تُعد عملية التجفيف بالتجميد عملية متزامنة لانتقال الحرارة والكتلة (بخار الماء). يؤثر معدل انتقال الحرارة والكتلة معًا على معدل التجفيف، وبالتالي يؤثر على دورة التجفيف بالتجميد بأكملها. جميع العوامل المؤثرة على انتقال الحرارة والكتلة تؤثر على معدل التجفيف. باختصار، العوامل الرئيسية المؤثرة على انتقال الحرارة والكتلة في مجففات التجميد هي:
1. شكل المادة وتركيبها: تُصنف المواد المجففة بالتجميد عمومًا إلى مواد صلبة أو سائلة. يؤثر شكل المواد الصلبة وتركيز السوائل بشكل كبير على معدل التجفيف بالتجميد.
2. معدل التجميد المسبق: يؤثر حجم البلورات المتكونة أثناء التجميد بشكل كبير على معدل التجفيف ومعدل ذوبان المنتج المجفف. تختلف عمليتا التجميد السريع والبطيء في مجففات التجميد فيما يلي: ينتج عن التجميد السريع بلورات ثلجية أصغر، بينما ينتج عن التجميد البطيء بلورات أكبر. تعزز البلورات الثلجية الأكبر عملية التسامي، بينما تعيقها البلورات الأصغر. ينتج عن التجميد السريع معدل تسامي منخفض ومعدل امتصاص سريع؛ بينما ينتج عن التجميد البطيء معدل تسامي سريع ومعدل امتصاص بطيء.
3. كمية التحميل: أثناء التجفيف بالتجميد، تكون للمادة، بعد توزيعها في الحاويات، نسبة معينة بين مساحة السطح والسمك. لذلك، يرتبط التجفيف بالتجميد بكمية التحميل. تعزز مساحة السطح والسمك الأصغر عملية تسامي الماء، مما يجعل التجفيف بالتجميد أسهل ويؤدي إلى جودة مثالية. أثناء التجفيف، يُعد الوزن الرطب المحمل لكل وحدة مساحة من الصينية عاملاً حاسماً في تحديد وقت التجفيف. بشكل عام، كلما كانت كومة المادة أرق، زادت سرعة انتقال الحرارة والكتلة، وقصر وقت التجفيف. مع ذلك، فإنّ قلة سمك طبقة المواد تعني تجفيف كمية أقل من المواد لكل دفعة في وحدة مساحة التجفيف بالتجميد، مما يؤثر سلبًا على زيادة الإنتاجية لكل وحدة مساحة تجفيف بالتجميد ولكل وحدة زمنية.
4. ضغط حجرة التجفيف: يؤثر الضغط داخل حجرة التجفيف على معدلات انتقال الحرارة والكتلة. يُفضّل انخفاض الضغط لانتقال الكتلة، بينما يُفضّل ارتفاعه لانتقال الحرارة. يتحدد معدل انتقال الكتلة في مجفف التجميد بشكل أساسي بدرجة الحرارة والضغط عند سطح التسامي وسطح طبقة التجفيف. لزيادة معدل خروج بخار الماء من طبقة التجفيف، تتمثل إحدى الطرق في رفع درجة حرارة سطح التسامي، وبالتالي زيادة ضغط بخار الماء عند السطح البيني؛ بينما تتمثل طريقة أخرى في زيادة مستوى الفراغ في حجرة التجفيف، مما يقلل ضغط البخار عند سطح طبقة التجفيف.
5. طريقة انتقال الحرارة: يمكن تصنيف مجففات التجميد تقليديًا إلى: التوصيل، والحمل الحراري، والإشعاع الحراري، والتسخين بالوسط (التسخين بالميكروويف). بما أن عملية التجفيف بالتسامي في مجفف التجميد تتضمن نقل الحرارة والكتلة (بخار الماء)، فإن طريقة نقل الحرارة المستخدمة لنقل الحرارة بكفاءة إلى المادة لها تأثير كبير على معدل تجفيف مجفف التجميد.