真空冷冻干燥机是运用机械方式为制品提供冻结及升华环境的设备。
首先将制品放置于密闭的干燥箱中的板层上，板层必须平整光洁，所有与制品接触的部件均采用耐腐蚀，不产生粉末和有害物质的材料制成，并且板层必须传热均匀以保证每批制品的一致性。
然后关闭冷冻干燥机箱门，制冷系统通过循环系统中的板式换热器来对导热介质进行降温。板层中的导流装置进行导流，使板层能够温度均匀，满足制品一致性的要求。当制品降低到要求冰晶温度后，制冷系统将切换至冷凝盘管，对其进行降温，冷凝盘管降温首先是为了使干燥箱和冷凝器产生压差，采用制冷剂直接蒸发的方式，可以达到比板层更低的温度，可以使干燥箱和冷凝器产生温差。
制冷冷凝器还有一个作用就是保护真空系统如果制品的大量升华水气直接进入真空系统或者真空泵，会造成真空变差，损坏真空泵及真空件。当冷凝器降至要求温度后，真空系统就开始启动，对干燥箱和冷凝器进行使制品达到加热升华所需的压强，达到所需压强后，循环系统中电加热就开始对导热介质进行加热，导热介质再通过板层的换热，使制品达到加热升华的目的。
冷冻干燥中制品的干燥分两个阶段:第一阶段干燥也称升华干燥，其主要任务是将冻结制品中的冰晶以升华的方式去除，当然也会除去一些结合水。第二阶段干燥也称解吸干燥，其主要任务是将制品中残留的水除去，使制品的残留水份符合储存要求。当制品完成干燥，并且真空度达到用户所要求的控制范围时，一批合格的冻干制品就可以复压出舱了。
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