凍干機(jī)在一定溫度下，任何含水的濕物料都有一定的蒸氣壓,當(dāng)此蒸氣壓大于周圍氣體中的水汽分壓時(shí),水分將汽化。汽化所需熱量，或來(lái)自周圍熱氣體，或由其他熱源通過(guò)輻射、熱傳導(dǎo)提供。含水物料的蒸氣壓與水分在物料中存在的方式有關(guān)。物料所含的水分，通常分為非結(jié)合水和結(jié)合水。非結(jié)合水是附著在固體表面和孔隙中的水分，它的蒸氣壓與純水相同；結(jié)合水則與固體間存在某種物理的或化學(xué)的作用力，汽化時(shí)不但要克服水分子間的作用力，還需克服水分子與固體間結(jié)合的作用力，其蒸氣壓低于純水，且與水分含量有關(guān)。在一定溫度下，物料的水分蒸氣壓p同物料含水量x（每千克干物料所含水分的千克數(shù)）間的關(guān)系曲線稱為平衡蒸氣壓曲線（圖1平衡蒸氣壓曲線），一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。當(dāng)濕物料與同溫度的氣流接觸時(shí)，物料的含水量和蒸氣壓下降，系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，物料所含的水分蒸氣壓與氣體中的水汽分壓相等，相應(yīng)的物料含水量稱為平衡水分。平衡水分取決于物料性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及與之接觸的氣體的溫度和濕度。 在凍干之前，把需要凍干的產(chǎn)品分裝在合適的容器內(nèi)，一般是玻瓶或安瓶，裝量要均勻，蒸發(fā)表面盡量大而厚度盡量薄些，然后放入與凍干腔體尺寸相適應(yīng)的金屬盤內(nèi)。裝箱之前，先將凍干腔體進(jìn)行空箱降溫，然后將產(chǎn)品放入凍干腔體內(nèi)進(jìn)行預(yù)凍，抽真空之前要根據(jù)冷凝器冷凍機(jī)的降溫速度提前使冷凝器工作，抽真空時(shí)冷凝器應(yīng)達(dá)到-40℃左右的溫度，待真空度達(dá)到一定數(shù)值后（通常應(yīng)達(dá)到0.1mbar以上的真空度），即可對(duì)箱內(nèi)產(chǎn)品進(jìn)行加熱。一般加熱分兩步進(jìn)行：加溫不使產(chǎn)品的溫度超過(guò)共熔點(diǎn)的溫度；待產(chǎn)品內(nèi)水份基本干完后進(jìn)行第二步加溫，這時(shí)可迅速地使產(chǎn)品上升的規(guī)定的高溫度。在高溫度保持?jǐn)?shù)小時(shí)后，即可結(jié)束凍干。
凍干機(jī)整個(gè)升華干燥的時(shí)問(wèn)約12-24小時(shí)左右，與產(chǎn)品在每瓶?jī)?nèi)的裝量、總裝量、玻璃容器的形狀、規(guī)格、產(chǎn)品的種類、凍干曲線及機(jī)器的性能等等有關(guān)。凍干結(jié)束后，要放干燥無(wú)菌的空氣進(jìn)入干燥箱，然后盡快地進(jìn)行加塞封口，以防重新吸收空氣中的水份。干燥腔體是一個(gè)能夠致冷到-40℃左右，能夠加熱到+100℃以下的高低溫箱，也是一個(gè)能抽真空的密閉容器。它是凍干機(jī)的主要部分，需要凍干的產(chǎn)品就放在箱內(nèi)分層的金屬板層上，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行冷凍，并在真空下加溫，使產(chǎn)品內(nèi)的水份升華而干燥。
冷凝器同樣是一個(gè)真空密閉容器，在它的內(nèi)部有一個(gè)較大表面積的金屬吸附面，吸附面的溫度能降到-40℃以下，并且能恒定地維持這個(gè)低溫。冷凝器的功用是把凍干箱內(nèi)產(chǎn)品升華出來(lái)的水蒸氣凍結(jié)吸附在其金屬表面上。腔體、冷凝器、真空管道和閥門，再加上真空泵，便構(gòu)成凍干機(jī)的真空系統(tǒng)。真空系統(tǒng)要求沒(méi)有漏氣現(xiàn)象，真空泵是真空系統(tǒng)建立真空的重要部件。真空系統(tǒng)對(duì)于產(chǎn)品的迅速升華干燥是*的。
凍干工藝性能：
1. 含水量、吸濕性及存貯性能
凍干脫水比較*，凍干物料含水量在5%以下。由于升華干燥前的凍結(jié)，使物料形成了一個(gè)穩(wěn)定的固體骨架，冰晶升華后，固體骨架基本不變，凍干物料具有多孔海綿狀結(jié)構(gòu)，因此具有較大的表面積。如暴露在空氣中，它的吸濕性能很強(qiáng)，也較易與空氣發(fā)生各種反應(yīng)。凍干物料含水量很低，只要包裝恰當(dāng)，不加任何防腐劑、在室溫條件下也可以存貯較長(zhǎng)時(shí)間。
2. 形狀和質(zhì)地
物料中冰晶升華后，固體骨架基本不變，因此凍干物料形狀變化較少，物料（包括液體）基本保持原有形狀不變。物料中的水分以冰晶形式存在，原溶于水中的無(wú)機(jī)鹽等溶解物被均勻地分配在物料中，冰晶升華后，溶于水中的溶解物就地析出，留下多孔海綿狀結(jié)構(gòu)，避免了無(wú)機(jī)鹽等成分的表面析出而引起的表面硬化現(xiàn)象，由于含水量很低，因此凍干物料質(zhì)地酥松，它極易破碎和粉末化。
3. 色、香、味及活性
冷凍干燥是在低溫、真空條件下進(jìn)行的操作。在此種條件下，物料中熱敏和易氧化成分不易受到破壞，物料的活性較大程度地得到保存；物料中各種色素不易分解，酶和氨基酸幾乎不發(fā)生褐變，因此物料的顏色也幾乎不變；低溫下芳香成分的揮發(fā)性較低，也無(wú)氧化等劣變反應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生異味，相反因水分的脫去使芳香成分濃度相對(duì)增加，香氣更加濃郁；因低溫和無(wú)氧化等各種化學(xué)反應(yīng)，所以物料的各種成分得到較有效的保存，其風(fēng)味也基本不流失，味道由于脫水而變得更濃。
4. 復(fù)水性能和溶化性能
由于凍干物料為多孔海綿狀結(jié)構(gòu)，沒(méi)有無(wú)機(jī)鹽等成分的表面析出而引起的表面硬化現(xiàn)象，水分能很容易滲入內(nèi)部與干物料充分接觸，因此凍干物料與其他方式干燥的物料相比，有著優(yōu)異的復(fù)水性。如凍干前物料是水溶性液體，那凍干后放入水中就能很快溶化。
致冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)與腔體、冷凝器內(nèi)部的管道等組成。壓縮機(jī)的功用是對(duì)腔體和冷凝器進(jìn)行致冷，以產(chǎn)生和維持它們工作時(shí)所需要的低溫。加熱系統(tǒng)的作用是對(duì)腔體內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行加熱，以使產(chǎn)品內(nèi)的水份不斷升華，并達(dá)到規(guī)定的殘余水份要求。
凍干機(jī)控制系統(tǒng)由各種控制開(kāi)關(guān)，指示調(diào)節(jié)儀表及一些自動(dòng)裝置等組成，它可以較為簡(jiǎn)單，也可以很復(fù)雜。一般自動(dòng)化程度較高的凍干機(jī)則控制系統(tǒng)較為復(fù)雜?？刂葡到y(tǒng)的功用是對(duì)凍干機(jī)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制，操縱機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以凍干出合乎要求的產(chǎn)品來(lái)。
