冻干过程中的基本概念（一）
2026-05-19 来源:本站 点击次数:32冻干过程中的基本概念（一）
此篇，只讲最基本的“基本概念”
冷冻干燥，是一个物理化学过程。在其中，有很多基本概念。每次线下课程，这部分都是必讲内容，即使面对已经有很多年工艺经验的老师，即使时间非常紧迫，我都还是坚持把这部分内容从头到尾梳理一遍。这部分内容是理解后面整个工艺过程的基础。如果这部分内容都理解透彻了，后面的很多问题基本就是一点就透。
内容比较晦涩枯燥，我就一次少写几个，始终还是坚持大家要把这些概念都理解透彻。
看概念之前，先抛个问题。冷冻干燥是一种干燥方法，其他的方法还有
Sun 日光
Hot Air Drying 热空气干燥
Filter Drying 过滤干燥
Centrifuge Drying 离心干燥
Fluid Bed Drying 流化床干燥
Spray Drying 喷雾干燥
Vacuum drying 真空干燥
Hot Air Drying 热空气干燥
Filter Drying 过滤干燥
Centrifuge Drying 离心干燥
Fluid Bed Drying 流化床干燥
Spray Drying 喷雾干燥
Vacuum drying 真空干燥
FREEZEDRYING 冷冻干燥
冷冻干燥，是所有干燥方法中，去除1g水，代价最昂贵的方法。昂贵的原因是：冻干设备成本很高、冻干过程的能耗很高（有多高？这些能量都去哪儿了？）、懂冻干工艺人员非常稀缺（为什么？）
1. Freeze-Drying 冷冻干燥
- 也叫冻干，是一个干燥过程，湿的产品先被冷冻成固体，随后通过将其暴露在低的水分分压下（请注意，不是抽真空。而是将固体样品暴露在一个低的水分分压下），溶剂直接通过升华变为气相，整个过程不经过液相。
- 通过冻干获得的干燥产品，具有很好地“溶剂亲和性”
2. WATER 水
水：水是生命的基本要素
- 对于绝大多数的化学尤其是生物制品来说，水是万能溶剂。他参与生命的代谢，同时也对于其他功能负责，如食品的颜色、纹理等
- 但是同时，水也是存储的产品发生变质的主要原因。相反，在没有水的情况下，生化反应几乎停止。
- 所以我们有必要降低水分含量，来实现对不稳定产品的保存。从而对其实现存储和运输。
对于冻干工艺来说，产品的最终水分含量和产品的质保期会有一个对应关系。所以产品的最终水分含量是冻干产品的关键考核指标之一。
3. Temperature and Heat 温度和热
温度:
温度是一个测量物质内部能量-分子运动的办法。他反应一种物质里总热量的可测量数据。高温度意味着内部分子高速运动。用度来表示（摄氏度、华氏度）。
热:
当两个物体-分别处于不同的温度-接触。一个能量流动就建立起来，从高温物体（高内部能量）到低温物体（低内部能量）直到达到平衡。用焦耳或卡路里来表示。
- 在冻干工艺中，我们要深刻理解的是，热有三种传递方式：传导（板层控温）、对流（真空度设置）、辐射（腔体的壁和门外热量对产品的热量传递）。
- 这三种方式共同的热量传递，决定了我们最终的产品温度。
Latent heat and sensible heat 潜热和感热
在热化学里
- 潜热:是指物质在发生相变化（如固体、液体或气体）时释放或吸收的热量。这个词从拉丁语的：Latere词而来，意指“隐藏”。这个词现在被术语“转变焓”所取代。
- 感热：是指物体改变温度而发生的能量吸收或者释放。
在冻干过程中我们要透彻的理解“潜热”的概念。冷冻干燥是一个在很低的温度下，发生大量能量传递的过程。这些能量主要用来使得我们的样品发生相变，而温度并没有发生很大的变化。
我们用具体数据来看一下，在一个冻干过程中，要去除1g水会经历那些相变以及对应的能耗。
1卡路里就是把1g水，温度升高1℃所需要的能量。
- 由上表我们可以看出，1g水从固体融化成液体需要的能量为80卡路里（足够改变80℃的温度）；从液体蒸发成气体，需要的能量为543卡路里。升华所需要的能量为两次相变能量的总和即623卡路里。
在冻干过程中，1g水经历的相变为以下：
预冻-升华-凝固-融化，液体进入冻干机，除霜后液体出冻干机。实际上中间经历了6次相变（升华和凝结算两次）。这中间的热量交换值一共是1406卡路里（够水改变1406℃温度的能量）。这还没有考虑设备的能量利用率的问题。
以上过程从原理层面解释了，为什么冻干是一个能耗很大的过程。是去除1g水，代价最大的过程。
4. States of aggregation of matter 物质聚集态
固体分为：晶体和无定型物质
关键温度及对应的数据如下表：
每次线下课程，学员对这一部分都有很多问题，所以为了理的更清楚，我又手写了以下内容：
这样，是否够清楚？
因为这个基本概念非常重要，所以希望大家都能弄得很明白。
文章来源——冻干工艺之家公众号 • 星德科 TELSTAR 冻干工艺实验室
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