四環凍干機—真空冷凍干燥傳熱傳質原理（一）

真空冷凍干燥的基本原理是在低溫低壓條件下的傳熱傳質。由于被凍干物料性質、凍干方法

和對凍干產品質量要求的不同，描述凍干過程的模型及其解法也不相同。隨著研究的深入，

有些問題宏觀傳熱傳質公式不能解決，從而發展了微納尺度的傳熱傳質；有些問題常規傳熱

傳質定律已經不能描述，于是出現了超常傳熱傳質。通常情況冷凍真空干燥過程的三大階段

冷凍階段，升華干燥階段，解析干燥階段需要分別描述。

對任何物料進行冷凍干燥，都要先將其凍結到共晶點溫度以下。冷凍是凍干過程的必經之路。

物料的凍結方法有凍干機內擱板凍結、抽真空自凍結和冷庫凍結等，另外還有旋轉凍結器凍結、

流化床凍結和一些特殊的凍結技術，奶分層凍結、反復凍結、粒狀凍結和噴霧凍結等。

凍干液態原料的生產用醫藥凍干機多采用干燥箱內擱板凍結，而凍干固態食品的凍干機多采用

凍干機外凍結（冷庫和凍結器）。擱板凍結和冰箱冷庫凍結，是給物料提供冷量，通過降低傳

熱物料溫度，達到凍結目的，從宏觀角度分析，沒有傳質，只有傳熱，從微觀角度分析，生物

材料內部會有因溫度改變而引起的溶質的擴散。

抽真空自凍結是對含水的物料直接抽真空，隨著壓力的降低而蒸發量加大，由于外界不提供蒸

發所需的熱量，故吸收物料本身的熱量自然降溫而實現凍結。抽真空自凍結有靜止抽真空自凍

結和旋轉抽真空自凍結兩種方式。靜止抽真空自凍結主要用于凍結固態物料，旋轉抽真空自凍

結主要用于液態物料的凍結，旋轉離心的主要作用是不使液體產生沸騰而起泡。擱板凍結和冷

庫凍結這兩種凍結方式都需要制冷系統，因此，增加了設備投資和運轉費用；而抽真空自凍結

擱板內不需要制冷管道，克服了上述缺點，同時在抽真空自凍結過程中還蒸發了一些水分，從

而可縮短后期的干燥時間。

對于要求生物活性的材料，為了保存生物材料的活性，在冷凍時還需加人一定量的保護劑，使

物料的冷凍過程熱質傳遞過程更復雜。