一、 干燥原理    
干燥泛指從濕物料中除去水分（后面的干燥泛指水分）或其他濕分的各種操作。如在日常生活中將潮濕物料置于陽光下曝曬以除去水分，工業上用硅膠、石灰、濃硫酸等除去空氣、工業氣體或有機液體中的水分(減濕)。在工業生產中，干燥通常指用熱空氣、煙道氣以及紅外線等加熱濕固體物料，使其中所含的水分或溶劑汽化而除去，是一種屬于熱質傳遞過程的單元操作。干燥的目的是使物料便于貯存、運輸和使用，或滿足進一步加工的需要。例如谷物、蔬菜經干燥后可長期貯存；合成樹脂干燥后用于加工，可防止塑料制品中出現氣泡或云紋；紙張經干燥后便于使用和貯存。干燥廣泛應用于化工、食品、輕工、紡織、煤炭、農林產品加工和建材等各部門。
原理:在一定溫度下，任何含水的濕物料都有一定的蒸氣壓,當此蒸氣壓大于周圍氣體中的水汽分壓時,水分將汽化。汽化所需熱量，或來自周圍熱氣體，或由其他熱源通過輻射、熱傳導提供。含水物料的蒸氣壓與水分在物料中存在的方式有關。物料所含的水分，通常分為非結合水和結合水。非結合水是附著在固體表面和孔隙中的水分，它的蒸氣壓與純水相同；結合水則與固體間存在某種物理的或化學的作用力，汽化時不但要克服水分子間的作用力，還需克服水分子與固體間結合的作用力，其蒸氣壓低于純水，且與水分含量有關。在一定溫度下，物料的水分蒸氣壓p同物料含水量x（每千克絕對干物料所含水分的千克數）間的關系曲線稱為平衡蒸氣壓曲線（圖1平衡蒸氣壓曲線），一般由實驗測定。當濕物料與同溫度的氣流接觸時，物料的含水量和蒸氣壓下降，系統達到平衡時，物料所含的水分蒸氣壓與氣體中的水汽分壓相等，相應的物料含水量x﹡稱為平衡水分。平衡水分取決于物料性質、結構以及與之接觸的氣體的溫度和濕度。膠體和細胞質物料的平衡水分一般較高，通過干燥操作能除去的水分，稱為自由水分（即物料初始含水量x1與x﹡之差）。
將濕物料置于溫度、濕度和氣速都恒定的氣流中，物料中的水分將逐漸降低。由實驗可測得干燥速率 N與物料含水量x的關系曲線(圖1干燥速率曲線)，此曲線稱為干燥速率曲線。干燥速率為單位時間內單位物料表面汽化的水量，即：
式中G為絕對干物料的質量；A為暴露于氣流中的物料表面積；x為物料的含水量；τ為干燥時間。從圖示的干燥速率曲線可知：濕物料的干燥過程分為恒速干燥和降速干燥兩個階段，分界點的含水量稱為臨界含水量Xｃ。臨界含水量不僅取決于物料的性質和結構，還與氣速、溫度和濕度以及干燥器的類型有關。在恒速干燥階段，物料的含水量大于臨界含水量，物料表面布滿非結合水分。若熱量的供應僅來自熱氣體，則物料的表面溫度等于氣體的濕球溫度。此階段的干燥速率與物料的性質和含水量無關，僅取決于干燥器的結構以及氣體的流速和性質。恒速干燥階段所汽化的水分，全部為非結合水分。在降速干燥階段，物料的含水量低于臨界含水量，干燥速率的變化規律與物料的性質和結構尤其是水分的存在方式有關。這時水分在固體物料內部的擴散起重要作用。減薄物料的厚度或減小其粒度，能夠有效地提高干燥速率。降速干燥階段汽化除去的水分包括剩余的非結合水分和部分結合水分。物料的溫度在干燥過程中逐漸升高。
二、 干燥種類  
根據熱量的供應方式，有多種干燥類型：①對流干燥。使熱空氣或煙道氣與濕物料直接接觸，依靠對流傳熱向物料供熱，水汽則由氣流帶走。對流干燥在生產中應用較廣，它包括氣流干燥、噴霧干燥、流化干燥、回轉圓筒干燥和廂式干燥等。②傳導干燥。濕物料與加熱壁面直接接觸，熱量靠熱傳導由壁面傳給濕物料，水汽靠抽氣裝置排出。它包括滾筒干燥、真空耙式干燥等。③輻射干燥。熱量以輻射傳熱方式投射到濕物料表面，被吸收后轉化為熱能，水汽靠抽氣裝置排出，如紅外線干燥。④介電加熱干燥。將濕物料置于高頻電場內，依靠電能加熱而使水分汽化，包括高頻干燥、微波干燥。在傳導、輻射和介電加熱這三類干燥方法中，物料受熱與帶走水汽的氣流無關，必要時物料可不與空氣接觸。
根據干燥物料所處環境壓強可分為：①常壓干燥。干燥操作在常壓條件下進行，此方式較為多見，大多數干燥裝置都為常壓干燥。②加壓干燥。干燥操作在高于大壓力下進行，此法較為少見。③真空干燥。為更好地保護干燥物料，必須降低加熱溫度。但當溫度低于沸點時，干燥進展很慢。恰當降低壓力可使水沸點溫度降低，有利于縮短干燥時間。
根據物料的加熱溫度可分為：①高溫干燥。加熱溫度大于等于大氣壓力下水的沸點，此法物料干燥速度較快，但較易引起物料特性的變化。②常溫干燥。在常溫條件下對物料進行干燥，例如：風干、陰干等，此法可以較好地保護物料原有的特性。③冷凍干燥。對物料進行冷凍，使物料凍結，在物料不解凍的條件下進行干燥。此法可以較大程度地保持物料原有特性，干燥前后的物料無化學變化。
三、 壓強與沸點溫度的關系
物質從液相變為氣相的過程叫做汽化。由液相變為氣相的轉折點溫度叫沸點。按照物質分子運動論的觀點，氣體中的分子平均距離比液體中的大得多。液態時，物質分子之間有較強的吸引力，物質從液相轉變為氣相，必須克服分子間的引力而做功，這種功稱為內功。另外，當物質從液相變為氣相時,體積將增大許多倍,因此還必須反抗大氣壓力而做功，這種功稱為外功。做功需要消耗一定的能量。當液體蒸發或沸騰時，保持溫度不變，都必須從外界輸入能量，這就是液體汽化時需要汽化熱的原因。如果液體在絕熱下蒸發，則液體的溫度將降低，這一現象被用來獲得低溫。例如,利用液氦的絕熱蒸發,可獲得約為0.7K的低溫。
對于水來說，其沸點溫度與壓強關系有著一一對應關系，壓強低其沸點溫度也低。表1為不同的壓強下水的沸點溫度數據。

            表 1  壓強與水的沸點溫度 
當壓強為610.5Pa時，對應沸點溫度為0℃，由于此溫度又是水的冰點，在此點水的汽、液、固三態并存，我們把此點叫做水的三相點。
四、 汽化與升華
物質從液相變為氣相的過程叫做汽化。在圖2中，對于水來說，如環境溫度大于0℃、水汽分壓P水汽小于水的飽和蒸汽壓P飽和，則汽化能順利進行。目前大多數干燥方法都是照此原理進行工作。
物質從固相變為氣相的過程叫做升華。在圖2中，如果環境溫度小于0℃，水以固態冰的形式存在，環境中水汽分壓P水汽小于冰表面的水飽和蒸汽壓P飽和，則升華能順利進行。如此時環境中水汽分壓P水汽大于冰表面的水飽和蒸汽壓P飽和，則水汽凝結成冰或霜，我們稱此為凝華，它是升華的相反過程。
五、 凍干現象
人們普遍的概念，清洗衣料后，衣料干燥應在較高的溫度、通風干燥的環境下進行，環境溫度越高、空氣干燥度越高，則衣料干得越快。可在嚴寒地區，人們發現洗過的衣料，涼在始終冰雪不化的背陽處，凍成硬梆梆的衣料也會干燥。另外人們也發現放在冷庫、冰箱冷凍室中未包裝的食品，雖然凍得很硬，但表面已經干燥，這些就是凍干現象。
六、 凍干原理及定義
從圖2中我們可以看出，當溫度為0℃時，水剛好處于冰點，此時水處于液、氣、固三態并存，我們把此點叫做水的三相點。溫度向上，水以汽、液二相出現；溫度向下、水以汽、固二相形態出現。
當水凍結成冰后，從前面的學習中我們知道，只要環境中的水汽分壓P水汽小于對應溫度冰的飽和蒸汽壓P飽和，則冰直接從固態變為汽態而進行干燥過程，我們把這一過程叫做升華干燥，冰直接從固態變為汽態的現象叫升華。
我們把物料在凍結的情況下進行干燥，在干燥過程中冰不溶化，冰從固態直接汽化而干燥的過程叫冷凍干燥（簡稱凍干）。
七、 凍干物料的特點
1. 含水量、吸濕性及存貯性能
    凍干脫水比較徹底，凍干物料含水量在5%以下。由于升華干燥前的凍結，使物料形成了一個穩定的固體骨架，冰晶升華后，固體骨架基本不變，凍干物料具有多孔海綿狀結構，因此具有較大的表面積。如暴露在空氣中，它的吸濕性能很強，也較易與空氣發生各種反應。凍干物料含水量很低，只要包裝恰當，不加任何防腐劑、在室溫條件下也可以存貯較長時間。
2. 形狀和質地
    物料中冰晶升華后，固體骨架基本不變，因此凍干物料形狀變化較少，物料（包括液體）基本保持原有形狀不變。物料中的水分以冰晶形式存在，原溶于水中的無機鹽等溶解物被均勻地分配在物料中，冰晶升華后，溶于水中的溶解物就地析出，留下多孔海綿狀結構，避免了無機鹽等成分的表面析出而引起的表面硬化現象，由于含水量很低，因此凍干物料質地酥松，它極易破碎和粉末化。
3. 色、香、味及活性
    冷凍干燥是在低溫、真空條件下進行的操作。在此種條件下，物料中熱敏和易氧化成分不易受到破壞，物料的活性較大程度地得到保存；物料中各種色素不易分解，酶和氨基酸幾乎不發生褐變，因此物料的顏色也幾乎不變；低溫下芳香成分的揮發性較低，也無氧化等劣變反應，不會產生異味，相反因水分的脫去使芳香成分濃度相對增加，香氣更加濃郁；因低溫和無氧化等各種化學反應，所以物料的各種成分得到較有效的保存，其風味也基本不流失，味道由于脫水而變得更濃。
4. 復水性能和溶化性能
    由于凍干物料為多孔海綿狀結構，沒有無機鹽等成分的表面析出而引起的表面硬化現象，水分能很容易滲入內部與干物料充分接觸，因此凍干物料與其他方式干燥的物料相比，有著優異的復水性。如凍干前物料是水溶性液體，那凍干后放入水中就能很快溶化。
八、 升華的基本條件
當水蒸氣壓大于610.5Pa時，冰只能先融化為水，然后再由水轉化為水蒸氣；而冰周圍的蒸汽壓低于610.5Pa時，冰可以直接升華為水蒸氣，這就是升華干燥的理論基礎。
冰升華時其狀態點應在圖2的升華區內。比如：溫度為-10℃的冰如果周圍的水蒸氣壓為400Pa，則必須將蒸汽壓降到低于286Pa（-10℃冰的飽和蒸汽壓）時，冰才能開始升華。蒸汽壓為286Pa（-10℃冰的飽和蒸汽壓值），如果冰溫為-20℃（對應飽和蒸汽壓125Pa），升華雖然在進行，但升華速度太慢，我們可以提高冰溫，使溫度接近-10℃（低于它），以加快升華速度；當冰溫大約為-50℃時，由于此時對應的蒸汽壓接近于0Pa，因此再這么降低周圍的蒸汽壓也無法使冰升華，此時必須提高冰溫以便升華得以進行。
九、 升華干燥的必要條件
隨著升華的進行，不斷地吸收熱量，致使冰失去熱量而溫度降低。如冰得不到熱量補充，則會使冰溫繼續降低，當冰溫大約為-50℃時，由于此時對應的蒸汽壓接近于0Pa，并停止升華。所以，升華干燥時，要不停地向冰晶傳熱，以提供升華所需的熱量。但如果所提供的熱量大于冰升華所需的熱量，多余的熱量就會被冰作為顯熱吸收，導致冰溫上升。當冰溫上升到冰點時，冰就會融化。
假如冰表面的水蒸氣壓低于冰的飽和蒸汽壓，則一部分冰升華為水蒸氣，使水蒸氣壓升高。當水蒸氣壓增高到等于此溫度下冰的飽和蒸汽壓時，冰與水蒸氣達到平衡，表現為冰停止升華。