冷凍干燥機，學名為真空冷凍干燥機，是一種在低溫、低壓條件下，通過升華原理，使物料中的水分(或其它溶劑)從固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，從而實現(xiàn)低溫脫水干燥的設備。
其核心科學原理基于水的三相點。在壓力低于611.73 Pa(約6.11 mbar)的真空中，對凍結(jié)的物料提供適當?shù)臒崃浚纯刹唤?jīng)過液態(tài)，直接升華為水蒸氣。這一過程避免了因液體蒸發(fā)帶來的表面張力、溶質(zhì)遷移等問題，從而能最大限度地保持物料的物理、化學和生物特性。
一、工藝流程與關鍵參數(shù)
冷凍干燥過程是一個非穩(wěn)態(tài)的傳熱傳質(zhì)過程，嚴格分為三個主要階段：
1.預凍結(jié)階段
目的：將物料中的自由水和結(jié)合水固化為冰晶。
關鍵參數(shù)：凍結(jié)速率和最終溫度。凍結(jié)速率影響冰晶大小，從而影響后續(xù)干燥速率和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。最終溫度必須低于物料的共晶點溫度(通常再低10-20℃)，以確保物料凍結(jié)。
2.一次干燥(主干燥)階段
目的：通過升華移除物料中約90%的自由水。
過程：在真空下，對擱板進行程序控溫，提供升華所需的熱量。熱量從擱板傳導至物料，冰晶升華，產(chǎn)生的水蒸氣穿過已干燥的物料多孔層，被冷阱捕獲。
核心挑戰(zhàn)：傳熱與傳質(zhì)的平衡。提供的熱量必須足以驅(qū)動升華，但不能使物料溫度超過其崩塌溫度。否則，凍結(jié)層會軟化或液化，導致干燥層孔隙結(jié)構(gòu)坍塌，產(chǎn)品失活、收縮且復水性變差。倉內(nèi)壓力是控制傳質(zhì)(水蒸氣溢出)速率的關鍵參數(shù)。
3.二次干燥(解吸干燥)階段
目的：移除以物理吸附方式殘留在干燥物料多孔骨架內(nèi)的結(jié)合水。
過程：在一次干燥完成后，大幅提高擱板溫度(可升至室溫甚至更高)，并在高真空下維持較長時間，為水分子解吸提供能量。
終點判斷：此階段結(jié)束時，產(chǎn)品殘余水分含量通常可降至1%-3%。可通過監(jiān)測產(chǎn)品溫度與擱板溫度趨同，或使用露點儀等方法來判定終點。
二、主要配置及附件
1.壓縮機品牌，高效穩(wěn)定、噪音低。
2.韓國品牌真空泵，抽速高、噪音低。
3.凍干自動控制系統(tǒng)：可程序化編程，從凍干到除霜均程序化控制。
4.板層加溫控制系統(tǒng)：熱循環(huán)監(jiān)視保護，特殊加熱材料，模糊PID控制算法。
5.冷阱除霜系統(tǒng)：非電加熱除霜方式，安全性能高；除霜速度快，解決了傳統(tǒng)采用浸泡除霜帶來的不便。
6.手自動模式選擇：手動模式用于摸索工藝參數(shù)(人為干預性強)，自動模式用于工藝成熟階段，一鍵操作，簡單便捷。
7.數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)：數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)多項選擇。a.本機內(nèi)存存儲，可存儲3個月。b.外存存儲(U盤)，存儲數(shù)據(jù)量與U盤的容量有關系(選配)。
8.凍干工藝配方存儲功能：可存儲500組固定或者用戶自定義凍干工藝配方。
9.凍干曲線查詢功能(可查詢溫度及真空度曲線，方便工藝優(yōu)化及凍干效果驗證)。
10.校準功能：可進行溫度及真空度校準，確保長期使用測量值的準確性。
三、應用領域
冷凍干燥機的應用范圍非常廣泛，它被廣泛應用于農(nóng)產(chǎn)品(如蔬菜、水果、海鮮等)、食品(如餅干、肉制品、果汁、冰淇淋以及沖劑等)、藥品、化妝品等行業(yè)。
1.農(nóng)產(chǎn)品干燥
蔬菜、水果、海鮮等都可以經(jīng)過冷凍干燥機干燥，從而延長它們的保質(zhì)期并增加它們的價值。
2.食品處理
食品的干燥和處理對于制造和保存食品都非常重要。對于某些產(chǎn)品，如咖啡和茶，必須在一定程度上干燥后包裝以便長期使用。有時被用來提高食物的口感和延長其保質(zhì)期，從而減少食品浪費。
3.醫(yī)藥行業(yè)
醫(yī)藥行業(yè)中，冷凍干燥機的職能是保證藥品的純度并延長穩(wěn)定性，這在衛(wèi)生保健行業(yè)中尤其重要。藥品一般都是在水中溶解的，因此是一種非常有效的方式來移除這些水分。
4.化妝品行業(yè)
化妝品行業(yè)中，常常用于制造粉末和其他干燥化妝品。這些化妝品可能包括眼影、面霜、口紅、眼線筆等多種產(chǎn)品。
四、優(yōu)點
1.可將物質(zhì)經(jīng)過低溫冷凍處理后再進行干燥，可以很好地保留原料中的有效成份，并提高產(chǎn)品的品質(zhì)。
2.由于干燥過程中低溫環(huán)境下操作，被廣泛應用于熱敏性產(chǎn)品的處理，例如多肽、抗體和蛋白質(zhì)等。
3.冷凍干燥技術可以將水分從制品中去除，從而保持和延長產(chǎn)品質(zhì)量和保鮮期。
4.相對于其他干燥方法，凍干工藝流程要相對簡單，其可以將物料的加工時間和步驟大大減少，并且操作更加容易。
綜上所述，冷凍干燥機是一種非常重要的機械設備。在多個領域，如醫(yī)藥、保健、食品和化妝品等領域，冷凍干燥技術的應用相對廣泛，主要起到延長保質(zhì)期，提高產(chǎn)品品質(zhì)，避免熱敏性產(chǎn)品損失等作用。尤其是對于一些需要保鮮的柿子，冷凍干燥技術變得尤為重要。當前，人們對凍干技術要求越來越高，在使用過程中需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整和改進，以確保其工藝安全和設備性能。
