凍干機的大小、容量和性能取決于您想要凍干的物料的類型和數量。如果您只需要處理少量的水果、蔬菜、草藥等，則可以選擇小型或實驗型凍干機。如果您需要凍干大批量的食品或藥品，則需要選擇具有較大容量和生產能力的工業級別的凍干機。

凍干機的工作原理主要是利用物質相變原理，通過冷卻和真空處理將水分從物料中移除。其工作流程包括預冷、加載物料、冷卻、真空、加熱、干燥和取料等步驟。在整個工作流程中，需要嚴格控制溫度、真空度和時間等參數，以保證凍干效果的良好。

假設凍干本身是在最優條件下進行的，而且在凍干過程結束時產品達到了預期的質量，凍干產品在存儲過程，其質量變化至少受三個因素的影響：殘余水分，存儲溫度及混合在包裝袋里的氣體。

準備物料：選擇需要凍干的食物、草藥或原料藥品，大體積的食品和草藥切成適當的大小，以便放入凍干機。

熱重分析法(TG，TG/MS)是在程序控溫下，測量物質的質量隨溫度（或時間）的變化關系，用來研究材料的熱穩定性和組分。檢測質量最常用的辦法就是天平。熱重分析儀如圖4-47所示。May等人描述了在稱量過程中，如何區分質譜儀的讀數是解吸出來的水的還是揮發性物質的，揮發性物質有可能來自殘余溶劑或部分產品的分解。

稱重法 這是一種古老的方法，也是直接測量法。在凍干箱內設置稱重機構，小凍干機內可以設置天平，大型凍干機內可以設置地秤或吊秤，實現邊抽真空邊觀察重量的變化。這種方法的優點是簡單易學；缺點是不夠準確。

Carrington等人利用熱力學分析(TMA)研究了30%質量分數果糖、蔗糖和葡萄糖在有和沒有羧甲基纖維素鈉(CMC)存在時冰的結晶溫度。TMA被用來測量冷凍和復溫過程樣品的膨脹，利用DSC也做了類似的研究。用TMA測得果糖在有和沒有CMC存在，以5℃/min的速率冷凍時的具有代表性的結果如圖4-39所示。圖4-40表示的是由TMA確定的30%蔗糖溶液慢速冷凍和熱處理后的加熱曲線。圖4-41表示的是由DSC確定的30%蔗糖溶液慢速冷凍和熱處理后的加熱曲線。比較由兩種方法測得的關于蔗糖的兩個溫度Tr1和Tr2(如圖4-40和圖4-41所示)，Tr1≈-60℃(TMA)和-41.2℃(DSC),Tr2≈-35℃(TMA)和-32.6℃(DSC),很明顯，正如作者所討論的那樣，有很多因素影響最后所得的數據。

差示掃描量熱法(DSC)是比較兩種不同的熱流：一種流向或來自研究的樣品，另一種流向或來自測量范圍之內的沒有相變的物質，例如制造玻璃用的沙子。圖4-29和圖4-30表示的是調整了的DSCTM系統的部分立體剖視圖，圖4-31表示用于DSC測量的商用儀器。

Hsu等將重組CD4-IgG(CD4-免疫球蛋白G)用四級串聯的帕耳帖組件冷卻至-60℃，用一架低溫顯微鏡觀察到了它的再結晶過程。他的觀察室也可以被抽成真空而用于冷凍干燥研究。

溶液的導電是靠帶電離子在溶液中定向移動來進行的。在溶液凍結過程中，離子的漂移率隨溫度的下降而逐漸降低，使電阻增大。只要還有液體存在，電流就可流動。但一旦全部凍結成固體，帶電離子不能移動，電阻就會突然增大。根據電阻由小突然變大這一現象，就可測出溶液的共晶點。反之，當凍結物料的溫度升高時，物料的電阻值會突然減小，這一過程可用于測定物料的熔融點溫度。

凍干機的控制系統是控制工藝參數準確運行，保證凍干工藝過程按時完成的核心部分。常用的控制系統有手動控制、半自動控制、全自動控制、網絡控制和智能控制等。前兩種控制方式已經逐漸被淘汰，現階段國內外生產的凍干機均已實現全自動控制、遠程監控和智能控制。

被凍結的制品，不論其凍結體為大塊、小塊、顆粒、片狀或其他任何形狀，開始升華時總是在表面上進行的，這時升華的表面積就是凍結體的外表面。在升華進行過程中，水分逐漸逸出，留下不能升華的多孔固體狀的基體，于是升華表面逐漸向內部退縮。在升華表面的外部形成已干層，內部為凍結層。凍結層內部的冰晶是不可能升華的，故升華表面是升華前沿。升華前沿所需供給的熱能，相當于冰晶升華潛熱。不論采用什么熱源，也不論這些熱量以什么樣的方式傳遞，要達到水分升華的目的，這些熱量最終必須不斷地傳遞到升華表面上來。

一個完整的真空系統包括真空容器、真空泵、真空儀表、真空閥門和真空管道。凍干箱和捕水器是凍干機真空系統的大容器，真空泵通過抽空閥抽捕水器，再通過主閥抽凍干箱；在真空泵頭和凍干箱及捕水器上均裝有真空測量裝置，以便測量系統的真空。

凍干箱或稱凍干倉、凍干室，它是凍干機的核心部件。醫藥用凍干機的物料冷凍和干燥都在凍干箱內完成；食品用凍干機的物料預凍后也在凍干箱內完成真空干燥。為完成上述功能，凍干箱內需要有加熱和（或）制冷的擱板，需要有熱或冷液體的導入，有電極引入部件，有觀察窗等部件。還有些凍干機的捕水器也布置在凍干箱內。

凍干機按用途可以分成食品用凍干機、藥品用凍干機、實驗用凍干機等

真空冷凍干燥設備簡稱冷干機，它是實現凍干藝術必備的裝置。凍干工藝對凍干機的要求主要有：實用性、安全性、可靠性和先進性。設計和制造凍干機時需要考慮節能、環保、降低成本、維修容易、使用方便。生物制品和醫藥用凍干機所生產的產品價值很高，在凍干過程中一旦出現放障，造成的損失嚴重，因此要求凍干機有很好的可靠性。凍干過程的監控非常重要，為保證凍干產品的質量，測量和控制元件需要有較高的精度。

通常流體的擴散滿足Fick定律，固相中的擴散也常常沿襲出流體擴散過程的處理方法。但分形多孔介質中非均勻孔隙的復雜性，若仍沿用傳統方法描述，將與實際情況相差太大。根據文獻可知，若用ρ(r，t)表示擴散概率密度，在d維歐氏空間的一般擴散方程

以往的研究大都是研究宏觀參數，如壓力、溫度和物料的宏觀尺寸等對凍干過程熱傳遞的影響，物料微觀結構的影響忽略不計或被簡化，因此，只是對于均質的液態物料和結構單一固態物料比較適用。對于一般生物材料,凍干過程已干層多孔介質實際上不是均勻的，而是具有分形的特點。然而分形多孔介質中的擴散已不再滿足歐式空間的Fick定律，擴散速率較歐式空間減慢了，擴散系數不是常數，與擴散距離還有關。已干層分形特征如何確定，以及怎么影響凍干過程熱質傳遞，都是有待研究的問題。

1979年利亞皮斯(Liapis))和利奇菲爾德(Litchfield）等提出了冷凍干燥過程的升華-解析模型。該模型的思想是把已干層當做多孔介質，利用多孔介質內熱質傳遞理論建立已干層內的熱質傳遞模型。該模型的特點是：簡化條件相對來說比較少，能較好地模擬凍干過程，與實際情況比較接近，但求解較困難，所需物性參數較多。近年來有不少學者在此基礎又做了進一步改進，多數是為了提高藥品的質量和干燥速率而建的模型。

凍干過程的傳熱傳質應包括干燥過程中物料內水分的固氣相變及物料內的傳熱傳質；被凍干物料外、凍干機內非穩態溫度場和稀薄氣體流動的理論；捕水器內水蒸氣的氣-固相變理論等。目前，就第一部分內容國內外研究的較多，下面主要針對第一部分做一詳細闡述。