冷冻干燥原理
冷冻干燥的原理和优缺点
冷冻干燥的原理和优缺点
冷冻干燥（Freeze-drying）是一种将食物或其他物质从液态直接转变为固态的过程，通过在低温下去除水分，保留物质的结构和营养成分。
下面是冷冻干燥的原理和优缺点：
原理：
1. 冷冻：将物质在低温下迅速冷冻，使水分形成冰晶。
2. 减压：通过减小环境压力，将冰晶转变为气体，称为升华过程。
在这个过程中，水直接从固态转变为气态，绕过了液态阶段。
3. 除湿：升华的水蒸气通过吸附剂或凝结器去除，使物质中的水分得以彻底去除。
优点：
1. 营养保留：冷冻干燥过程中，物质的结构和营养成分很好地保留下来，因为在低温下水分直接转变为气体，减少了热和氧化对物质的影响。
2. 长期保存：冷冻干燥的产品具有较长的保质期，因为去除水分可以防止微生物生长和食物变质。
3. 重量轻、容易携带：冷冻干燥后的产品体积小，重量轻，便于携带和储存。
4. 方便使用：冷冻干燥产品在使用前通常只需加水或加热即可恢复到原来的状态。
缺点：
1. 成本高：冷冻干燥是一种相对昂贵的过程，需要专业的设备和技术。
2. 耗时较长：冷冻干燥是一个相对耗时的过程，需要较长的时间来完成。
3. 某些物质质量变化：某些物质在冷冻干燥过程中可能发生质量变化，如颜色、口感等。
总的来说，冷冻干燥是一种有效的食品保存和物质处理方法，具有保留营养、长期保存和便于使用的优点，但也存在成本高和某些物质质量变化的缺点。
冷冻干燥技术《冷冻干燥原理》
冷冻干燥技术《冷冻干燥原理》冷冻干燥技术是一种将固体物质去除水分的方法，通过将物质在低温下冷冻使其水分结冰，然后加入适当的真空条件下，通过升温使冰直接从固态转变为气态，从而去除物质中的水分，得到干燥的物质。
冷冻干燥技术广泛应用于食品、生物、医药等行业。
以下是详细的冷冻干燥原理介绍。
首先，需要将待干燥的物质进行冷冻处理，把其温度降至冰点以下。
低温会使水分子快速移动变缓，导致水分子逐渐凝结为冰晶，从而达到减少水分的目的。
为了加速冷冻过程，常常采用冷冻液或冷冻机组来提供冷源，使物质迅速冷却。
然后，在冷冻的基础上，需要施加适当的真空条件，以创建一个低压环境。
低压环境可以促使水分从固态向气态的跃迁，而无需通过液态阶段。
此时，环境中的压力低于水的三相点，冰会在低压作用下直接从固态转变为气态，这个过程称为升华。
在低压条件下，水分子会从固态冰晶形式直接转变为水蒸气，从而远离干燥物质。
在干燥的过程中，还需要考虑暖升时间，即加热使冰晶升华为水蒸气的过程。
升温过程需要相对较长的时间，以允许冰晶逐渐加热并从固态转变为气态。
这个过程通常是通过加热干燥室中的热量来实现的。
此外，在升温过程中，还需要加入适量的辅助气体，通常采用惰性气体，如氮气或干燥空气。
辅助气体的作用是帮助水蒸气迅速迁出干燥室，保持较高的干燥效率。
最后，为了避免干燥物质在升温过程中受到水分的再吸收，通常会在干燥室外围设置冷凝器。
冷凝器以低温的方式来迅速冷却由干燥物质释放的水蒸气，将其冷凝成液态水，以保持物质的干燥状态。
总体上，冷冻干燥技术的原理是通过将物质在低温下冷冻结冰，然后在适当真空条件下通过升温使冰从固态转变为气态，从而去除物质中的水分。
这种方法可以保持物质的原有结构和活性成分，避免了传统热干燥方法中因高温而造成的形态和功能的改变，被广泛应用于食品、生物、医药等领域中的物质干燥和保护。
简述冷冻干燥工艺的原理
简述冷冻干燥工艺的原理
冷冻干燥工艺是一种通过冷却、真空、加热等多重工艺步骤将液态物质（如药物、食品等）转换成干燥粉末的技术。
其基本原理是利用物质的三相变化（固态、液态、气态）来实现物质的干燥过程。
具体原理如下：
1. 冷冻：将液态物质在低温下冷冻成为固体，从而减缓或阻止水分子的活动，使物质处于稳定的固态状态。
2. 减压：将冷冻固体在真空环境中加热，造成水分子的升华，从固态直接转变为气态，减少干燥过程中水分子对物质的破坏。
3. 冷凝：将水分子升华为水蒸气后，通过冷凝器将水蒸气转变为液态，从而保证水分子不会再次附着在干燥物质上。
4. 除气：通过加热干燥室中的物体，逐渐升高干燥室中的压力，使物质中还存在的残留水分分子升华到气态，在真空环境中通过冷凝器凝结、去除水分子。
通过以上步骤，达到将液态物质转变为干燥粉末的目的。
在整个工艺过程中，通过控制温度、压力等参数，使物质能够以最优的状态完成干燥，从而保证其质量。
冷冻干燥的原理及特点
冷冻干燥的原理及特点冷冻干燥是一种将物质从液态直接转化为气态，并在保持物质原有性质的同时将其固定在干燥剂中的技术。
它被广泛应用于生物技术、食品工业、药品工业和材料科学等领域。
以下是冷冻干燥的原理及特点的详细介绍。
1. 原理冷冻干燥的原理是将液态物质在低温情况下进行冷冻，然后通过减压使水分转移到气态，达到干燥的目的。
在干燥过程中，物质的温度和压力均控制在特定的范围内，以避免物质的化学和物理变化，同时也能保持原有的物理和化学性质。
最终生产出来的干燥物质是一种非常稳定的产品，其质量和保质期可大大提高。
2. 特点（1）保持物质的原有性质由于冷冻干燥的干燥过程是在低温下进行的，而且在干燥的过程中尽可能地采用了低压减少蒸发，这样就保证了物质的原有性质不会发生改变，包括物质的颜色、形状、味道和化学性质等。
（2）长期保存冷冻干燥制成的产品寿命很长，通常可以保存3-5年，这是由于干燥处理过程中将水份蒸发掉，完全除去了霉菌和细菌，使制品的耐储性大大提高了。
（3）不影响营养相比其他干燥方法，冷冻干燥过程虽然更加复杂，但干燥后的产品却能够保留更多的营养成分。
这是因为在低温冷冻的过程中，物质的营养成分不会随水一并挥发。
所以冷冻干燥特别适用于干燥奶制品、水果、蔬菜等食品。
（4）压力低冷冻干燥的过程和产品特点决定了其干燥时间长、所需压力小，因此干燥质量更容易控制，同时也降低了成本。
总之，冷冻干燥对不同领域的材料和产品的干燥都非常适用。
它保留了物质原有的性质，在干燥的同时不会影响其营养，并且干燥制成的产品具有极长的保质期。
因此，冷冻干燥成为现代科研、工农业等领域中不可替代的重要技术。
食品冷冻干燥的原理
食品冷冻干燥的原理食品冷冻干燥是一种常用的食品保鲜和加工方法。
它通过将食品在低温下冷冻，然后将冷冻的食品在真空条件下加热，使水分从食品中直接转化为水蒸气，达到干燥的目的。
食品冷冻干燥的原理主要涉及到三个关键步骤：冷冻、干燥和真空。
食品冷冻干燥的第一步是冷冻。
将食品放入低温环境中，一般为零下20度至零下50度的温度范围内，使食品迅速冷却。
冷冻的目的是将食品中的水分转化为冰晶形式，从而减少食品中的水分含量。
接下来是干燥的过程。
在冷冻后，食品中的冰晶会转化为水蒸气，这个过程称为升华。
升华是物质从固态直接转化为气态的过程，跳过了液态阶段。
在冷冻食品中，通过升华过程将水分从食品中脱除，可以保持食品的营养成分和口感。
最后是真空的环境。
在干燥的过程中，为了加速水分的升华，需要在食品周围建立一个真空环境。
真空环境下的压力较低，可以降低水的沸点，使水分更容易从固态转化为气态。
同时，真空环境下还可以减少氧气的存在，防止食品氧化和变质。
食品冷冻干燥的原理，可以通过控制冷冻和干燥的时间、温度和真空度来实现。
首先，冷冻的时间和温度要根据不同食品的特性来调整，以确保食品能够充分冷冻。
然后，干燥的时间和温度也需要根据食品的特性来调整，以保持食品的质量和营养成分。
最后，真空的度数也需要根据食品的特性来选择，以保证水分充分升华。
食品冷冻干燥的原理有许多优点。
首先，由于食品在低温下进行干燥，可以大大减少食品的营养流失，保持食品的色、香、味和口感。
其次，冷冻干燥可以在食品中保留多种活性成分，如维生素和酶等，有助于提高食品的保健功能。
此外，冷冻干燥后的食品体积轻巧，易于储存和运输，延长了食品的保质期。
然而，食品冷冻干燥也存在一些局限性。
首先，冷冻干燥的过程时间较长，会增加生产成本。
其次，由于需要建立真空环境，设备成本也较高。
此外，某些食品在冷冻干燥过程中可能会发生结构变化，影响食品的口感。
总结起来，食品冷冻干燥是一种常用的食品保鲜和加工方法。
冷冻干燥机的工作原理
冷冻干燥机的工作原理
冷冻干燥机是一种常用的干燥设备，其工作原理可以简单描述为以下几个步骤：
1. 制冷：冷冻干燥机借助制冷系统将工作室内的温度降至低于冰点的温度。
通常使用的制冷剂有氨、氟利昂等。
2. 冷凝：湿润的物质（例如液体或气体）通过冷凝器的冷却表面，使其温度下降，从而使水蒸气转化为液态水。
3. 蒸发：将冷凝的物质（液态水）转化为气态水蒸气。
此过程中，冷冻干燥机会提供适当的环境和条件，使水分以气态形式释放出来。
4. 吸附：将产生的水蒸气从工作室内吸附到吸附剂上。
吸附剂通常是一种具有高吸湿性的材料，例如硅胶。
5. 脱附：当吸附剂吸收到饱和水分后，需进行脱附，即将吸附剂置于恒温恒湿的条件下，通过加热使水分脱离吸附剂。
6. 排水：干燥后的物质脱水排出，获得干燥的产品。
通过上述步骤的循环运行，冷冻干燥机可以将含有水分的物质进行干燥处理，将水分从物质中去除，得到保持原始形状的干燥产品。
这种干燥方法适用于许多领域，包括食品、药品、化工等。
冷冻干燥原理培训课件冻干原理
▪ 6．由于干燥在真空下进行，氧气极少， 因此一些易氧化的物质得到了保护。
▪ 7．干燥能排除95-99%以上的水份，使干 燥后产品能长期保存而不致变质。
三、冻干机的组成
1、冻干机的组成按系统分
▪ 1.1 制冷系统 ▪ 1.2 真空系统 ▪ 1.3 加热系统 ▪ 1.4 控制系统
4、冻干箱内的压强
▪ 4.3 当压强太高时，产品内冰的升华速率减慢， 产品吸热量将减少。于是产品自身的温度上升， 当高于共熔点温度时，产品将发生熔化，造成冻 干失败。
▪ 4.4 冻干箱的合适压强一般认为是在10-30Pa之 间，在这个压强范围内，既利于热量的传递又利 于升华的进行。超过30Pa时，产品可能熔化， 此时将发出真空报警信号，切断对产品的加热， 甚至启动冷冻机对冻干箱进行降温，以保护产品 不致发生熔化。
4、冻干箱内的压强
▪ 4.1 冷冻干燥时冻干箱内的压强，过去认为是越 低越好，现在则认为不是越低越好，而是要控制 在一定的范围之内。
▪ 4.2 压强低当然有利于产品内冰的升华。但由于 压强太低时对热传递不利，产品不易获得热量， 升华速率反而降低。实验表明：在冻干箱的压强 低于10Pa时，气体的对流传热小到可以忽略不 计；而压强大于10Pa时，气体的对流传热就明 显增加。在同样的板层温度下，压强高于10Pa 时，产品容易获得热量，因而升华速率增加。
▪ 冷凝器的功用是把冻干箱内产品升华 出来的水蒸气冻结吸附在其金属表面 上。
四、共溶点及其测量方法
1.共熔点的概念
▪ 制品内的各种组份全部冻结成固体的 温度即为共熔点。
2、共熔点的意义
▪ 由于冷冻干燥是在真空状态下进行。只有 制品全部冻结后才能在真空下进行升华， 否则有部分液体存在时，在真空下不仅会 迅速蒸发，造成液体的浓缩使冻干制品的 体积缩小；而且溶解在水中的气体在真空 下会迅速冒出来，造成象液体沸腾的样子， 使冻干产品鼓泡，甚至冒出瓶外。
真空冷冻干燥的原理
真空冷冻干燥的原理
真空冷冻干燥是一种将液体或湿润物质直接转化为干燥物质的方法，它的原理主要有以下几个步骤：
1. 冷冻：首先将待干燥的物质通过冷凝器进行冷冻，使其温度降到冰点以下。
冷冻的目的是将物质中的水分转化为冰晶体。
2. 真空：在冷冻的同时，对冷冻室进行抽空。
真空的作用是降低干燥室内的气压，使冷冻物质在干燥过程中更易蒸发。
3. 升温：当物质开始冻结后，通过加热器对冷冻物进行加热，使冰晶体从固态直接转化为蒸汽。
升温的目的是将冰晶体从固态转化为蒸汽的同时，大部分水分质子从物质中蒸发出来。
4. 蒸发：物质中水分蒸发成为蒸汽后，通过真空泵将蒸汽抽出干燥室。
由于真空环境中的气压较低，蒸汽会更快地从物质中蒸发，从而加速干燥过程。
5. 收集：最后，将抽除的蒸汽通过冷凝器冷凝成液体，收集并排放。
总的来说，真空冷冻干燥的原理是利用冷冻和真空的联合作用，通过将物质冷冻、加热和蒸发，将水分从物质中转化为蒸汽，最后通过真空抽出干燥室，达到干燥的目的。
冷冻干燥的原理与过程
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。
冷冻干燥机的工作原理
冷冻干燥机的工作原理
冷冻干燥机是一种常用的干燥设备，它的工作原理是将物质在低温下冷冻，然后在真空环境下将水分从物质中蒸发掉，从而实现干燥的目的。
冷冻干燥机的工作过程可以分为三个阶段：冷冻阶段、真空阶段和回温阶段。
在冷冻阶段，物质被放置在低温环境中，通常是在-40℃以下的温度下。
这样可以使物质中的水分结冰，形成固态。
这个过程被称为冷冻。
在真空阶段，冷冻的物质被放置在真空环境中。
真空环境下的压力非常低，通常只有0.1-10帕。
这样可以使物质中的水分从固态直接转化为气态，从而实现干燥的目的。
这个过程被称为升华。
在回温阶段，已经干燥的物质被从低温环境中取出，然后在常温下回温。
这个过程被称为回温。
回温的目的是使物质恢复到原来的状态，以便进行后续的处理和使用。
冷冻干燥机的工作原理是基于物质的三态变化原理。
在低温下，物质中的水分会结冰，形成固态。
在真空环境下，物质中的水分会从固态直接转化为气态，从而实现干燥的目的。
这种干燥方式可以保留物质的原有结构和性质，因此被广泛应用于食品、药品、化工等领域。
冷冻干燥机是一种高效、可靠的干燥设备，它的工作原理是基于物质的三态变化原理。
通过冷冻、升华和回温三个阶段的处理，可以将物质中的水分蒸发掉，从而实现干燥的目的。
冷冻干燥原理
冷冻干燥原理冷冻干燥是一种常用的物料保存方式，它通过冷冻和干燥的处理来把物料转变成可以长期储存的状态。
冷冻干燥技术是一种结合冷冻技术和干燥技术的技术，广泛应用于食品、水果、蔬菜、海鲜、药品、部分重要有机物等。
本文主要介绍冷冻干燥原理以及它的技术应用。
一、冷冻干燥原理冷冻干燥是一种用冷冻和干燥结合的技术，在满足特定温度和相对湿度条件下，将冷却至较低温度的物料干燥，以达到长期保存的目的。
冷冻干燥技术主要分为冷冻前处理、真空冷冻干燥、高压冷冻干燥、添加剂冷冻干燥、物料粉碎冷冻干燥等几种。
1、冷冻前处理：冷冻前的处理一般包括洗涤、烹调、处理和水解等，主要是去除污染物和准备物料吸收水份，提高冷冻干燥效率。
2、真空冷冻干燥：真空冷冻干燥技术是把物料冷冻后用真空泵将温度降至-40℃以下，物料只允许水蒸气蒸发而析水，从而达到长期保存目的。
3、高压冷冻干燥：高压冷冻干燥是使用压缩机把水蒸气压缩，当水份在正常压强下温度低于冰点时，其余的水蒸气就会凝结成冰，从而实现冷冻干燥的目的。
4、添加剂冷冻干燥：添加剂冷冻干燥是在冷冻处理过程中，添加一定量的添加剂，如维生素、氨基酸、木糖或其他有机物来保护物料，从而降低冷冻处理的损伤，并可以改善物料的接触性和组织性能，从而提高再利用率。
5、物料粉碎冷冻干燥：物料粉碎冷冻干燥是在物料冷冻处理完成后，再经过碾磨处理后，使物料具有分散均匀的特性，有利于提高物料的水分吸收率。
二、冷冻干燥的应用冷冻干燥技术应用非常广泛，由于冷冻干燥技术兼具冷冻和干燥技术的特点，在保持物料质量上具有很强的优势。
目前，冷冻干燥技术已广泛应用于食品、水果、蔬菜、海鲜、药品等行业，可以大大延长其保质期和使用期限，使其具有很强的经济效益。
1、食品：冷冻干燥技术可以用于各种肉类、蛋类、蔬菜、调味料等。
冷冻干燥可以抑制发酵过程，大大延长其保质期，使其保持较长时间的新鲜度。
2、水果和蔬菜：冷冻干燥技术可以大大延长水果和蔬菜的储存期，使其具有相当长的保质期，使其便于运输和储存。
冷冻式干燥机工作原理
冷冻式干燥机工作原理
冷冻式干燥机是一种常用的工业干燥设备，其工作原理是利用压缩机将湿气含量高的空气通过冷凝器冷却凝结并排除，从而达到干燥的目的。
具体工作原理如下：
1. 压缩机：冷冻式干燥机中的压缩机将空气压缩，并将温度和压力都提高。
由于压缩过程会增加空气的温度，空气在进入冷凝器之前，需要通过一个后冷器降低温度。
2. 冷凝器：在冷凝器中，高温高压的压缩空气通过冷却管道，与外部的冷媒接触，导致冷媒温度升高，压缩空气被冷凝器冷却后，水分凝结成液体水，从系统中排除。
3. 膨胀阀：冷凝后的压缩空气进入膨胀阀，通过膨胀阀的作用，使热量抽取，降低温度，形成较低温的干燥空气，继续进入干燥器。
4. 干燥器：在干燥器中，干燥空气与潮湿物质进行接触传热，吸收水分，使干燥空气的相对湿度降低，进一步达到干燥的效果。
5. 装料仓：在干燥器中，潮湿物质会沉积在干燥器的下部，形成蓄热媒介。
这个蓄热媒介在保持一定的温度下，帮助减少了再次进行冷凝器的工作负荷，提高了热效率。
6. 排水阀：通过排水阀，将积聚在干燥器底部的液态水排出。
通过以上工作原理，冷冻式干燥机可以将湿气含量高的空气进行干燥处理，并达到设定的干燥效果。
冷冻干燥的原理
冷冻干燥的原理
冷冻干燥是一种通过低温下的冷冻和减压下的升华过程将水分从材料中去除的方法。
其主要原理如下：
1. 冷冻：将待处理的物质置于低温环境中，通常在-40°C以下，使其迅速冷却。
冷冻过程中，物质中的水分会凝固成冰晶。
2. 干燥：在低温下，将冷冻的物质放置于真空环境下。
在减压下，水分从固态直接转变为气态，即升华。
此过程绕过了常规的液态，水分直接从固态转为气态，防止了水分的液态存在。
3. 脱湿：在物质表面设置冷凝器，冷凝器上维持较低的温度。
在减压下，水分升华变成气态，经过冷凝器表面时会再次变为液态。
这样，冷凝器可以将水分收集起来，从而达到脱湿的目的。
通过冷冻干燥，材料中的水分可以彻底被去除，同时保持了原有物质的形状和结构特性。
这种方法广泛应用于食品、药品、生物制品等领域，能够延长物质的保质期并保持其活性和稳定性。
冷冻干燥机原理
冷冻干燥机原理
冷冻干燥机是一种常用的物质干燥设备，通过将物质先冷冻，然后在低压下使其发生升华，将水分从物质中去除，实现干燥的目的。
冷冻干燥机主要由冷冻系统、真空系统和控制系统组成。
冷冻系统是冷冻干燥机的核心部分，它包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。
压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体后，经过冷凝器散热冷却，变成高温高压液体。
然后通过膨胀阀进入蒸发器，压力降低，制冷剂蒸发吸热，从而降低物质温度。
真空系统用于降低干燥室的压力，使水分在低温下能够升华。
真空泵通过抽取干燥室内的气体，使干燥室内形成负压环境，从而促进水分蒸发和升华。
控制系统用于控制冷冻干燥机的运行，包括温度控制、真空度控制和时间控制等。
温度控制可以通过调节压缩机和蒸发器的工作状态，确保物质在适当的温度下进行冷冻。
真空度控制可以通过调节真空泵的抽取速率，控制干燥室内的压力。
时间控制可以根据不同物质的干燥要求，设定干燥时间。
在冷冻干燥机的运行过程中，首先将待干燥的物质放置在干燥室内，然后启动冷冻系统和真空系统。
冷冻系统将物质冷冻，真空系统降低干燥室内的压力，使水分发生升华。
升华的水分通过蒸发器凝结成固体，并通过真空泵抽出干燥室外。
最后，通过控制系统的调节，完成干燥过程。
冷冻干燥机的原理是利用低温和真空的作用，将水分从物质中去除。
这种干燥方法具有干燥速度快、干燥效果好、不破坏物质的活性和结构等优点，被广泛应用于化工、制药、食品等行业中。
冷冻干燥机的原理
冷冻干燥机的原理
冷冻干燥机是一种常用的干燥设备，其原理是利用低温冷冻和真空干燥的方法，将物质从固态直接转变为气态，以去除物质中的水分。
冷冻干燥机由冷冻系统和真空系统两部分组成。
冷冻系统通过制冷剂进行物质的冷冻，使物质温度降低到冰点以下。
冷冻温度的选择取决于物质的性质和要求。
一般来说，冷冻温度在-40℃或更低，以确保物质迅速冷冻并减少水分的蒸发。
在冷冻过程中，水分开始从固态变为冰晶，并逐渐扩大形成冰块。
然后，在真空系统的作用下，冷冻的物质通过升温将冰块转变为水蒸汽，同时不断的吸附和抽取水分，以达到干燥的目的。
真空系统通过创建一个低压环境，促使水分从冷冻物质中蒸发出来，并通过真空泵将水蒸汽抽出。
整个冷冻干燥过程需要控制冷冻温度、真空度和时间等参数，以确保干燥效果。
同时，还需要根据物质的性质和要求选择适当的冷冻和真空条件，以避免物质的结构和性质遭到破坏。
冷冻干燥机的主要特点是干燥过程中物质的温度较低，减少了热敏性物质在干燥过程中的破坏，同时由于在低温下进行干燥，可以减少水分分子的运动，从而避免了物质颗粒的团聚和变形，保持了物质的形状和活性。
总之，冷冻干燥机利用冷冻和真空的方法将物质从固态直接转
变为气态，达到干燥物质的目的，广泛应用于食品、医药、化工等领域。
冻干工艺原理
冻干工艺原理第一节冷冻干燥的原理一、冻干的概念、目的及应用冷冻干燥就是把含有大量水分的物质，预先进行降温冻结成固体。
然后在真空的条件下使水蒸汽直接从固体中升华出来，而物质本身留在冻结的冰架子中，从而使得干燥制品不失原有的固体骨架结构，保持物料原有的形态,且制品复水性极好。
利用冷冻干燥目的是为了贮存潮湿的物质，通常是含有微生物组织的水溶液，或不含微生物组织的水溶液。
产品在冻结之后置于一个低水气压下，这时包含冰的升华，直接由固态在不发生熔化的情况下变成汽态。
与其他干燥方式相比防止了化学、物理和酶的变化，从而确保了制品物性在保存时不易改变。
实际需要的低水汽压是靠真空的状况下到达的。
真空冷冻干燥技术主要应用于：(1)热稳定性差的生物制品，生化类制品，血液制品，基因工程类制品等药物冻干；(2)为保持生物组织结构和活性，外科手术用的皮层、骨骼、角膜、心瓣膜等生物组织的处理；(3)以保持食物色、香、味和营养成分以及能迅速复水的咖啡、调料、肉类、海产品、果蔬的冻干；(4)在微胶囊制备、药品控释材料等方面的应用。
以保持生鲜物质不变性的人参、蜂皇浆、龟鳖等保健品及中草药制剂的加工；(5)超微细粉末功能材料如：光导纤维、超导材料、微波介质材料、磁粉以及能加速反应工程的催化剂的处理等。
二、冷冻干燥的原理及优点1、水的状态平衡图物质有固、液、汽三态，物质的状态与其温度和压力有关。
图1-1示出水〔H2O〕的状态平衡图。
图中OA、OB、OC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、沸腾线和升华线。
此三条曲线将图面分为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。
假设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O，为固、液、汽三相其存的状态，称为三相点，其温度为0.01℃，压力为610Pa。
冷冻干燥技术的原理
冷冻干燥技术的原理
冷冻干燥技术的基本原理是：当液态的物质被冻结在冰晶上时，其温度将低于-10℃，所以水分的冻结方式与冰的性质有密
切关系。
对于大多数物质来说，在低于0℃时，其结晶水会形成
固态，成为冰晶。
当温度升高到-20℃时，冰晶开始融化成液态，但其温度不能高于0℃，否则会导致物质产生变形、氧化、分解
等现象。
这种现象称为冻结。
而在冻结时的温度下，物质中的水分便会变成固态。
当物质中水分冻结成冰晶后，其体积将会收缩。
由于固态冰的体积收缩很大，所以当物质中水分冻结成冰晶后，其内部的分子会受到很大的挤压作用而使其运动受阻，致使水分不能完全升华或升华速度变慢而形成冰晶。
当被干燥物质处于低温环境下时，由于其内部分子间的范德华力和氢键作用使其中部分分子结合成为固体。
在干燥过程中，被干燥物质中的水分蒸发时会向外逸出，逸出后水分分子将聚集成固态或液态状态而发生升华。
在升华过程中的吸热过程又使被干燥物质温度升高。
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冻干机的原理
干燥是保持物质不致腐败变质的方法之一。
干燥的方法许多，
如晒干、煮干、烘干、喷雾干燥和真空干燥等。
但这些干燥方法都是
在0℃以上或更高的温度下进行。
干燥所得的产品，一般是体积缩
小、质地变硬，有些物质发生了氧化，一些易挥发的成分大部分会
损失掉，有些热敏性的物质，如蛋白质、维生素会发生变性。
微生物
会失去生物活力，干燥后的物质不易在水中溶解等。
因此干燥后的产品与干燥前相比在性状上有很大的差别。
而冷冻干燥法不同于以上的干燥方法，产品的干燥基本上在0℃以下的温度进行，即在产品冻结的状态下进行，直到后期，为了进一步降低产品的残余水份含量，
才让产品升至0℃以上的温度，但一般不超过50℃。
冷冻干燥就是把含有大量水分物质，预先进行降温冻结成固体，
然后在真空的条件下使水蒸汽直接升华出来，而物质本身剩留在冻结时的冰架中，因此它干燥后疏松多孔体积不变。
引起产品本身温度的下降而减慢升华速度，为了增加升华速度，缩短干燥时间，必须要对
产品进行适当加热。
整个干燥是在较低的温度下进行的。
物质在干燥前始终处于低温（冻结状态），同时冰晶均匀分布于物质中，升华过程不会因脱水而发生浓缩现象，避免了由水蒸气产生泡沫、氧化等副作用。
干燥物质呈干海绵多孔状，体积基本不变，极易溶于水而恢复原状。
在最大程度上防止干燥物质的理化和生物学方
面的变性。
它的工作原理是将被干燥的物品先冻结到三相点温度以下，
然后在真空条件下使物品中的固态水份（冰）直接升华成水蒸气，从物品中排除，使物品干燥。
物料经前处理后，先进行速冻，再真空干燥升华脱水，之后在后处理车间包装。
真空系统为升华干燥仓建立低气压条件，加热系统向物料提供升华潜热，制冷系统向捕水器和干燥仓提供所需的冷量。
对冻干制品的质量要求是：生物活性不变、外
观色泽均匀、形态饱满、结构牢固、溶解速度快，残余水分低。
要获
得高质量的制品，对冻干的理论和工艺应有一个比较全面的了解。
冻干工艺包括预冻、升华和再冻干三个分阶段。
合理而有效地缩短冻干的周期在工业生产上具有明显的经济价值。
一制品的冻结( 预冻)
在真空冷冻干燥过程中，需要先对被干燥的药品进行预冻，然后在真空状态下，使水分直接由冰变为气而使药品干燥。
在整个升华阶段，药品必须保持在冻结状态，否则就不能得到性状良好的产品。
溶液速冻时，晶粒保持在显微镜下可见的大小；相反慢冻时，形成的结晶肉眼可见。
粗晶在升华留下较大的空隙，可以提高冻干的效率，细晶在升华后留下的间隙较小，使下层升华受阻，速成冻的成品
粒子细腻，外观均匀，比表面积大，多孔结构好，溶解速度快，便成
品的引湿性相对也要强些。
药品在冻干机中预冻在两种方式：一种是制品与干燥箱同时降
温；另一种是待干燥箱搁板降温至-40℃左右，再将制品放入，前者相当于慢冻，后者则介于速冻与慢冻之间，因而常被采用，以兼顾冻
干效率与产品质量。
此法的缺点是制品入箱时，空气中的水蒸气将迅速地凝结在搁板上，而在升华初期，若板升温较快，由于大面积的升
华将有可能超越凝结器的正常负荷。
此现象在夏季尤为显著。
制品的冻结处于静止状态。
经验证明，过冷现象容易发生致使制品温度虽已达到共晶点，但溶质仍不结晶，为了克服过冷现象，制品
冻结的温度应低于共晶点以下一个范围，并需保持一段时间，以待制品完全冻结。
预冻温度：进行真空冷冻干燥，必须保证预冻温度足够低。
由于物料的多样性，对有
共晶点的物料，一般的处理方法是低于共晶点的 5 至10 摄氏度；对于不存在共晶点的物料（以非晶态、玻璃态或两种状态共存）就需要进行多次试验，确认预冻温度。
预冻时间：整个预冻需要持续一段时间，物料的冻结过程也是一个放热的过程。
为了能使预冻的效果更好，通常在达到预冻温度的时候，保持一段时间。
通常的时间为 2 小时左右，当然这只是一个估计经验值，具体需要根据物料的特性进行计算。
预冻速率：速率与物料有很大的关系，缓慢冷冻产生的冰晶较大，干燥速率较快，
对于普通的药品的冻干很有帮助；而较为快速冷冻产生的冰晶就较小，对应的干燥速率较慢，对于生物制品干燥的效果较好。
对于速率的调整需要针对不同的物料进行区分，如生物细胞就不能过慢的冷冻，会造成其蛋白质的变性，生命体死亡，我们称这种现象为溶质效应，是
需要我们在真空冷冻干燥需要避免的。
二升华的条件与速度
冰在一定温度下的饱和蒸汽压大于环境的水蒸气分压时即可开
始升华；比制品温更低的凝结器对水水蒸气的抽吸与捕获作用，则是维持升华所必需的条件。
气体分子在两次连续碰撞之间所走的距离称为平均自由程，它与压力成反比。
在常压下，其值很小，升华的水分子很容易与气体碰撞
又返回到蒸汽源表面，因而升华速度很漫。
随着压力降低13.3Pa 以下，平均自由程增大105 倍，使升华速度显著加快，飞离出来的水分子很少改变自己的方面，从而形成了定向的蒸汽流。
真空泵在冻干机中起着抽除永久气体的作用，以维护升华所必需的低压强。
1 g 水蒸气在常压下为 1.25 L 而在13.3Pa时却膨胀为10000 升，普通的真空泵在单位时间内抽除如此大量的体积是不可能的。
凝结器实际上形成了专门捕集水蒸气的真空泵。
制品与凝结器的温度通常为-25℃与-50℃。
冰在该温度下的饱和蒸汽压分别为63.3Pa与1.1Pa，因而在升华面与冷凝面之间便产生了
一个相当大的压力差，如果此时系统内的不凝性气体分压可以忽略不计，它将促使制品升华出来的水蒸气，以一定的流速定向地抵达凝结器表面结成冰霜。
冰的升华热约为2822J/克，如果升华过程不供给热量，那末制品只有降低内能来补偿升华热，直至其温度与凝结器温度平衡后，升华也就停止了。
为了保持升华与冷凝来的温度差，必须对制品提供足够的热量。
三升华过程
在升温的第一阶段（大量升华阶段），制品温度要低于其共晶点
一个范围。
因此搁板温要加以控制，若制品已经部分干燥，但温度却
超过了其共晶点，此时将发生制品融化现象，而此时融化的液体，对
冰饱和，对溶质却未饱和，因而干燥的溶质将迅速溶解进去，最后浓
缩成一薄僵块，外观极为不良，溶解速度很差，若制品的融化发生在
大量升华后期，则由于融化的液体数量较少，因而被干燥的孔性固体所吸收，造成冻干后块状物有所缺损，加水溶解时仍能发现溶解速度较慢。
在大量升华过程，虽然搁板和制品温度有很大悬殊，但由于板温、凝结器温度和真空温度基本不变，因而升华吸热比较稳定，制品温度
相对恒定。
随着制品自上而下层层干燥，冰层升华的阻力逐渐增大。
制品温度相应也会小幅上升。
直至用肉眼已看不到冰晶的存在。
此时90%以上的水分已除去。
大量升华的过程至此已基本结束，为了确保整箱制品大量升华完毕，板温仍需保持一个阶段后再进行第二阶段的升温。
剩余百分之几的水分称残余水分，它与自由状态的水在物理化学性质上有所不同，残余水分包括了化学结合之水与物理结合之水，诸如化合
的结晶水结晶、蛋白质通过氢键结合的水以及固体表面或毛细管中吸附水等。
由于残余水分受到某种引力的束缚，其饱和蒸汽压
则是不同程度的降低，因而干燥速度明显下降。
虽然提高制品温度促
进残余水分的气化，但若超过某极限温度，生物活性也可能急剧下降。
保证制品安全的最高干燥温度要由实验来确定。
通常我们在第二阶段( 解析干燥) 将板温+30℃左右，并保持恒定。
在这一阶段初期，由于板温升高，残余水分少又不易气化，因此制品温度上升较快。
但随着制品
温度与板温逐渐靠拢，热传导变得更为缓慢，需要耐心等待相当长的
一段时间，实践经验表明，残余水分干燥的时间与大量升华的时间几
乎相等有时甚至还会超过。
四真空冷冻干燥的程序
真空冷冻干燥的程序是这样的：在冻干之前，把需要冻干的产品分装在合适的容器内，装量要均匀，蒸发表面尽量大而厚度尽量薄些；然后放入与冻干箱尺寸相适应的金属盘内。
将产品放入冻干箱内进行预冻，抽真空之前要根据捕水器制冷压缩机的降温速度提前使捕水器
工作，抽真空时捕水器应达到-40 ℃左右的温度，待真空度达到一定数值后（通常应达到100Pa以上的真空度），即可对箱内产品进行加热。
一般加热分两步进行，第一步加温不使产品的温度超过共熔点的
温度；待产品内水份基本干完后进行第二步加温，这时可迅速地使产品上升到规定的最高温度。
在最高温度保持数小时后，即可结束冻干。
整个升华干燥的时间约12-24 小时左右，与产品的形状、规格，产品的种类，冻干曲线及机器的性能等等有关。
冻干结束后，要在出料间进行空气除湿，然后放干燥无菌的空气进入干燥箱，以防重新吸收空气中的水份。
在冻干过程中，把产品和板层的温度、捕水器温度和真空度对照时间划成曲线，叫做冻干曲线。
一般以温度和真空度为纵坐标，时间为横坐标。
冻干不同的产品采用不同的冻干曲线。
同一产品使用不同的冻干曲线时，产品的质量也不相同，冻干曲线还与冻干机的性能有关。
因此不同的产品，不同的冻干机应用不同的冻干曲线。