產品的冷凍幹燥需要在一定裝置中進行，這個裝置叫做真空冷凍幹燥機或冷凍幹燥裝置，簡稱冷凍乾燥機。
冷凍乾燥機按系統分，由制冷系統、真空系統、加熱系統、和控制系統四個主要部分組成。按結構分，由凍幹箱或稱幹燥箱、冷凝器或稱水汽凝結器、制冷機、真空泵和閥門、電氣控制元件等組成。
凍幹箱是一個能夠制冷到-55℃左右，能夠加熱到冷凍乾燥機+80℃左右的高低溫箱，也是一個能抽成真空的密閉容器。它是冷凍乾燥機的主要部分，需要凍幹的產品就放在箱內分層的金屬板層上，對產品進行冷凍，並在真空下加溫，使產品內的水分升華而幹燥。
冷凝器同樣是一個真空密閉容器，在它的內部有一個較大表面積的金屬吸附面，吸附面的溫度能降到-40℃～-70℃以下，並且能維持這個低溫范圍。冷凝器的功用是把凍幹箱內產品升華出來的水蒸氣凍結吸附在其金屬表面上。
凍幹箱、冷凝器、真空管道、閥門、真空泵等構成冷凍乾燥機的真空系統。真空系統要求沒有漏氣現象，真空泵是真空系統建立真空的重要部件。真空系統對於產品的迅速升華幹燥是必不可少的。
制冷系統由制冷機與凍幹箱、冷凝器內部的管道等組成。制冷機可以是互相獨立的二套或以上，也可以合用一套。制冷機的功用是對凍幹箱和冷凝器進行制冷，以產生和維持它們工作時所需要的低溫，它有直接制冷和間接制冷二種方式。
加熱系統對於不同的冷凍乾燥機有不同的加熱方式。有的是利用直接電加熱法;有的則利用中間介質來進行加熱，由一台泵(或加一台備用泵)使中間介質不斷循環。加熱系統的作用是對凍幹箱內的產品進行加熱，以使產品內的水分不斷升華，並達到規定的殘餘含水量要求。
控制系統由各種控制開關，指示調節儀表及一些自動裝置等組成，它可以較為簡單，也可以很複雜。一般自動化程度較高的冷凍乾燥機則控制系冷凍乾燥機統較為複雜。控制系統的功用是對冷凍乾燥機進行手動或自動控制，操縱機器正常運轉，以使冷凍乾燥機生產出合乎要求的產品來。
冷凍幹燥的程序：
⑴在凍幹之前，把需要凍幹的產品分裝在合適的容器內，一般是玻璃模子瓶、玻璃管子瓶或安瓶，裝量要均勻，蒸發表面盡量大而厚度盡量薄一些;
⑵然後放入與凍幹箱板層尺寸相適應的金屬盤內。對瓶裝一般采用脫底盤，有利於熱量的有效傳遞。
⑶裝箱之前，先將凍幹箱進行空箱降溫，然後將產品放入凍幹箱內進行預凍;或者將產品放入凍幹箱內板層上同時進行預凍;
⑷抽真空之前要根據冷凝器制冷機的降溫速度提前使冷凝器工作，抽真空時冷凝器至少應達到-40℃的溫度;
⑸待真空度達到一定數值後(通常應達到13Pa～26Pa內的真空度)，或者有的凍幹工藝要求達到所要求的真空度後繼續抽真空1～2h以上;即可對冷凍乾燥機箱內產品進行加熱。一般加熱分兩步進行，第一步加溫不使產品的溫度超過共熔點或稱共晶點的溫度;待產品內水分基本幹完後進行第二步加溫，這時可迅速地使產品上升的規定的最高許可溫度。在最高許可溫度保持2h以上後，即可結束凍幹。
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