冷凍干燥的基本原理是基于水的三態(tài)變化。水有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)，三種狀態(tài)既可以相互轉(zhuǎn)換又可以共存。 當(dāng)水在三相點(diǎn)(溫度為0.01℃，水蒸氣壓為610.5Pa)時(shí)，水、冰、水蒸氣三者可共存且相互平衡。在高真空狀態(tài)下，利用升華原理，使預(yù)先凍結(jié)的物料中的水分，不經(jīng)過(guò)冰的融化，直接以冰態(tài)升華為水蒸汽被除去，從而達(dá)到冷凍干燥的目的。
凍干機(jī)設(shè)備組成主要包括真空室、隔板、主機(jī)、真空泵、壓縮機(jī)等幾個(gè)部分，其中核心的內(nèi)容都在主機(jī)里，這里面包含有凍干機(jī)的制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。
制冷系統(tǒng)是凍干機(jī)最重要的組成部分，可以說(shuō)是凍干機(jī)的“心臟”，主要的配件是壓縮機(jī)(制冷系統(tǒng)核心部件)、冷凝器、蒸發(fā)器、熱力膨脹閥等，主要是為冷阱盤(pán)管捕捉升華水汽供給冷量。
真空系統(tǒng)的重要組成部件是真空泵，真空泵組擁有強(qiáng)大的抽吸能力，一方面能夠促進(jìn)真空室的水分在真空狀態(tài)下進(jìn)行升華，另一方面會(huì)讓冷阱和真空室之間形成一個(gè)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(tǒng)主要是掌控凍干過(guò)程中的操作和數(shù)據(jù)記錄，普通的凍干機(jī)控制系統(tǒng)大多是一個(gè)設(shè)備開(kāi)關(guān)和顯示溫度真空度的作用。但隨著需求的提高，凍干機(jī)的控制系統(tǒng)要求更多了。比如說(shuō)保存一次完整凍干過(guò)程的各項(xiàng)參數(shù)，用曲線(xiàn)的形式來(lái)直觀感覺(jué)溫度真空度等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，這樣可以更好的了解凍干全過(guò)程。
凍干的過(guò)程主要是：預(yù)凍、升華干燥、解析干燥等幾個(gè)步驟
凍干的第一步就是預(yù)凍。通過(guò)預(yù)凍將樣品里的自由水固化，這樣抽真空干燥時(shí)不會(huì)出現(xiàn)起泡、濃縮、收縮和溶質(zhì)移動(dòng)等不可逆的變化。
升華干燥是第一階段的干燥。將凍結(jié)后的產(chǎn)品，通過(guò)抽真空使其冰晶直接升華成水蒸氣逸出物料，從而使產(chǎn)品脫水干燥。這個(gè)階段的干燥是從物料外表開(kāi)始逐步向內(nèi)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(dāng)冰晶全部除去時(shí)，這個(gè)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(jié)束后，在干燥物質(zhì)的毛細(xì)血管壁和極性基團(tuán)上還吸附有一部分水分，這些水分還未被凍結(jié)。為了延長(zhǎng)產(chǎn)品保存期和貯存穩(wěn)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(chǎn)品的溫度要足夠高，控制在崩解溫度以下即可。
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