真空冷凍干燥機（簡稱：凍干機）原理是利用升華原理，使預(yù)先凍結(jié)的物料中的水分，不經(jīng)過冰的融化，直接以冰態(tài)升華為水蒸氣被除去，從而達到干燥的目的。在低溫下干燥時，物質(zhì)中的一些揮發(fā)性成分損失很小，體積幾乎不變，保持了原來的結(jié)構(gòu)，不會發(fā)生塌陷現(xiàn)象，適合一些生化樣品，藥品和食品干燥。因此其用途主要廣泛，適用于目前可見的所有產(chǎn)品的干燥。
水的分子是由二個氫原子，一個氧原子組成的，分子式是 H 2O，分子量為 18。 在一個大氣壓下，水的冰點是 0℃，壓力增加，冰點下降。結(jié)冰是一個放熱過程，水的熔化熱為 80 卡/克。在一個大氣壓下，水的沸點是 100℃，這時水的蒸汽壓與大氣壓相等， 當(dāng)壓力減小時沸點會降低，壓力增大時沸點會上升。水的汽化是一個吸熱過程，水的汽化熱 走 536.5 卡/克。從水的狀態(tài)圖中可以看到，三相點約為 0℃和 6.11 毫巴，當(dāng)壓力低于 6.11毫巴時，水只能以氣相和固相存在，沒有液相。冰的升華熱約為 670 卡/克。
水的密度在 4℃時Z大，為 1 克/厘米 3，溫度升高或降低時密度均減小，冰的密度為0.92 克/厘米 3，所以冰比水輕，并且結(jié)冰時會發(fā)生體積膨脹現(xiàn)象。
水蒸汽的臨界溫度是 374℃，臨界壓力是 217.7 個大氣壓。溫度降低時，水蒸氣很容 易液化，在不同的溫度時，水和冰均有不同的蒸汽壓。
空氣能溶解于水中，溶解度隨溫度的升高而降低。純水幾乎不導(dǎo)電，當(dāng)水中溶有其他 物質(zhì)時，導(dǎo)電性會明顯增加。冰是熱的不良導(dǎo)體。
溶液的凍結(jié)
溶液的冰點和沸點與溶媒和溶質(zhì)都不同，它隨溶質(zhì)的濃度不同而有不同的冰點和沸點。以水溶液為例來說明溶液的凝結(jié)過程。水溶液的凝結(jié)與純水不一樣，它不是在某一固定 溫度下完全凝結(jié)成固體，溶液溫度降低到某一溫度對，晶體開始析出，隨著溫度的降低，晶 體的數(shù)量不斷增加，Z后溶液全部凝結(jié)。因此溶液是在某一溫度范圍內(nèi)凝結(jié)的，冷卻時開始 析出晶體的溫度稱溶液的冰點，而溶液全部凝結(jié)的溫度叫溶液的凝固點，是溶質(zhì)和溶媒全部 結(jié)晶的溫度點。在溶液的結(jié)晶過程中溶液的濃度會增加，冰點會下降，稀溶液變?yōu)闈馊芤海?/span> 并逐步成為飽和溶液，溫度繼續(xù)降低時，由于溶解度降低，將會有溶質(zhì)的晶體析出，Z后成 為冰晶體和溶質(zhì)晶體的共晶混合物，這時的溫度就是溶液的共晶點溫度。這個過程也是一個 放熱過程，在冷凍曲線上也會像水結(jié)冰那樣出現(xiàn)過冷和一個平臺。
溶液的冷凍曲線
凍干產(chǎn)品大都數(shù)是水溶液，有些是多種成份的水溶液，有些是溶液和懸浮液的混合液。 一些成份復(fù)雜的液體在冷凍時會形成兩種狀態(tài)，一種是晶體狀態(tài)，一種是無定形態(tài)（也稱玻 璃態(tài)）。如果形成晶體狀態(tài)，那末完全凍結(jié)或固化的溫度叫共晶點；如果形成玻璃態(tài)，完全 凍結(jié)或固化的溫度叫玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度。
溶液的濃度對凍干是很重要的，它能影響凍干的時間和產(chǎn)品的質(zhì)量，濃度太高或太低 均對凍干不利。濃度太高，干燥之后干物質(zhì)太多，密度大，溶解慢，干燥時會影響升華速率， 甚至發(fā)生熔化。濃度太低，干燥之后干物質(zhì)太少，不能形成團塊結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品像棉花狀，甚至 會被升華氣流帶到容器的外邊。凍干產(chǎn)品的濃度應(yīng)該在在 4％～25％之間，以 10％～15％為 Z佳。濃度的高低也會影響產(chǎn)品的凝固點，例如氯化鈉水溶液，濃度 18.8％時，凝固點是-15℃，濃度 23％時，凝固點是-21℃。
