真空干燥的过程就是将被干燥物料置放在密闭的干燥室内,用真空系统抽真空的同时对被干燥物料不断加热,使物料内部的水分通过压力差或浓度差扩散到表面,水分子在物料表面获得足够的动能,在克服分子间的相互吸引后,逃逸到真空室的低压空间,从而被真空泵抽走的过程. 在真空干燥过程中,干燥室内的压力始终低于大气压力,气体分子数小,密度低,含氧量,因而能干燥容易氧化变质的物料、易燃易爆的危险品等.对药品、食品和生物制品能起到一定的消毒灭菌作用,可以减少物料染菌的机会或者抑制某些细菌的生长.
因为水在气化过程中其温度与蒸汽压是成正比的,其比例关系如图1-1所示.所以真空干燥时物料中的水分在低温下就能气化,可以实现低温干燥.这对于某些药品、食品和农副产品中热敏性物料的干燥是有利的.例如,糖液超过70℃部分成分就会变成褐色,降低产品的商品价值;维生素C超过40℃就分解,改变了原有性能;蛋白质在高温下变性,改变了物料的营养成份等.另外,在低温下干燥,对热能得利用率是合理的.
真空干燥可消除常压干燥情况下容易产生的表面硬化现象.常压热风干燥,在被干燥物料表面形成流体边界层,受热气化的水蒸气通过流体边界层向空气中扩散,干燥物内部水分要向表面移动,如果其移动速度赶不上边界层表面的蒸发速度,边界层水膜就会破裂,被干燥物料表面就会出现局部干裂现象,然后扩大到整个外表面,形成表面硬化.真空干燥物料内和表面之间压力差较大,在压力梯度作用下,水分很快移向表面,不会出现表面硬化,同时能提高干燥速率,缩短干燥时间,降低设备运转费用.
真空干燥能克服热风干燥所产生的溶质失散现象.热风干燥使被干燥物料内部和表面形成很大的温度梯度,促使被干燥物料中某些成分散发出去.尤其是食品,会散失香气,影响其味道.真空干燥时物料内外温度梯度小,有逆渗透作用使得作为溶剂水独自移动,克服了溶质散失现象有些被干燥的物料内含有贵重的或有用途的物质成水,干燥后需要回收利用;还有些被干燥物料内含有危害人类健康的,有毒有害的物质成分,干燥后废气不允许直接排放到空间环境中去,需要集中处理.只有真空干燥才能方便地回收这些有用和有害的物质,而且能做到密封性良好.从环境保护的意义上讲,有人称真空干燥为“绿色干燥”.
真空干燥容易实现产品多样化.以食品干燥为例,可以通过控制温度和真空度,使产品发泡、膨胀,生产出酥脆、速溶等食品.
真空冷冻干燥是在真空之前先将物料冷冻到该种物料的共晶点温度以下,待物料完全冻结后再进行真空干燥.因此,真空冷冻干燥除具有上述真空干燥的特性外,还因预先冻结时固定了物料的外形,形成了固体骨架,干燥后能保持形状基本不变,物料内的物质成分分布均匀,形成多孔状物质结构,容易吸水.对于食品物料,真空冷冻干燥(以下简称冻干)后,能保持物料的色、香、味、营养成份、形状基本不变;对药品物料,能保证药效不变,定量准确,无污染;对生物制品、活菌、活毒、离体生物生物组织物料,冻干后能保持其活性,以便于应用.冻干物料含水率可以达到很低,方便长途运输和长期贮藏.
虽然真空干燥设备有诸多优点,但其需要配置真空系统,在大型连续化生产设备上还需要在进出口处设置传动部件的真空冻密封结构.由于这种结构元件,容易造成泄漏,使用过程中需要定期检查,及时更换,给用户增添了麻烦.真空干燥设备还有制造成本高,运转费用贵,造成干燥后的产品价格高,特别是冻干产品价格更高等一系列缺点.但是,由于其具有独特的干燥特性,好多物料不得不采用真空干燥工艺.
木材真空干燥是把木材堆放在密闭容器内，在低于大气压力的条件下，进行干燥的方法。在真空条件下，水的沸点降低，蒸发速度加快，从而可在较低的温度下加快木材的干燥速度。70年代中期以来，真空干燥法逐渐在欧洲的木材工业中推广应用。如意大利、德国、法国
等都对木材真空干燥进行过较深入的研究，并有成套设备出售。我国从80年代初开始研究和推广应用木材真空干燥法，并研制木材真空干燥设备，同时也从国外引进，主要用于家具行业干燥硬阔叶树材。
木材在干燥过程中，一方面表面水分向周围空气中蒸发；另一方面内部的水分不断地向表面移动。在通常情况下，木材表面水分的蒸发速度比木材内部水分移动的速度快得多。所以要加快干燥速度，必须设法加快木材内部水分的移动速度。在影响木材内部水分移动速度的诸因子中，周围空气的压力是决定性的因素。若空气的温度和湿度保持不变，木材的水分移动的速度随空气压力的减小而急剧增大，如图2-14。此外，真空条件下，水的沸点降低，引起木材表面水分蒸发速度加快，木材表面和内部的含水率梯度增大。又木材表面水分剧烈蒸发的同时，要吸收大量的汽化热，引起木材表面的冷却，使得木材表面与内部的温度梯度加大。这些因素都加速了木材内部水分向表面的移动。
真空条件下，干燥装置内空气稀少，不能采用通常的加热方法。为解决真空干燥时对木材的加热问题，通常采用3种办法：（1）间歇地中断真空，在常压下对流加热—间歇真空干燥；（2）利用金属平板连续接触加热—连续真空干燥；（3）采用高频电流加热—高频真空联合干燥。
