يعمل المجفف بالتجميد على ثلاث مراحل:
تجميد
التجفيف الأولي (التسامي)
التجفيف الثانوي (الامتزاز)
يمكن أن يؤدي التجفيف بالتجميد المناسب إلى تقليل وقت التجفيف بنسبة 30%.
المرحلة الأولى: مرحلة التجميد
يوضح الرسم البياني كيفية عمل مجفف التجميد وضغط التجفيف بالتجميد المثالي ودرجة حرارة التجفيف بالتجميد
هذه هي المرحلة الأكثر أهمية. تستخدم مجففات التجميد مجموعة متنوعة من الطرق لتجميد المنتج.
يمكن إجراء التجميد في الفريزر، أو في حمام التجميد (الفريزر الصدفي)، أو على أرفف مجفف التجميد.
تقوم مجففات التجميد بتبريد المادة أسفل النقطة الثلاثية لضمان تسامي المادة بدلاً من ذوبانها. وهذا يحافظ على الشكل المادي للمادة.
المجففات بالتجميد هي الأكثر عرضة للتجميد وتجفيف بلورات الثلج الأكبر حجمًا، والتي يمكن إنتاجها عن طريق التجميد البطيء أو التلدين. ومع ذلك، بالنسبة للمواد البيولوجية، عندما تكون البلورات كبيرة جدًا، فقد تؤدي إلى تلف جدار الخلية، مما يؤدي إلى نتائج تجفيف بالتجميد أقل من المثالية. ولمنع ذلك، تتم عملية التجميد بسرعة.
بالنسبة للمواد المعرضة لهطول الأمطار، يمكن استخدام عملية التلدين. تتضمن هذه العملية التجميد السريع ثم رفع درجة حرارة المنتج للسماح للبلورات بالنمو.
المرحلة الثانية: التجفيف الأولي (التسامي)
المرحلة الثانية هي التجفيف الأولي (التسامي)، حيث يتم تقليل الضغط وإضافة الحرارة إلى المادة لتسامي الماء.
يعمل الفراغ الموجود في مجفف التجميد على تسريع عملية التسامي. يوفر مكثف مجفف التجميد سطحًا لبخار الماء لربطه وتصلبه. يحمي المكثف أيضًا مضخة التفريغ من بخار الماء.
تتم خلال هذه المرحلة إزالة حوالي 95% من الماء الموجود في المادة.
يمكن أن يكون التجفيف الأولي عملية بطيئة. الحرارة المفرطة يمكن أن تغير بنية المادة.
المرحلة 3: التجفيف الثانوي (الامتزاز)
المرحلة النهائية هي التجفيف الثانوي (الامتزاز)، حيث تتم إزالة جزيئات الماء المرتبطة الأيونية.
عن طريق زيادة درجة الحرارة أعلى من مرحلة التجفيف الأولية، يتم كسر الروابط بين المادة وجزيئات الماء.
تحتفظ المادة المجففة بالتجميد ببنيتها المسامية.
بعد أن يكمل المجفف بالتجميد عمليته، يمكن كسر الفراغ بغاز خامل قبل إغلاق المادة.
يمكن تجفيف معظم المواد حتى تصل نسبة الرطوبة المتبقية إلى 1-5%.
