中試凍干機(jī)基于冷凍干燥(凍脫水)技術(shù)，通過將物料先冷凍至低溫狀態(tài)，然后在真空條件下加熱，使物料中的水分從固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了去除水分并保持物料結(jié)構(gòu)的目的。
冷凍干燥過程實(shí)際上是水的物質(zhì)變化及其轉(zhuǎn)移過程。含有大量水份的生物制品首先凍結(jié)成固體，然后在真空狀態(tài)下固態(tài)冰直接升華成水蒸汽，水蒸汽又在冷凝器內(nèi)凝華成冰霜，干燥結(jié)束后冰霜熔化排出。在中試凍干機(jī)內(nèi)得到了需要的冷凍干躁產(chǎn)品。
凍干過程有二個放熱過程和二個吸收過程：液體生物制品放出熱量凝固成固體生物制品，固體生物制品在真空下吸收熱量升華成水蒸汽。水蒸汽在冷凝器中放出熱量凝華成冰霜，凍干結(jié)束后冰霜在冷凝器中吸收熱量熔化成水。
整個過程中進(jìn)行著熱量質(zhì)量的傳遞現(xiàn)象。熱量的傳遞貫穿全過程中。預(yù)凍階段：干燥的一階段和第二階段以及化霜階段均進(jìn)行著熱量的傳遞；質(zhì)量的傳遞僅在干燥階段進(jìn)行，凍干箱制品中產(chǎn)生的水蒸汽到冷凝器內(nèi)凝華成冰霜的過程，實(shí)際上也是質(zhì)量傳遞的過程，只有發(fā)生了質(zhì)量的傳遞產(chǎn)品才能獲得干燥。在干燥階段，熱的傳遞是為了促進(jìn)質(zhì)的傳遞，改善熱的傳遞也能改善質(zhì)的傳遞。
如果在產(chǎn)品的升華過程中不提供熱量，那么產(chǎn)品由于升華吸收自身的熱量使溫度下降，升華速率也逐漸下降，直到產(chǎn)品溫度相等于冷凝器的表面溫度，干燥便停止進(jìn)行，這時從凍結(jié)產(chǎn)品到冷凝器表面的水蒸汽分子數(shù)與從冷凝器表面返回到凍結(jié)產(chǎn)品的水蒸汽分子數(shù)相等，凍干機(jī)與冷凝器之間的水蒸汽壓力等于零，達(dá)到平衡狀態(tài)。
如果一個外界熱量加到凍結(jié)產(chǎn)品上，這個平衡狀態(tài)被破壞，凍結(jié)產(chǎn)品的溫度就高于冷凝器表面的溫度，凍干機(jī)和冷凝器之間便產(chǎn)生了水蒸汽壓力差。形成了從凍干箱流向冷凝器的水蒸汽流。由于冷凝器制冷的表面凝華水蒸汽為冰霜，使冷凝器內(nèi)的水蒸汽不斷地被吸附掉，冷凝器內(nèi)便保持較低的蒸汽壓力；而凍干箱內(nèi)流走的水蒸汽又不斷被產(chǎn)品中發(fā)生的水蒸汽得到補(bǔ)充，維持凍干箱內(nèi)較高的水蒸汽壓力。這一過程的不斷進(jìn)行，使產(chǎn)品不斷得到了干燥。
升華首先從產(chǎn)品的表面開始，在干燥進(jìn)行了一段時間之后，在凍結(jié)產(chǎn)品上面形成了一層已干燥的產(chǎn)品，產(chǎn)生了干燥產(chǎn)品與凍結(jié)產(chǎn)品之間的交界面。交界面隨著干燥的進(jìn)行不斷下降，直到升華完畢交界面消失。當(dāng)產(chǎn)生了交界面之后，水分子要穿越這層已干燥的產(chǎn)品才能進(jìn)入空間；水分子跑出交界面之后，進(jìn)入已經(jīng)干燥產(chǎn)品的某一間隔內(nèi)。以后可能還要穿過許多這樣的間隔后，才能從產(chǎn)品的縫隙進(jìn)入空間。也可以經(jīng)過一些轉(zhuǎn)折又回到凍結(jié)產(chǎn)品之中，干燥產(chǎn)品內(nèi)的間隔有時象迷宮一樣。
當(dāng)水分子跑出產(chǎn)品表面以后，它的運(yùn)動路徑還很曲折?？赡芘c玻璃瓶壁碰撞，可能凍干機(jī)的金屬板壁碰撞，也經(jīng)常發(fā)生水分子之間的相互碰撞，然后進(jìn)入冷凝器內(nèi)。當(dāng)水分子與冷凝器的制冷表面發(fā)生碰撞時，由于該表面的溫度很低，低溫表面吸收了水分子的能量，這樣水分子便失去了動能，使其沒有能量再離開冷凝器的制冷表面，于是水分子被“捕獲”了。大量水分子捕獲后在冷凝器表面形成一層冰霜，這樣就降低了系統(tǒng)內(nèi)的水蒸汽壓力。使凍干箱的水蒸汽不斷的流向冷凝器。隨著時間的延長，凍干箱內(nèi)不斷對產(chǎn)品進(jìn)行加熱以及冷凝器的持久工作，產(chǎn)品逐漸得到了干燥。
干燥的速率與凍干機(jī)和冷凝器之間的水蒸汽壓力差成正比，與水蒸汽流動的阻力成反比。水蒸汽壓力差越大，流動的阻力越小，則干燥的速率越快。水蒸汽的壓力差取決與冷凝器的有效溫度和產(chǎn)品溫度的溫度差。因此要盡可能地降低冷凝器的有效溫度和zui大限度地提高產(chǎn)品的溫度。
水蒸汽的流動阻力來自以下幾個方面：
產(chǎn)品內(nèi)部的阻力，水分子通過已經(jīng)干燥的產(chǎn)品層的阻力。這個阻力的大小與干燥層的結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品的種類、成份、濃度、保護(hù)劑等有關(guān)。
容器的阻力，容器的阻力主來自瓶口之處，因?yàn)槠靠诘慕孛孑^小，瓶口處可能還有某些物品。例如：帶槽的橡皮塞、紗布等，瓶口截面大，則阻力小。
機(jī)器本身的阻力。主要是凍干箱與冷凝器之間管道的阻力，管道粗、短、直則阻力小。另外阻力還與凍干箱的結(jié)構(gòu)和幾何形狀有關(guān)。
提高產(chǎn)品的溫度能增加凍干箱內(nèi)與水蒸汽壓力，加速水蒸汽流向冷凝器，加快質(zhì)的傳遞，增加干燥速率。但是提高產(chǎn)品的溫度是有一定限度的，不能使產(chǎn)品溫度超過共熔點(diǎn)的溫度。
降低冷凝器的溫度。也就降低了冷凝器內(nèi)水蒸汽的壓力，也能加速水蒸汽從凍干箱流向冷凝器。同樣能加快質(zhì)的傳遞，提高干燥速率。但是更多的降低冷凝器的溫度需增加投資和運(yùn)行費(fèi)用。
減少水蒸汽的流動阻力也能加快質(zhì)的傳遞，提高干燥速率。減小產(chǎn)品的分裝厚度；合理的設(shè)計(jì)瓶、塞、減少瓶口阻力；合理的設(shè)計(jì)中試凍干機(jī)，減少機(jī)器的管道阻力；選擇合適的濃度和保護(hù)劑，使干燥產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)疏松多亂，減少干燥層的阻力；試驗(yàn)*的預(yù)凍方法，造成有利于升華的冰晶結(jié)構(gòu)等。這些方法均能促進(jìn)質(zhì)的傳遞，提高干燥速率。
