四环冻干机—真空冷冻干燥传热传质原理（一）

真空冷冻干燥的基本原理是在低温低压条件下的传热传质。由于被冻干物料性质、冻干方法

和对冻干产品质量要求的不同，描述冻干过程的模型及其解法也不相同。随着研究的深入，

有些问题宏观传热传质公式不能解决，从而发展了微纳尺度的传热传质；有些问题常规传热

传质定律已经不能描述，于是出现了超常传热传质。通常情况冷冻真空干燥过程的三大阶段

冷冻阶段，升华干燥阶段，解析干燥阶段需要分别描述。

对任何物料进行冷冻干燥，都要先将其冻结到共晶点温度以下。冷冻是冻干过程的必经之路。

物料的冻结方法有冻干机内搁板冻结、抽真空自冻结和冷库冻结等，另外还有旋转冻结器冻结、

流化床冻结和一些特殊的冻结技术，奶分层冻结、反复冻结、粒状冻结和喷雾冻结等。

冻干液态原料的生产用医药冻干机多采用干燥箱内搁板冻结，而冻干固态食品的冻干机多采用

冻干机外冻结（冷库和冻结器）。搁板冻结和冰箱冷库冻结，是给物料提供冷量，通过降低传

热物料温度，达到冻结目的，从宏观角度分析，没有传质，只有传热，从微观角度分析，生物

材料内部会有因温度改变而引起的溶质的扩散。

抽真空自冻结是对含水的物料直接抽真空，随着压力的降低而蒸发量加大，由于外界不提供蒸

发所需的热量，故吸收物料本身的热量自然降温而实现冻结。抽真空自冻结有静止抽真空自冻

结和旋转抽真空自冻结两种方式。静止抽真空自冻结主要用于冻结固态物料，旋转抽真空自冻

结主要用于液态物料的冻结，旋转离心的主要作用是不使液体产生沸腾而起泡。搁板冻结和冷

库冻结这两种冻结方式都需要制冷系统，因此，增加了设备投资和运转费用；而抽真空自冻结

搁板内不需要制冷管道，克服了上述缺点，同时在抽真空自冻结过程中还蒸发了一些水分，从

而可缩短后期的干燥时间。

对于要求生物活性的材料，为了保存生物材料的活性，在冷冻时还需加人一定量的保护剂，使

物料的冷冻过程热质传递过程更复杂。