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冷凍干燥的基本原理是基于水的三態變化。水有固態、液態和氣態，三種狀態既可以相互轉換又可以共存。 當水在三相點(溫度為0.01℃，水蒸氣壓為610.5Pa)時，水、冰、水蒸氣三者可共存且相互平衡。在高真空狀態下，利用升華原理，使預先凍結的物料中的水分，不經過冰的融化，直接以冰態升華為水蒸汽被除去，從而達到冷凍干燥的目的。

 

凍干機設備組成主要包括真空室、隔板、主機、真空泵、壓縮機等幾個部分，其中核心的內容都在主機里，這里面包含有凍干機的制冷系統、真空系統、控制系統等。

 

制冷系統是凍干機最重要的組成部分，可以說是凍干機的“心臟”，主要的配件是壓縮機(制冷系統核心部件)、冷凝器、蒸發器、熱力膨脹閥等，主要是為冷阱盤管捕捉升華水汽供給冷量。

 

真空系統的重要組成部件是真空泵，真空泵組擁有強大的抽吸能力，一方面能夠促進真空室的水分在真空狀態下進行升華，另一方面會讓冷阱和真空室之間形成一個真空度的壓力差，使得真空室中的水分在升華后能夠被冷阱成功捕獲。

 

控制系統主要是掌控凍干過程中的操作和數據記錄，普通的凍干機控制系統大多是一個設備開關和顯示溫度真空度的作用。但隨著需求的提高，凍干機的控制系統要求更多了。比如說保存一次完整凍干過程的各項參數，用曲線的形式來直觀感覺溫度真空度等各項數據，這樣可以更好的了解凍干全過程。

 

凍干的過程主要是：預凍、升華干燥、解析干燥等幾個步驟

 

凍干的第一步就是預凍。通過預凍將樣品里的自由水固化，這樣抽真空干燥時不會出現起泡、濃縮、收縮和溶質移動等不可逆的變化。

 

升華干燥是第一階段的干燥。將凍結后的產品，通過抽真空使其冰晶直接升華成水蒸氣逸出物料，從而使產品脫水干燥。這個階段的干燥是從物料外表開始逐步向內推移的，冰晶升華后殘留下的孔隙便成為升華水蒸氣的逸出通道了。當冰晶全部除去時，這個階段的干燥就算完成了。

 

解析干燥屬于第二階段的干燥，在第一階段干燥結束后，在干燥物質的毛細血管壁和極性基團上還吸附有一部分水分，這些水分還未被凍結。為了延長產品保存期和貯存穩定性，這些水分必須去除，這就是第二階段解析干燥的目的。解析干燥產品的溫度要足夠高，控制在崩解溫度以下即可。