真空冷冻干燥机的工作原理

实验室冷冻干燥机又称冷冻干燥机。冷冻干燥器就是将含水物质，先冻结成固态，而后使其中的水分从固态升华成气态，以除去水分而保存物质的冷干设备。

冷冻干燥器系由制冷系统、真空系统、加热系统、电器仪表控制系统所组成。主要部件为干燥箱、凝结器、冷冻机组、真空泵、加热/冷却装置等。

冷冻干燥器的工作原理是将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，被送入速冻仓冻结，再送入干燥仓升华脱水，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，制冷系统向冷阱和干燥室提供所需的冷量。 本设备采用高效辐射加热，物料受热均匀；采用高效捕水冷阱，并可实现快速化霜；采用高效真空机组，并可实现油水分离；采用并联集中制冷系统，多路按需供冷，工况稳定，有利节能；采用人工智能控制，控制精度高，操作方便。

上海知信ZX-LGJ-18D

利用真空冷冻获得干燥的方法，是水的物态变化和移动的过程，这个过程发生在低温低压下，因此，冷冻干燥的基本原理是在低温低压下传热传质的机理。

说到干燥这个词大家可能首先想到的是温暖的环境下进行的，那么冷冻干燥机利用的是什么原理呢？下面我就来跟大家说一说冷冻干燥利用了什么物理原理。

冷冻干燥是指通过升华从冻结的生物产品中去掉水份或其他溶剂的过程。升华指的是溶剂，比如水，像干冰一样，不经过液态，从固态直接变为气态的过程。冷冻干燥得到的产物称作冻干物（lyophilizer），该过程称任冻干（lyophilization）。

由物理学可知，水有三相，O点为三相共点，OA为冰的融解点。根据压力减小、沸点下降的原理，只要压力在三相点压力之下，物料中的水分则可从水不经过液相而直接升华为水汽。

根据这个原理，就可以先将食品的湿原料冻结至冰点之下，使原料中的水分变为固态冰，然后在适当的真空环境下，将冰直接转化为蒸汽而除去，再用真空系统中的水汽凝结器将水蒸汽冷凝，从而使物料得到干燥。这种利用真空冷冻获得干燥的方法，是水的物态变化和移动的过程，这个过程发生在低温低压下，因此，冷冻干燥的基本原理是在低温低压下传热传质的机理。

传统的干燥会引起材料皱缩，破坏细胞，在冰冻干燥的过程中样品的结构不会被破坏，因为固体成份被在其位子上的坚冰支持着。在冰升华时，他会留下孔隙在干燥的剩余物质里。这样就保留了产品的生物和化学结构及其活性的完整性。

在实验室中，冻干有很多不同的用途，他在许多生物化学与制药应用中是不可缺少的，它被用获得可长时期保存的生物材料，例如微生物培养、酶、血液与药品，除长期保存的稳定性以外，还保留了其固有的生物活性与结构。为此，冻干被用于准备用做结构研究（例如电镜研究）的组织样品，冷冻干燥也应用于化学分析中，它能得到干燥态的样品，或者浓缩样品以增加化析敏感度。冻干使样品成分稳定，也不需改变化学成分，是理想的分析辅助手段。

2、根据这个原理，就可以先将食品的湿原料冻结至冰点之下，使原料中的水分变为固态冰，然后在适当的真空环境下，将冰直接转化为蒸汽而除去，再用真空系统中的水汽凝结器将水蒸汽冷凝，从而使物料得到干燥。这种利用真空冷冻获得干燥的方法，是水的物态变化和移动的过程，这个过程发生在低温低压下，因此，冷冻干燥的基本原理是在低温低压下传热传质的机理。

2、冷冻干燥是指通过升华从冻结的生物产品中去掉水份或其他溶剂的过程。升华指的是溶剂，比如水，像干冰一样，不经过液态，从固态直接变为气态的过程。冷冻干燥得到的产物称作冻干物（lyophilizer），该过程称作冻干（lyophilization）。

在常压下的各种加热干燥方法，因物料受热，其色、香、味和营养成分会受到一定程度的损失。如果采用真空干燥的方法，由于处于负压状态下隔绝空气使得部分在干燥过程中容易发生氧化等化学变化的物料能更好地保持原有的特性，就能减少品质的损失。真空干燥就是将被干燥的食品物料放置在密闭的干燥室内，在用真空系统抽真空的同时，对被干燥物料适当不断加热，使物料内部的水分通过压力差或浓度差扩散到表面，水分子在物料表面获得足够的动能，在克服分子间的吸引力后，逃逸到真空室的低压空气中，从而被真空泵抽走除去。

真空干燥方式各种各样究其根本而言可分为通过沸点和通过融点两种。

一、通过沸点干燥

干燥过程中，液体水分汽化有轴蒸发和沸腾两种方式。水在沸腾时的汽化速度比在蒸发时的汽化速度快得多，水分蒸发变成蒸汽可以在任何温度下进行。水分沸腾变成蒸汽，只能在特定温度下进行，但是当降低压强的时候，水的沸点也降低。例如，在19.6kPa气压下，水的沸点即可降到60°C。真空干燥机就是在真空状态下，提供热源，通过热传导、热辐射等传热方式供给物料中水分足够的热量，使蒸发和沸腾同时进行，加快汽化速度。同时，抽真空又快速抽出汽化的蒸汽，并在物料周围形成负压状态，物料的内外层之间及表面与周围介质之间形成较大的湿度梯度，加快了汽化速度，达到快速干燥的目的。

真空干燥过程受供热方式、加热温度、真空度、冷却剂温度、物料的种类和初始温度及所受压紧力大小等因素的影响，通常供热有热传导、热辐射和两者结合三种方式。

二、通过融点干燥（又称之为冷冻干燥）

干燥过程中首先将将湿物料（或溶液）在较低温度下（-10—-50℃）冻结成固态，然后在高度真空（130～0.1Pa）下，将其中固态水分直接升华为气态而除去的干燥过程，也称升华干燥。

实现这种真空干燥的必要条件是干燥过程的压力应低于操作温度下冰的饱和蒸汽压。常控制在相应温度下冰的饱和蒸气压的1/2—1/4。如一40℃时干燥，操作压力应为2.7～6.7Pa。

湿物料也可以不预冻，而是利用高度真空时水分汽化吸热而将物料自行冻结。这种冻结能量消耗小，但对液体物料易产生泡沫或飞溅现象而遭致损失，同时也不易获得多孔性的均匀干燥物。

一般情况下，热量由加热介质通过干燥室的间壁供给，因此，既要供给湿物料的热量以保证一定的干燥速率,又要避免冰的溶化。

干燥过程中升华温度一般为-35—-5℃，其抽出的水分可在冷凝器上冷冻聚集或直接为真空泵排出。若升华时需要的热量直接由所干燥的物料供给,这种情况下，物料温度降低很快,以致于冰的蒸汽压很低而使升华速率降低。

冻干机原理：

冻干技术是一种特殊的干燥技术，冻干技术的基本原理是根据水的3相变化。水（H2O）的3相为固态、液态和气态，水的三相之间既可以共存又可以相互转换。

水（H2O）的相平衡图如图1所示，3相点所对应的温度为0.01℃，水蒸气压为6.105×10-4MPa，在此条件下，水、冰、水蒸气3相既共存又互相平衡。

当水蒸汽压大于6.105×10-4MPa时，冰会融化为水，水再蒸发为水蒸气，即为蒸发过程；当水蒸汽压小于6.105×10-4MPa，冰加热升华为水蒸气，即为升华过程。

冻干机优点：

干燥的方法多种多样，如晒干、煮干、烘干、喷雾干燥和真空干燥等,但普通干燥方法通常都在0℃以上或更高的温度下进行。

干燥所得的产品一般都存在体积缩小、质地变硬的问题，易挥发的成分大部分会损失掉，一些热敏性的物质发生变性、失活，有些物质甚至发生了氧化。

因此，干燥后的产品与干燥前相比，在性状上有很大的差别。冻干法则基本上在0℃以下进行，即在产品冻结的状态下进行，解析干燥的时候一般不超过60℃。

真空干燥机是通过抽去包装容器内部空气达到预定真空度后，去除容器内部件水分的设备，专为干燥热敏性、易分解和易氧化物质而设计，能够向内部充入惰性气体，特别一些成分复杂的物品也能进行快速干燥。

真空干燥机系由制冷系统、真空系统、加热系统、电器仪表控制系

统所组成。主要部件为干燥箱、凝结器、冷冻机组、真空泵、加热/冷却装置等。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，被送入速冻仓冻结，再送入干燥仓升华脱水，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，制冷系统向冷阱和干燥室提供所需的冷量。

真空干燥机有两个调试方法：

1、抽真空调试方法

a、在调试前我们需要将箱门关上还要将门的拉手旋紧到位，然后关闭放气阀，并开启真空阀。当然在第一次使用时可能真空阀的开关比较紧，你可以用力旋转。

b、我们可以用随机的配件进行真空连接管将真空干燥机箱的抽气管以及真空泵连接牢固。我们在接通真空泵电源时，需要开始抽气，并且当真空表指示值达到-0.1Mpa时，我们需要先关闭真空阀后再关闭真空泵电源，好防止真空泵机的油倒流到工作室内，此时真空干燥机内是处于真空状态。

2、机内调试方法

a、我们首先要打开真空干燥机的电源，那么这时其电源灯亮起并进行自检，那么这时也就表示已进入状态了。

b、要进行真空干燥机的温度设置了，这一步很重要，所以想在下面花一个单独的文章来做一下。

c、当机内的温度设定到接近指定的温度时，那么加热就开始进入到PID调节阶段，那么这时仪表就会有时测量温度超过设定温度，伸也有时低于设定温度属正常现象。那么当测量温度时如果已经接近或者是等于设定温度后，再过1到2小时后就差不多能够进入恒温状态了。

d、如果说所需温度比较低的时候，我们可以采用二次设定的方式，好使它能够尽快进入到恒温状态。