冷凍干燥是利用升華原理進(jìn)行干燥的技術(shù)。它是將干燥的物料在低溫下快速冷凍，然后在適當(dāng)?shù)恼婵窄h(huán)境下直接升華成水蒸氣逸出的過程。冷凍干燥設(shè)備稱為凍干機(jī)，即凍干機(jī)。物料在干燥前處于低溫（冰凍狀態(tài)），冰晶在物料中均勻分布。升華過程避免了蒸汽產(chǎn)生泡沫、氧化等副作用。干物質(zhì)是多孔的，其體積幾乎相同。***限度地防止干物質(zhì)的物理、化學(xué)和生物變性。冷凍干燥機(jī)由制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和電氣儀表控制系統(tǒng)組成。主要部件有干燥箱、冷凝器、制冷機(jī)組、真空泵、加熱/冷卻裝置等，其工作原理是先將干燥后的物體冷凍到三相點(diǎn)以下，然后在真空條件下將物體中的固體水（冰）直接升華成水蒸氣，使其從使物體干燥。通常原料經(jīng)預(yù)處理后，送速凍庫冷凍，再送干燥庫升華脫水，后處理車間包裝。真空系統(tǒng)為升華干燥室建立低壓條件，加熱系統(tǒng)為物料提供升華潛熱，制冷系統(tǒng)為冷井和干燥室提供所需的冷卻能力。設(shè)備通常采用快捷輻射加熱，物料受熱均勻；采用快捷疏水器，可實(shí)現(xiàn)快速除霜；采用并聯(lián)集中制冷系統(tǒng)，按需多通道冷卻，工況穩(wěn)定，節(jié)能效果好；采用智能控制，控制精度高，操作方便。為了獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品，我們應(yīng)該對冷凍干燥的理論和技術(shù)有一個(gè)全面的了解。合理有效地縮短冷凍干燥周期在工業(yè)生產(chǎn)中具有明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

當(dāng)產(chǎn)品的冷凍溶液被快速冷凍時(shí)，晶粒尺寸在顯微鏡下仍然可見；相反，當(dāng)緩慢冷凍時(shí)，所形成的晶體肉眼可見。粗晶在升華過程中留下較大的空間可以提高冷凍干燥的效率。細(xì)晶升華后留下的較小空間會阻礙下層升華。速凍成品顆粒細(xì)，外觀均勻，比表面積大，多孔結(jié)構(gòu)好，溶解速度快，對成品的吸濕性較強(qiáng)。藥品在凍干機(jī)中有兩種預(yù)凍方式：一種是將產(chǎn)品和干燥箱同時(shí)冷卻；另一種是將干燥箱的架子冷卻到適宜溫度左右，然后放入，前者相當(dāng)于慢凍，后者介于快凍和慢凍之間，所以經(jīng)常使用對于液體膨脹機(jī)制冷，要考慮凍干效率和產(chǎn)品質(zhì)量。這種方法的缺點(diǎn)是，當(dāng)產(chǎn)品放入罐中時(shí)，空氣中的水蒸氣會很快在架子上凝結(jié)。升華初期，如果板溫迅速上升，大面積升華可能超過冷凝器的正常負(fù)荷。這種現(xiàn)象在夏季尤為明顯。經(jīng)驗(yàn)證明，在產(chǎn)品溫度達(dá)到共晶點(diǎn)之前，很容***生過冷。然而，溶質(zhì)仍然沒有結(jié)晶。為了克服過冷，產(chǎn)品的冷凍溫度應(yīng)低于共晶點(diǎn)以下的一個(gè)范圍，并應(yīng)保持一段時(shí)間直到產(chǎn)品完全冷凍。

升華過程在加熱的***階段（大量升華階段），產(chǎn)品溫度低于共晶點(diǎn)的一個(gè)范圍。因此，應(yīng)控制貨架溫度。如果產(chǎn)品已部分干燥，但溫度超過其共晶點(diǎn)，則產(chǎn)品將熔化。此時(shí)，融化的液體將使冰飽和，而不是溶質(zhì)。因此，干燥后的溶質(zhì)會迅速溶解，凝結(jié)成一個(gè)薄而堅(jiān)硬的塊狀物，外觀極差，溶解速度也很差。如果產(chǎn)品大規(guī)模熔化，升華后期會大規(guī)模熔化，因?yàn)槿刍囊后w量較少，被干燥的多孔固體吸收，造成凍干后塊體的缺陷，加水溶解時(shí)仍能找到緩慢的溶解速度。在大量的升華過程中，雖然擱板溫度和產(chǎn)品溫度相差很大，但板溫、冷凝器溫度和真空溫度基本不變，因此升華吸熱相對穩(wěn)定，產(chǎn)品溫度相對恒定。隨著產(chǎn)品自上而下的干燥，冰的升華阻力逐漸增大。產(chǎn)品的溫度會相應(yīng)地略微升高。直到肉眼看不到冰晶。此時(shí)，超過90%的水分已經(jīng)被去除。到目前為止，大規(guī)模升華的過程已經(jīng)基本結(jié)束。

為了保證整箱產(chǎn)品大規(guī)模升華的完成，板材溫度還需要在第二階段加熱前保持一個(gè)階段。水的剩余百分比稱為殘余水，其物理化學(xué)性質(zhì)不同于游離態(tài)水。殘余水包括化學(xué)結(jié)合水和物理結(jié)合水，如結(jié)合結(jié)晶水、氫鍵結(jié)合的蛋白質(zhì)水和固體表面或毛細(xì)管上的吸附水等，當(dāng)殘余水受到一定重力的束縛時(shí)，其飽和蒸氣壓有所降低，干燥速度加快明顯減少了。雖然提高產(chǎn)品溫度可以促進(jìn)殘余水的氣化，但如果溫度超過一定限度，生物活性也可能急劇下降。保證產(chǎn)品安全的***干燥溫度應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)確定。在第二階段，我們通常將板溫提高適宜溫度并保持恒定。在這一階段的初期，由于板溫的升高，殘余水較少，不易氣化，因此產(chǎn)品的溫度上升較快。但是，隨著產(chǎn)品溫度和板溫的逐漸接近，傳熱變得更加緩慢，需要等待相當(dāng)長的時(shí)間。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，殘水的干燥時(shí)間與大量升華的干燥時(shí)間基本相同，有時(shí)甚至超過這個(gè)時(shí)間。