凍干過(guò)程中的基本概念（一）

更新時(shí)間：2026-06-15

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此篇，只講最基本的“基本概念"。

冷凍干燥，是一個(gè)物理化學(xué)過(guò)程。在其中，有很多基本概念。每次線下課程，這部分都是必講內(nèi)容，即使面對(duì)已經(jīng)有很多年工藝經(jīng)驗(yàn)的老師，即使時(shí)間非常緊迫，我都還是堅(jiān)持把這部分內(nèi)容從頭到尾梳理一遍。這部分內(nèi)容是理解后面整個(gè)工藝過(guò)程的基礎(chǔ)。如果這部分內(nèi)容都理解透徹了，后面的很多問(wèn)題基本就是一點(diǎn)就透。

內(nèi)容比較晦澀枯燥，我就一次少寫幾個(gè)，始終還是堅(jiān)持大家要把這些概念都理解透徹。

看概念之前，先拋個(gè)問(wèn)題。冷凍干燥是一種干燥方法，其他的方法還有：

• Sun 日光

• Hot Air Drying 熱空氣干燥

• Filter Drying 過(guò)濾干燥

• Centrifuge Drying 離心干燥

• Fluid Bed Drying 流化床干燥

• Spray Drying 噴霧干燥

• Vacuum drying 真空干燥

…… ……

• Freezedrying 冷凍干燥

冷凍干燥，是所有干燥方法中，去除1g水，代價(jià)最昂貴的方法。

昂貴的原因是：凍干設(shè)備成本很高、凍干過(guò)程的能耗很高（有多高？這些能量都去哪兒了？）、懂凍干工藝人員非常稀缺（為什么？）

一、Freeze-Drying 冷凍干燥

也叫凍干，是一個(gè)干燥過(guò)程，濕的產(chǎn)品先被冷凍成固體，隨后通過(guò)將其暴露在低的水分分壓下（請(qǐng)注意，不是抽真空。而是將固體樣品暴露在一個(gè)低的水分分壓下），溶劑直接通過(guò)升華變?yōu)闅庀啵麄€(gè)過(guò)程不經(jīng)過(guò)液相。

通過(guò)凍干獲得的干燥產(chǎn)品，具有很好地“溶劑親和性"。

二、WATER 水

水：水是生命的基本要素。

對(duì)于絕大多數(shù)的化學(xué)尤其是生物制品來(lái)說(shuō)，水是萬(wàn)能溶劑。他參與生命的代謝，同時(shí)也對(duì)于其他功能負(fù)責(zé)，如食品的顏色、紋理等。但是同時(shí)，水也是存儲(chǔ)的產(chǎn)品發(fā)生變質(zhì)的主要原因。相反，在沒(méi)有水的情況下，生化反應(yīng)幾乎停止。所以我們有必要降低水分含量，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不穩(wěn)定產(chǎn)品的保存。從而對(duì)其實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和運(yùn)輸。

對(duì)于凍干工藝來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品的最終水分含量和產(chǎn)品的質(zhì)保期會(huì)有一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系。所以產(chǎn)品的最終水分含量是凍干產(chǎn)品的關(guān)鍵考核指標(biāo)之一。

三、Temperature and Heat 溫度和熱

溫度：溫度是一個(gè)測(cè)量物質(zhì)內(nèi)部能量-分子運(yùn)動(dòng)的辦法。他反應(yīng)一種物質(zhì)里總熱量的可測(cè)量數(shù)據(jù)。高溫度意味著內(nèi)部分子高速運(yùn)動(dòng)。用度來(lái)表示（攝氏度、華氏度）。

熱：當(dāng)兩個(gè)物體-分別處于不同的溫度-接觸。一個(gè)能量流動(dòng)就建立起來(lái)，從高溫物體（高內(nèi)部能量）到低溫物體（低內(nèi)部能量）直到達(dá)到平衡。用焦耳或卡路里來(lái)表示。

在凍干工藝中，我們要深刻理解的是，熱有三種傳遞方式：傳導(dǎo)（板層控溫）、對(duì)流（真空度設(shè)置）、輻射（腔體的壁和門外熱量對(duì)產(chǎn)品的熱量傳遞）。這三種方式共同的熱量傳遞，決定了我們最終的產(chǎn)品溫度。

Latent heat and sensible heat 潛熱和感熱

在熱化學(xué)里

• 潛熱：是指物質(zhì)在發(fā)生相變化（如固體、液體或氣體）時(shí)釋放或吸收的熱量。這個(gè)詞從拉丁語(yǔ)的：Latere詞而來(lái)，意指“隱藏"。這個(gè)詞現(xiàn)在被術(shù)語(yǔ)“轉(zhuǎn)變焓"所取代。

• 感熱：是指物體改變溫度而發(fā)生的能量吸收或者釋放。

在凍干過(guò)程中我們要透徹的理解“潛熱"的概念。冷凍干燥是一個(gè)在很低的溫度下，發(fā)生大量能量傳遞的過(guò)程。這些能量主要用來(lái)使得我們的樣品發(fā)生相變，而溫度并沒(méi)有發(fā)生很大的變化。

我們用具體數(shù)據(jù)來(lái)看一下，在一個(gè)凍干過(guò)程中，要去除1g水會(huì)經(jīng)歷那些相變以及對(duì)應(yīng)的能耗。

凍干過(guò)程中的基本概念（一）

1卡路里就是把1g水，溫度升高1℃所需要的能量。由上表我們可以看出，1g水從固體融化成液體需要的能量為80卡路里（足夠改變80℃的溫度）；從液體蒸發(fā)成氣體，需要的能量為543卡路里。升華所需要的能量為兩次相變能量的總和即623卡路里。

在凍干過(guò)程中，1g水經(jīng)歷的相變?yōu)橐韵拢?/span>

凍干過(guò)程中的基本概念（一）

預(yù)凍-升華-凝固-融化，液體進(jìn)入凍干機(jī)，除霜后液體出凍干機(jī)。實(shí)際上中間經(jīng)歷了6次相變（升華和凝結(jié)算兩次）。這中間的熱量交換值一共是1406卡路里（夠水改變1406℃溫度的能量）。這還沒(méi)有考慮設(shè)備的能量利用率的問(wèn)題。

以上過(guò)程從原理層面解釋了，為什么凍干是一個(gè)能耗很大的過(guò)程。是去除1g水，代價(jià)最大的過(guò)程。