전체 동결건조 공정은 본질적으로 열과 물질(수증기)의 동시 전달 과정입니다. 열과 물질 전달 속도는 건조 속도에 영향을 미치며, 따라서 전체 동결건조 사이클에 영향을 줍니다. 열과 물질 전달에 영향을 미치는 모든 요인은 건조 속도에 영향을 미칩니다. 요약하면, 동결건조기에서 열과 물질 전달에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같습니다.
1. 물질의 형태 및 조성: 동결건조 대상 물질은 일반적으로 고체 또는 액체로 분류됩니다. 고체의 형태와 액체의 농도는 동결건조 속도에 상당한 영향을 미칩니다.
2. 예비 동결 속도: 동결 과정에서 형성되는 결정의 크기는 건조 속도와 건조 제품의 용해 속도에 상당한 영향을 미칩니다. 동결 건조기의 급속 동결과 완속 동결 과정은 다음과 같은 차이점이 있습니다. 급속 동결은 작은 얼음 결정을 생성하는 반면, 완속 동결은 큰 얼음 결정을 생성합니다. 큰 얼음 결정은 승화를 촉진하는 반면, 작은 얼음 결정은 승화를 억제합니다. 따라서 급속 동결은 낮은 승화 속도와 빠른 탈착 속도를, 완속 동결은 빠른 승화 속도와 느린 탈착 속도를 나타냅니다.
3. 투입량: 동결 건조 과정에서 용기에 담긴 재료는 일정한 표면적 대 두께 비율을 갖게 됩니다. 따라서 동결 건조는 투입량과 밀접한 관련이 있습니다. 표면적과 두께가 작을수록 수분의 승화가 촉진되어 동결 건조가 용이해지고 최적의 품질을 얻을 수 있습니다. 건조 과정에서 용기 단위 면적당 투입되는 습중량은 건조 시간을 결정하는 중요한 요소입니다. 일반적으로 재료의 두께가 얇을수록 열 및 물질 전달이 빨라지고 건조 시간이 단축됩니다. 그러나 재료의 두께가 얇아지면 단위 동결건조 면적당 건조되는 재료의 양이 줄어들어 단위 동결건조 면적당 및 단위 시간당 수율을 높이는 데 불리합니다.
4. 건조실 압력: 건조실 내부 압력은 열 및 물질 전달 속도에 영향을 미칩니다. 물질 전달의 경우 압력이 낮을수록 좋고, 열 전달의 경우 압력이 높을수록 좋습니다. 동결건조기의 물질 전달 속도는 주로 승화 계면과 건조층 표면의 온도 및 압력에 의해 결정됩니다. 건조층에서 수증기 방출 속도를 높이는 한 가지 방법은 승화 계면의 온도를 높여 계면 수증기압을 증가시키는 것이고, 다른 방법은 건조실 내부의 진공도를 높여 건조층 표면의 수증기압을 낮추는 것입니다.
5. 열 전달 방식: 동결건조기는 전통적으로 전도, 대류, 열복사 및 매체 가열(마이크로파 가열) 방식으로 분류됩니다. 동결건조기의 승화건조 과정은 열과 물질(수증기)의 전달을 포함하므로, 재료에 효율적으로 열을 전달하는 데 사용되는 열 전달 방식은 동결건조기의 건조 속도에 상당한 영향을 미칩니다.