El hielo puede comenzar a sublimarse cuando la presión de vapor saturado a cierta temperatura es mayor que la presión parcial del vapor de agua en el ambiente; la succión y captura del vapor de agua por el condensador, que es menor que la temperatura del producto, es una condición necesaria para la sublimación.
La distancia recorrida por las moléculas de gas entre dos colisiones consecutivas se denomina camino libre medio, que es inversamente proporcional a la presión. Bajo presión normal, su valor es muy pequeño, y las moléculas de agua sublimadas chocan fácilmente con el gas y regresan a la superficie de la fuente de vapor, por lo que la velocidad de sublimación es muy lenta. A medida que la presión disminuye por debajo de 13,3 Pa, la trayectoria libre media aumenta 105 veces, lo que acelera significativamente la velocidad de sublimación. Las moléculas de agua que salen volando rara vez cambian de aspecto, formando así un flujo de vapor direccional.
La bomba de vacío desempeña la función de bombear gas en el liofilizador de laboratorio para mantener la baja presión necesaria para la sublimación. 1 g de vapor de agua equivale a 1,25 L a presión normal, pero se expande a 10.000 litros a 13,3 Pa. Es imposible que una bomba de vacío ordinaria bombee una cantidad tan grande de volumen por unidad de tiempo. El condensador en realidad forma una bomba de vacío que atrapa específicamente el vapor de agua.
La temperatura del producto y la condensación suele ser de -25 ° C y -50 ° C. La presión de vapor saturado del hielo a esta temperatura es de 63,3 Pa y 1,1 Pa, respectivamente, por lo que existe una diferencia de presión considerable entre la superficie de sublimación y la superficie de condensación. Independientemente, si se puede ignorar la presión parcial del gas no condensable en el sistema en este momento, hará que el vapor de agua sublimado del producto alcance la superficie del condensador a un cierto caudal y forme escarcha.
El calor de sublimación del hielo es de aproximadamente 2822J / g. Si el proceso de sublimación no suministra calor, el producto solo puede reducir la energía interna para compensar el calor de sublimación, hasta que su temperatura se equilibre con la temperatura del condensador, la sublimación se detendrá. Para mantener la diferencia de temperatura entre la sublimación y la condensación, se debe proporcionar suficiente calor al producto.
