冷冻干燥

在冷冻干燥（也称为冻干）过程中，预先冷冻的产品中的水分直接从固态转变为气态（升华），而不会经过液态。为此，首先将产品冷冻，然后在干燥室中保持极低的压力，同时用冷凝器将产生的水蒸气分离成冰。产品温度必须保持在低于临界产品温度，以避免结构崩溃（共晶点或崩溃点）。

该过程分为三个阶段：

• 冷冻阶段：将产品放在可控温的放置台上，将其冷却至低于其冰点的温度，使其内部的水结晶。
• 初级干燥：在真空和适度加热条件下，冰会升华，从而去除大部分水分，并在冰冷凝器中分离出来。
• 二次干燥：在继续降低压力和提高温度的情况下，通过脱附去除剩余的、结合力更强的残留水分，直到达到所需的最终湿度。

一个关键点是冰升华所需的能量。近似值：

Q = m_w * Δh_sub

• 问：升华所需的热量
• m_w：需要去除的水的质量
• Δh_sub：水的特定升华焓

升华率主要取决于产品上方和冷凝器上方水蒸气压力的差值：

dm_w/dt ∝  (p_v,Produkt −  p_v,Kondensator)

• dm_w/dt：升华水的质量流量
• p_v，产品：产品表面的水蒸气压力
• p_v，冷凝器：冷凝器上的水蒸气压力

冷冻干燥主要用于对热敏感或结构敏感的产品，例如药物活性成分、疫苗、酶、培养物、速食食品、高品质咖啡或水果，因为该工艺在很大程度上保留了干燥产品的形状和孔隙结构。形成的孔隙基质可快速重新润湿和复原。