冷冻干燥机是什么？
冷冻干燥机，又称冻干机，是一种利用升华原理进行低温脱水的设备。它通过将含水物料预先冻结，然后在低于三相点(水的三相点温度为 -0.01℃，压力为 610.5Pa)的温度和压力条件下，使物料中的冰直接从固态升华为气态的水蒸气并排出，从而获得干燥制品。
冷冻干燥技术在众多领域都有广泛应用，能保持物料原有的色、香、味、形及营养成分，同时具有复水性好、易于长期保存和运输等优点。在食品行业，可用于制作冻干水果、冻干咖啡、冻干肉类等；制药领域，常用于疫苗、抗生素、生物制品等的干燥保存；在生物制品方面，能对蛋白质、酶、细胞等生物活性物质进行干燥处理；此外，在材料科学、考古等领域也有应用。
真空冷冻干燥机的低温脱水技术解析
预冻阶段技术
原理：将物料中的水分冻结成冰，为后续的升华干燥做准备。预冻过程需要将物料温度降低到其共晶点温度以下(共晶点是物料中水分全部冻结时的温度)，确保物料中的自由水和结合水都变成冰晶。
技术要点：预冻速度会影响冰晶的大小。快速预冻形成的冰晶较小，对物料的损伤相对较小，但升华速率可能较慢；慢速预冻形成的冰晶较大，升华速率较快，但可能会对物料的组织结构造成一定破坏。因此，需要根据物料的性质选择合适的预冻速度。
升华干燥阶段技术
原理：在低温、低压环境下，物料中的冰直接从固态升华为气态的水蒸气。此阶段需要维持冻干箱内的低温和低气压条件，使冰的升华过程能够持续进行。
技术要点：通过真空系统将冻干箱内的压力降低到一定程度(一般低于 100Pa)，同时利用加热系统对物料进行适当加热，为冰的升华提供热量。加热温度要严格控制，不能超过物料的允许温度，以免影响物料的品质。升华出的水蒸气通过冷凝器被捕获，形成冰霜，从而实现水蒸气与物料的分离。
解析干燥阶段技术
原理：经过升华干燥后，物料中还残留有部分结合水(与物料以化学键或氢键结合的水)，解析干燥阶段就是要将这些结合水去除。通过进一步提高冻干箱内的温度和降低压力，使结合水从物料中解析出来并升华。
技术要点：解析干燥阶段的温度要比升华干燥阶段高，但同样要控制在物料所能承受的范围内，一般不超过物料的崩解温度。同时，要继续保持较低的真空度，以保证结合水能够顺利升华。
真空冷冻干燥机的核心结构解析
冻干箱
功能：是放置物料进行干燥的空间，需要具备良好的密封性和保温性能，以保证冻干箱内的温度和压力能够稳定控制在设定范围内。
结构特点：通常由不锈钢材质制成，内部设有物料架，用于放置装有物料的托盘。物料架可以多层层叠，以提高设备的干燥效率。冻干箱还配备有观察窗，方便操作人员观察物料的干燥过程。
冷阱
功能：是捕获升华出来的水蒸气的关键部件。当水蒸气从冻干箱内进入冷阱时，会在冷阱的低温表面凝结成冰霜，从而将水蒸气从系统中去除，维持冻干箱内的低气压环境。
结构特点：冷阱内部通常设有盘管或翅片，通过制冷系统使其温度降低到很低的水平(一般可达 -40℃、 -60℃、 -80℃甚至更低)。冷阱的捕水能力是衡量其性能的重要指标，捕水能力越强，设备一次能够处理的物料量就越大。
制冷系统
功能：为冷阱和冻干箱提供制冷，使冷阱保持低温以捕获水蒸气，同时将物料预冻至所需温度。
结构特点：主要由压缩机、冷凝器、蒸发器和节流装置等组成，采用制冷剂循环来实现制冷功能。制冷系统的制冷能力和效率直接影响设备的干燥速度和性能。
真空系统
功能：将冻干箱内的空气抽出，形成低气压环境，以降低水的沸点，促进冰的升华。
结构特点：通常由真空泵、真空管道、阀门等组成。真空泵是真空系统的核心部件，其抽气速率和极限真空度决定了真空系统的工作性能。为了提高真空系统的性能，还可以配备罗茨泵等增压泵。
加热系统
功能：在升华干燥和解析干燥阶段为物料提供热量，促进冰的升华和结合水的解析。
结构特点：加热方式主要有辐射加热、传导加热等。常见的加热系统由加热板、加热丝等组成，通过控制加热功率和温度，实现对物料的精确加热。加热系统需要与制冷系统和真空系统协同工作，以保证物料在合适的温度和压力条件下进行干燥。
控制系统
功能：对冷冻干燥机的各个系统进行精确控制，包括温度、压力、时间等参数的控制，以确保干燥过程的稳定性和可靠性。
结构特点：由可编程逻辑控制器(PLC)、触摸屏、传感器等组成。传感器用于实时监测冻干箱内的温度、压力、物料温度等参数，并将信号传输给 PLC，PLC 根据预设的程序对各个系统进行控制和调节。操作人员可以通过触摸屏设置和监控干燥过程的各项参数。
