真空冷凍干燥機是運用機械方式為制品提供凍結及升華環境的設備。
首先將制品放置于密閉的干燥箱中的板層上，板層必須平整光潔，所有與制品接觸的部件均采用耐腐蝕，不產生粉末和有害物質的材料制成，并且板層必須傳熱均勻以保證每批制品的一致性。
然后關閉冷凍干燥機箱門，制冷系統通過循環系統中的板式換熱器來對導熱介質進行降溫。板層中的導流裝置進行導流，使板層能夠溫度均勻，滿足制品一致性的要求。當制品降低到要求冰晶溫度后，制冷系統將切換至冷凝盤管，對其進行降溫，冷凝盤管降溫首先是為了使干燥箱和冷凝器產生壓差，采用制冷劑直接蒸發的方式，可以達到比板層更低的溫度，可以使干燥箱和冷凝器產生溫差。
制冷冷凝器還有一個作用就是保護真空系統如果制品的大量升華水氣直接進入真空系統或者真空泵，會造成真空變差，損壞真空泵及真空件。當冷凝器降至要求溫度后，真空系統就開始啟動，對干燥箱和冷凝器進行使制品達到加熱升華所需的壓強，達到所需壓強后，循環系統中電加熱就開始對導熱介質進行加熱，導熱介質再通過板層的換熱，使制品達到加熱升華的目的。
冷凍干燥中制品的干燥分兩個階段:第一階段干燥也稱升華干燥，其主要任務是將凍結制品中的冰晶以升華的方式去除，當然也會除去一些結合水。第二階段干燥也稱解吸干燥，其主要任務是將制品中殘留的水除去，使制品的殘留水份符合儲存要求。當制品完成干燥，并且真空度達到用戶所要求的控制范圍時，一批合格的凍干制品就可以復壓出艙了。
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