1、冷凍干燥機技術原理
 

　　冷凍干燥機又稱凍干機，其技術原理基于水的三相圖，水的三相點溫度為 -0.01℃，壓力為 610.5Pa，在此條件下，水、冰、水蒸氣三相共存且達到平衡。冷凍干燥就是將含水物料預先凍結，然后在低于三相點的溫度和壓力下，使物料中的冰直接升華成水蒸氣排出，從而獲得干燥制品的過程，主要分為預凍、升華干燥、解析干燥三個階段：
 

　　??預凍??：將物料置于冷凍干燥機的凍干箱內，通過制冷系統使物料溫度迅速降低至共晶點溫度以下(共晶點是物料中水分全部凍結時的溫度)，使物料中的水分凍結成冰。預凍的速度會影響冰晶的大小，快速預凍會形成較小冰晶，慢速預凍則形成較大冰晶，而冰晶大小會影響后續升華干燥的速率和產品的質量。
 

　　??升華干燥??：也叫第一階段干燥，預凍完成后，開啟真空系統，使凍干箱內的壓力降低到一定程度(一般低于 100Pa)，同時通過加熱系統對物料進行適當加熱。此時，物料中的冰在低溫、低壓條件下直接從固態升華為氣態的水蒸氣，水蒸氣通過放置在凍干箱和冷阱之間的冷凝器時，被冷凝成冰霜而除去，從而達到去除物料中自由水(未與物料結合的水)的目的。
 

　　??解析干燥??：也叫第二階段干燥，在升華干燥完成后，物料中還殘留有部分結合水(與物料以化學鍵或氫鍵結合的水)，這些結合水的吸附力較強，需要更高的溫度和更低的壓力才能去除。因此，進一步提高凍干箱內的溫度(但需控制在物料所能承受的范圍內，一般不超過物料的崩解溫度)，繼續降低壓力，使結合水從物料中解析出來并升華，從而得到含水量極低的干燥制品。
  

　　2、冷凍干燥機使用方法
 

　　??準備工作??
 

　　??檢查設備??：檢查冷凍干燥機的各個部件是否連接正常，制冷系統、真空系統、加熱系統等是否能夠正常運行。檢查冷阱是否清潔，有無結冰或雜物堆積。
 

　　??準備物料??：將需要干燥的物料進行預處理，如清洗、切片、裝盤等。物料應均勻地放置在物料盤中，物料盤的材質和規格應符合冷凍干燥機的要求。
 

　　??開機預熱??：接通冷凍干燥機的電源，開啟設備，讓設備進行預熱和自檢。預熱時間根據設備的型號和說明書的要求而定。
 

　　??預凍階段??
 

　　??裝載物料??：將裝有物料的物料盤放入凍干箱內的物料架上，確保物料放置平穩，避免在預凍過程中傾倒。
 

　　??設置預凍參數??：根據物料的性質和要求，設置預凍溫度和時間。一般來說，預凍溫度應低于物料的共晶點溫度，預凍時間根據物料的量和厚度而定，通常需要數小時。
 

　　??開始預凍??：啟動制冷系統，使物料開始預凍。在預凍過程中，要密切觀察物料的溫度變化，確保物料能夠凍結。
 

　　??升華干燥階段??
 

　　??抽真空??：當物料預凍完成后，關閉制冷系統的制冷功能(部分設備可自動切換)，開啟真空系統，開始對凍干箱內抽真空。抽真空的速度要適中，避免過快抽真空導致物料表面的冰晶融化。
 

　　??設置升華干燥參數??：設置升華干燥階段的溫度、壓力和時間。升華干燥階段的溫度一般控制在較低的水平，以避免物料中的冰晶融化；壓力要保持在較低的范圍，以保證冰能夠順利升華。升華干燥時間根據物料的量和性質而定，通常需要數小時至數十小時。
 

　　??監控過程??：在升華干燥過程中，要密切觀察凍干箱內的壓力、溫度和真空度的變化，以及物料的外觀和狀態。如有異常情況，應及時調整參數或停止設備運行。
 

　　??解析干燥階段??
 

　　??設置解析干燥參數??：當升華干燥完成后，進入解析干燥階段。設置解析干燥階段的溫度、壓力和時間。解析干燥階段的溫度要比升華干燥階段高，以去除物料中的結合水；壓力要進一步降低，以保證結合水能夠順利解析升華。
 

　　??繼續干燥??：啟動加熱系統，對物料進行加熱，同時繼續抽真空，使物料中的結合水解析升華。解析干燥時間根據物料的量和性質而定，通常需要數小時至數十小時。
 

　　??結束干燥??：當解析干燥完成后，物料的含水量達到要求，關閉加熱系統和真空系統，讓凍干箱內的壓力逐漸恢復到常壓。
 

　　??卸載物料??
 

　　??取出物料??：打開凍干箱的門，小心地取出干燥后的物料。干燥后的物料應具有良好的疏松性和復水性，且色澤、形狀和營養成分基本保持不變。
 

　　??清潔設備??：清理凍干箱內的物料殘渣和冰霜，清潔物料盤和設備內部的各個部件，保持設備的清潔和衛生。
 

　　3、冷凍干燥機的作用
 

　　??保持物料原有品質??：在低溫和低壓條件下進行干燥，避免了物料在高溫干燥過程中發生氧化、分解、變性等化學反應，能夠保持物料的原有色澤、香氣、味道、營養成分和生物活性。例如，在食品行業，冷凍干燥可以保留水果、蔬菜、肉類等食品的營養成分和風味；在制藥行業，能夠保證藥品的有效性和穩定性。
 

　　??延長物料保質期??：經過冷凍干燥處理后的物料，含水量極低，微生物和酶的活動受到抑制，從而大大延長了物料的保質期。而且干燥后的物料呈疏松多孔狀，具有良好的復水性，在需要使用時，只需加入適量的水，物料就能夠迅速恢復到原來的狀態。
 

　　??便于儲存和運輸??：冷凍干燥后的物料重量輕、體積小，降低了儲存和運輸成本。同時，由于其具有良好的穩定性和復水性，便于在常溫下儲存和長途運輸，特別適合于一些對儲存條件要求較高的物料，如生物制品、藥品、高檔食品等。
 

　　??適應特殊物料干燥??：對于一些熱敏性物料(如抗生素、酶、激素等)、易氧化物料(如油脂、維生素等)和具有復雜結構的物料(如生物組織、中藥材等)，傳統的干燥方法可能會導致物料的品質下降或損壞，而冷凍干燥機能夠很好地解決這些問題，為這些特殊物料的干燥提供了有效的解決方案。
  

　　4、冷凍干燥機參數組成
 

　　??凍干面積??：指凍干箱內能夠用于放置物料進行干燥的面積大小，通常以平方米(m²)為單位。凍干面積的大小決定了設備一次能夠處理的物料量，用戶可根據自己的生產需求選擇合適凍干面積的設備。
 

　　??冷阱溫度??：冷阱是用于捕獲升華出來的水蒸氣的部件，其溫度越低，捕獲水蒸氣的能力就越強，能夠保證凍干箱內的真空度。一般冷阱溫度可達 -40℃、 -60℃、 -80℃甚至更低，冷阱溫度越低，設備的性能越好，適用于對干燥要求較高的物料。
 

　　??極限真空度??：指凍干箱在密封且沒有任何氣體泄漏的情況下，能夠達到的真空度，通常以帕斯卡(Pa)為單位。極限真空度反映了設備的真空系統性能，極限真空度越低，說明設備的真空度越高，越有利于物料中冰的升華，提高干燥效率和產品質量。
 

　　??捕水能力??：也稱為冷阱捕水量，是指冷阱在一定時間內能夠捕獲的水蒸氣的最大量，通常以千克(kg)為單位。捕水能力決定了設備一次能夠干燥的物料含水量，用戶在選擇設備時，需要根據物料的含水量和干燥量來考慮設備的捕水能力。
 

　　??物料盤尺寸和數量??：物料盤的尺寸和數量決定了凍干箱內能夠放置物料的盤數和每盤物料的裝載量，不同的凍干機其物料盤的尺寸和數量可能不同，用戶可根據自己的物料形狀和裝載要求選擇合適的物料盤。
 

　　??功率??：指冷凍干燥機在運行過程中所消耗的電功率，通常以千瓦(kW)為單位。功率大小與設備的制冷系統、真空系統、加熱系統等的功率有關，功率越大，設備的運行能力越強，但同時也會消耗更多的電能。