เครื่องทำแห้งแช่แข็งทำงานในสามขั้นตอน:
หนาวจัด
การอบแห้งเบื้องต้น (การระเหิด)
การทำแห้งรอง (การดูดซับ)
การทำแห้งแบบแช่แข็งที่เหมาะสมสามารถลดระยะเวลาการอบแห้งได้ 30%
ด่าน 1: ด่านเยือกแข็ง
แผนภาพแสดงวิธีการทำงานของเครื่องทำแห้งแบบแช่แข็งและความดันการทำแห้งแบบแช่แข็งที่เหมาะสมและอุณหภูมิการทำแห้งแบบแช่แข็ง
นี่คือขั้นตอนที่สำคัญที่สุด เครื่องอบแห้งแบบแช่แข็งใช้วิธีการต่างๆ มากมายในการแช่แข็งผลิตภัณฑ์
การแช่แข็งสามารถทำได้ในช่องแช่แข็ง อ่างแช่แข็ง (ช่องแช่แข็งแบบเปลือก) หรือบนชั้นวางของเครื่องทำแห้งแช่แข็ง
เครื่องอบเยือกแข็งจะทำให้วัสดุเย็นลงที่จุดสามจุดเพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุจะระเหิดแทนที่จะละลาย สิ่งนี้จะรักษารูปร่างทางกายภาพของวัสดุไว้
เครื่องอบแบบเยือกแข็งมีความอ่อนไหวมากที่สุดในการแช่แข็งผลึกน้ำแข็งขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถผลิตได้โดยการแช่แข็งหรือการอบอ่อนอย่างช้าๆ อย่างไรก็ตาม สำหรับวัสดุชีวภาพ เมื่อผลึกมีขนาดใหญ่เกินไป อาจสร้างความเสียหายให้กับผนังเซลล์ ส่งผลให้ได้ผลลัพธ์การทำแห้งแบบเยือกแข็งน้อยกว่าอุดมคติ เพื่อป้องกันสิ่งนี้ กระบวนการแช่แข็งจึงดำเนินการอย่างรวดเร็ว
สำหรับวัสดุที่มีแนวโน้มที่จะเกิดการตกตะกอน สามารถใช้กระบวนการหลอมได้ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการแช่แข็งอย่างรวดเร็ว จากนั้นจึงเพิ่มอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์เพื่อให้ผลึกเติบโต
ขั้นตอนที่ 2: การอบแห้งเบื้องต้น (การระเหิด)
ขั้นตอนที่สองคือการทำให้แห้งเบื้องต้น (การระเหิด) ในระหว่างนี้ความดันจะลดลงและเพิ่มความร้อนให้กับวัสดุเพื่อทำให้น้ำระเหิด
สุญญากาศของเครื่องทำแห้งแช่แข็งจะเร่งการระเหิดให้เร็วขึ้น คอนเดนเซอร์ของเครื่องทำแห้งแช่แข็งจะมีพื้นผิวสำหรับให้ไอน้ำเกาะติดและแข็งตัว คอนเดนเซอร์ยังช่วยปกป้องปั๊มสุญญากาศจากไอน้ำอีกด้วย
ในระหว่างขั้นตอนนี้ น้ำประมาณ 95% ในวัสดุจะถูกกำจัดออกไป
การอบแห้งเบื้องต้นอาจเป็นกระบวนการที่ช้า ความร้อนที่มากเกินไปสามารถเปลี่ยนโครงสร้างของวัสดุได้
ขั้นตอนที่ 3: การอบแห้งขั้นที่สอง (การดูดซับ)
ขั้นตอนสุดท้ายคือการทำให้แห้งขั้นที่สอง (การดูดซับ) ในระหว่างนี้โมเลกุลของน้ำที่มีพันธะไอออนจะถูกกำจัดออกไป
การเพิ่มอุณหภูมิให้สูงกว่าขั้นตอนการทำให้แห้งเบื้องต้น พันธะระหว่างวัสดุกับโมเลกุลของน้ำจะถูกทำลาย
วัสดุที่ทำแห้งแบบเยือกแข็งยังคงมีโครงสร้างเป็นรูพรุน
หลังจากที่เครื่องทำแห้งแช่แข็งเสร็จสิ้นกระบวนการแล้ว สูญญากาศสามารถถูกทำลายได้ด้วยก๊าซเฉื่อยก่อนที่วัสดุจะถูกปิดผนึก
วัสดุส่วนใหญ่สามารถทำให้แห้งโดยมีความชื้นคงเหลือ 1-5%
