度要低于其崩解温度或容许的最高温度（不烧焦或性变）。最高搁板温度。
五、解析干燥（二次干燥）
第一阶段干燥是将水以冰晶的形式除去，因此其温度和压力都必须控制在产品共溶点以下，才不使冰晶溶化。对于吸附水，由于其吸附能量高，如果不提供足够的能量，水就不可能从吸附中解析出来。为了
使解析出来的水蒸气有足够的推动力逸出产品，必须使产品内外形成较大的蒸汽压差，所以箱体内要保持高真空。第二阶段干燥后，产品残余水分的含量一般可以控制在0.4%-4%之间。
冷冻干燥的原理及操作步骤 冷冻干燥（Freeze Drying），也叫冷冻真空干燥，是一种将物质经冷冻处理后，在低压下蒸发水分的技术。它广泛应用于食品工业、制药工业、生物工程等领域。冷冻干燥的原理是利用物质在减压条件下过冷时，从固态直接转变为气态，这个过程称为升华。在这个过程中，物质的水分被蒸发掉，而其他营养成分、香气和味道得以保持和最大限度地保留。 冷冻干燥的操作步骤如下： 1. 物料准备：根据需要冷冻干燥的物料，选择合适的原料，保证其质量和营养价值。对于食品来说，要选择新鲜和优质的食材，而对于药品来说，要选择合适的活性成分。 2. 冷冻：将物料以适当的方式冷冻，通常是通过低温环境下进行快速冷冻，以保留物料的营养成分和品质。冷冻温度和冷冻时间取决于物料的性质和要求。 3. 主要：将冷冻好的物料转移到冷冻干燥设备的主要部分。主要部分通常包括真空腔室、加热板和冷凝器等。将物料放置在加热板上，并在真空腔室中建立适当的真空环境。 4. 升华：加热加热板，使物料升华。通过提供适当的加热和真空条件，将物料中的水分从固态转变为气态。水分从物料中蒸发出来，并在冷凝器中凝结。
5. 脱气：将水分从设备中排出，以便维持较低的压力。这一步骤通常需要反复进行，以确保设备中没有多余的水分。可用加热或局部真空回退等方式来加速脱气过程。 6. 收回：将冷凝的水分收回，以便进一步利用。收回的水分可以作为再利用的水源，以减少水资源的浪费。 7. 制品包装：冷冻干燥后的制品通常需要进行包装，以保持其干燥状态。透明的塑料袋、瓶子或铝罐等都可以作为合适的包装材料。包装后的制品应存放在干燥、低温和密封的环境中，以保持其质量和保存期限。 冷冻干燥技术广泛应用于食品工业、制药工业和生物工程等领域。它可以保持食品的营养成分和风味，并延长其保质期；在制药工业中，冷冻干燥可以保留药品的活性成分并提高其稳定性；在生物工程中，冷冻干燥可以保留细胞活性和酶的活性。 冷冻干燥的原理和操作步骤对于实现物料的干燥和长期储存具有重要意义。它是一种高效、温和及可控的干燥技术，具有较高的生产效率和良好的产品质量。
冷冻干燥的原理与过程 冷冻真空干燥（以下简称冻干）是一个稳定化的物质干燥过程。是将含水的物质，先冻结成固态，而后使其中的水分从固态直接升华变成气态排除，以除去水分而保存物质的方法。溶液状态的产品经冷冻处理后，先后经过升华和解吸作用，使产品中的溶剂减少到一定程度，从而阻止微生物的生成或溶质与溶剂间的化学反应，使产品得以长时间保存并保持原有的性质。 真空冷冻干燥法是液态→固态→气态的过程。在冻干过程中，溶质颗粒之间的“液态桥”已被冻成“固态桥”，两颗粒间的相对位置已经被固定下来，并且两颗粒之间不存在气液界面的表面张力。随着溶剂的不断升华，“固桥”不断减少，但两颗粒之间的相对位置已不再发生变化，直至“固态桥”完全消失。 一、水和溶液的性质 水有三态，固态、液态、气态。三种状态可以相互转化。对应0℃、610Pa以下所有过程，只要符合一定的条件都可成为升华过程。物质有固、液、汽三态。物质的状态与其温度和压力有关。水(H2O）的状态。三条曲线分别表示冰和水、水和水蒸汽、冰和水蒸汽两相共存时其压力和温度之间的关系。分别称为溶化线、沸腾线、升华线。此三条曲线分成I、II、III三个区域，分别称为固相区、液相区和气相区。箭头1、2、3分别表示冰溶化成水，水汽化成水蒸汽和冰升华成水蒸汽的过程。曲线OB的顶端有一点K，其温度为374℃，称为临界点。若水蒸汽的温度高于其临界温度374℃时，无论怎样加大压力，
水蒸汽也不能变成水。三曲线的交点为固、液、汽三相共存的状态，称为三相点，其温度为0.01℃，压力为610Pa。在三相点以下，不存在液相。若将冰面的压力保持低于610Pa，且给冰加热，冰就会不经液相直接变成气相，这一过程称为升华。 二、溶液的冷冻干燥过程 冻干溶液一般都是配置成含固体物质4%-25%的稀溶液。溶液里水的组成： 1、大部分水是以水分子的形式存在于溶液中的自由水。 2、少部分是吸附于固体物质晶格间隙中或以氢键方式结合在一些极性基因团上的结合水。 3、固定于生物体和细胞中的水，大部分也是可以冻结和升华的自由水。也含有一些不能冻结、很难去除的结合水。 冻干的目的就是在低温、真空环境中除去物质中的自由水和一部分吸附于固体晶格间隙中的吸附水。 三、冻干过程步骤 预冻结：预冻是将溶液中的自由水固化，赋予干后产品与干燥前有相同的形态，防止抽空干燥时起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不可逆变化发生。 溶液在冻结过程中，需过冷到冰点以下，其内产生晶核以后，自由水才开始以纯冰的形式结晶，同时放出结晶热，使其温度上升到冰点，随着晶体的生长，溶液浓度增加，当浓度到达共晶浓度，温度下降到共晶点以下时，溶液就全部冻结。
冷冻干燥机工作原理 冷冻干燥机是一种常用的工业设备，它通过将物料冷冻至极低温，然后在真空 环境下将其中的水分直接升华，从而实现干燥的目的。冷冻干燥技术被广泛应用于食品、药品、生物制品等领域，其工作原理复杂而精密。本文将对冷冻干燥机的工作原理进行详细介绍。 首先，冷冻干燥机的工作原理涉及到三个主要的过程，冷冻、干燥和升华。在 冷冻过程中，物料被放置在低温冷冻室内，通过降低温度将其中的水分冻结成固态。接下来是干燥过程，冷冻室内的压力被调整到低于常压，此时冻结的水分会直接升华成水蒸气而不经过液态。最后是升华过程，通过加热冷冻室内的板状物料，将其中的水分完全升华并排出，从而实现干燥的目的。 冷冻干燥机的工作原理中涉及到了许多关键的设备和部件。首先是冷冻系统， 其主要包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等组件。压缩机将低温低压的蒸汽吸入，通过增压将其压缩成高温高压的蒸汽，然后通过冷凝器进行冷却，使其冷凝成高压液体。膨胀阀将高压液体蒸发成低温低压的蒸汽，然后通过蒸发器将其中的热量吸收，从而实现冷冻的目的。 另外，冷冻干燥机中的真空系统也是至关重要的。真空系统通过泵将冷冻室内 的空气和水分抽出，从而创造出低压环境，促进水分的升华。同时，加热系统也是不可或缺的一部分，它通过对冷冻室内的物料进行加热，将其中的水分升华并排出，从而实现干燥的目的。 在冷冻干燥机的工作过程中，控制系统起着至关重要的作用。控制系统可以监 测和调整冷冻室内的温度、压力和湿度等参数，确保整个干燥过程稳定可靠。同时，控制系统也可以对冷冻干燥机进行自动化操作，提高生产效率和产品质量。 总的来说，冷冻干燥机的工作原理涉及到了冷冻、干燥和升华等多个关键过程，同时也涉及到了冷冻系统、真空系统、加热系统和控制系统等多个关键设备和部件。
冷冻干燥技术原理 冷冻干燥的工艺可以分为三个主要步骤：冷冻、干燥和亚化。以下将 详细介绍每个步骤的原理： 1.冷冻： 冷冻是冷冻干燥过程的第一步，通过将食物制成冰晶状态来减少温度。冷冻的目的是将水分转化为固态，从而减少在干燥过程中水分的蒸发。食 物通常在低于0摄氏度（通常为-20至-50摄氏度）的温度下冷冻。 冷冻的原理是利用温度较低的环境使水分分子停止运动，从而减慢水 分分子的活动性和蒸发速度。在低温下，水分分子将凝固为冰晶，从而减 少蒸发。此外，低温还能减少食物受微生物和其他生物污染的风险。 2.干燥： 干燥是冷冻干燥技术的核心步骤，通过将食物在真空环境下暴露，使 水分以固态升华的方式从食物中脱离，从而将食物中的水分去除。干燥的 目的是减少食物的水分含量，并保持其物理和化学特性。 干燥的原理是利用真空环境下的低压力，水分以气态形式升华。该过 程称为升华，水分通过此过程从食物中转化为气体，而没有经过液态的阶段。真空状态下的低压力可降低水分的沸点，使水分从食物中直接转化为 气体。此外，干燥过程中，通过增加温度来加快水分的升华速度。 3.亚化： 亚化是冷冻干燥过程的最后一步，通过加热冷冻干燥后的食物以去除 任何残余的水分。亚化的原理是将食物加热至略高于冷冻干燥时使用的温度，以融化残留的冰晶，并使其蒸发为水蒸气。
亚化过程的目的是去除冷冻干燥过程中保留的冰晶，以保持食物的质 量和口感。没有经过亚化的食物可能会成为硬而脆的物质，丧失食用价值。 总之，冷冻干燥技术通过将食物冷冻、干燥和亚化来实现长期储存。 该技术的原理是在低温下通过制造冰晶，然后在真空环境中蒸发水分使其 升华，最后加热融化冰晶并蒸发残留水分。这种处理可以使食物更长时间 地保持其质量并延长其保质期。
冷冻干燥的原理 冷冻干燥，又称冷冻干燥法，是一种将易腐败的生物制品在低温下冻结，然后 通过升华的方式将其中的水分去除的干燥方法。这种方法可以保持物质的原有形态和活性，是一种常用的生物制品保存和加工方法。那么，冷冻干燥的原理是什么呢？ 首先，冷冻干燥的过程分为三个阶段，冷冻阶段、升华阶段和干燥阶段。在冷 冻阶段，生物制品被放置在低温环境中，使得其中的水分迅速冻结成冰。这一步的目的是为了在后续的升华阶段能够更容易地去除水分。在升华阶段，通过提高环境的温度和降低压力，使得冰直接从固态升华为气态，绕过液态的过程，这就是升华的原理。最后，在干燥阶段，通过提高温度，将冷冻的生物制品中的水分逐渐蒸发掉，从而完成整个冷冻干燥的过程。 冷冻干燥的原理主要是利用了物质的三态变化特性。首先是冷冻阶段利用了水 的冰冻特性，使得水分迅速凝固成固态，这样在后续的升华阶段可以更容易地去除水分。其次是升华阶段利用了物质的升华特性，使得冰直接从固态升华为气态，绕过了液态的过程，从而避免了生物制品在干燥过程中受到热量的伤害。最后是干燥阶段，通过提高温度，将冷冻的生物制品中的水分逐渐蒸发掉，从而完成整个冷冻干燥的过程。 冷冻干燥的原理还涉及到了温度和压力的控制。在冷冻阶段，需要将生物制品 冷冻到足够低的温度，以确保水分能够迅速凝固成冰。在升华阶段，需要通过降低压力和提高温度，使得冰能够直接升华为气态。在干燥阶段，需要逐渐提高温度，将水分蒸发掉，但又不能提高得过快，以免对生物制品造成热损伤。 总的来说，冷冻干燥的原理是通过控制温度和压力，利用物质的三态变化特性，将生物制品中的水分去除，从而实现对生物制品的干燥和保存。这种方法可以保持物质的原有形态和活性，是一种非常有效的生物制品加工和保存方法。
冷冻式干燥机工作原理、操作事项 1、冷冻式干燥机系统流程图 2、工作原理 ※潮湿高温的压缩空气流入前置冷却器〔高温型专用〕散热后流入热交换器与从蒸发器排出来的冷空气进行热交换，使进入蒸发器的压缩空气的温度降低。 换热后的压缩空气流入蒸发器通过蒸发器的换热功能与制冷剂热交换，压缩空气中的热量被制冷剂带走，压缩空气迅速冷却，潮湿空气中的水份到达饱和温度迅速冷凝，冷凝后的水分经凝聚后形成水滴，经过独特气水别离器高速旋转，水分因离心力的作用与空气别离， ① 压缩机 ⑨ 压力表 ⑩ 气枪 ⑧ 前置冷却器 ⑥ 气水别离器 ⑤ 储液器 ④ 蒸发器 ② 冷凝器 ③ 节流阀 ⑦ 自动排水器 ⒁ 压缩空气进口 ⒀ 热气旁通阀 ⑿ 高低压保护开关 ⑾ 干燥过滤器 ⑿ ⑤ ④ ⑾ ③ ② ① ⑨ ⑥ ⑩ ⑦ ⑧ ⒂ 干燥空气出口 ⒂ ⒀ ⒁ ⒃ 预冷回热器 ⒃
别离后水从自动排水阀处排出。经降温后的空气压力露点最低可达2℃。 降温后的冷空气流经空气热交换与入口的高温潮湿热空气进行热交换，经热交换的冷空气因吸收了入口空气的热量提升了温度，同时压缩空气还经过冷冻系统的二次冷凝器〔同行独有的设计〕与高温的冷媒再次热交换使出口的温度得到充分的加热，确保出口空气管路不结露。同时充分利用了出口空气的冷源，保证了机台冷冻系统的冷凝效果，确保了机台出口空气的质量。 3、机台主要仪表及主要控制开关说明 机台的主要仪表由压缩机空气压力表、冷媒高压表、冷媒低压表组成；主要控制器由ON/OFF按钮开关、冷冻系统高低保护开关、防冻开关组成。 ①、空气压力表安装在仪表盘上，用于显示机台压缩空气的压力。表上由假设干刻度组成，表内下方Mpa和中Kg/CM2代表的是压力的单位值。读取压力数值时，观察表上指针对应的刻度值加上其相对的单位值即可。 ②、冷媒低表安装在仪表盘上，用于显示冷冻系统的低压端的压力或温度，表上由假设干刻度组成，读法与高压表相同。 4、主要控制器 ①、ON/OFF按鈕開關安裝在機台的儀錶盤上，用於控制機台的運行與停止。 ②、冷凍系統高低壓保護開關安裝在機台內，用於控制冷凍系統高壓端及低壓端的壓力，防止機台的壓力超過使用範圍而造成設備的損壞。