真空冷凍幹燥機（簡稱：凍幹機）原理是利用升華原理，使預先凍結的物料中的水分，不經過冰的融化，直接以冰态升華為水蒸氣被除去，從而達到幹燥的目的。在低溫下幹燥時，物質中的一些揮發性成分損失很小，體積幾乎不變，保持了原來的結構，不會發生塌陷現象，适合一些生化樣品，藥品和食品幹燥。因此其用途主要廣泛，适用于目前可見的所有産品的幹燥。

真空冷凍幹燥機原理圖

水的性能和狀态圖

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。從水的狀态圖中可以看到，三相點約為 0℃和 6.11 毫巴，當壓力低于 6.11毫巴時，水隻能以氣相和固相存在，沒有液相。冰的升華熱約為 670 卡/克。

水的狀态圖

水的密度在 4℃時最大，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，并且結冰時會發生體積膨脹現象。

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，溶解度随溫度的升高而降低。純水幾乎不導電，當水中溶有其他 物質時，導電性會明顯增加。冰是熱的不良導體。

溶液的凍結

溶液的冰點和沸點與溶媒和溶質都不同，它随溶質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過程。水溶液的凝結與純水不一樣，它不是在某一固定 溫度下完全凝結成固體，溶液溫度降低到某一溫度對，晶體開始析出，随着溫度的降低，晶 體的數量不斷增加，最後溶液全部凝結。因此溶液是在某一溫度範圍内凝結的，冷卻時開始 析出晶體的溫度稱溶液的冰點，而溶液全部凝結的溫度叫溶液的凝固點，是溶質和溶媒全部 結晶的溫度點。在溶液的結晶過程中溶液的濃度會增加，冰點會下降，稀溶液變為濃溶液， 并逐步成為飽和溶液，溫度繼續降低時，由于溶解度降低，将會有溶質的晶體析出，最後成 為冰晶體和溶質晶體的共晶混合物，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冰那樣出現過冷和一個平台。

溶液的冷凍曲線

凍幹産品大都數是水溶液，有些是多種成份的水溶液，有些是溶液和懸浮液的混合液。 一些成份複雜的液體在冷凍時會形成兩種狀态，一種是晶體狀态，一種是無定形态（也稱玻 璃态）。如果形成晶體狀态，那末完全凍結或固化的溫度叫共晶點；如果形成玻璃态，完全 凍結或固化的溫度叫玻璃态轉化溫度。

溶液的濃度對凍幹是很重要的，它能影響凍幹的時間和産品的質量，濃度太高或太低 均對凍幹不利。濃度太高，幹燥之後幹物質太多，密度大，溶解慢，幹燥時會影響升華速率， 甚至發生熔化。濃度太低，幹燥之後幹物質太少，不能形成團塊結構，産品像棉花狀，甚至 會被升華氣流帶到容器的外邊。凍幹産品的濃度應該在在 4％～25％之間，以 10％～15％為 最佳。濃度的高低也會影響産品的凝固點，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℃。

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