Het gehele vriesdroogproces is in wezen een gelijktijdig proces van warmte- en massaoverdracht (waterdamp). De snelheid van warmte- en massaoverdracht beïnvloedt gezamenlijk de droogsnelheid en daarmee de gehele vriesdroogcyclus. Alle factoren die de warmte- en massaoverdracht beïnvloeden, hebben invloed op de droogsnelheid. Samenvattend zijn de belangrijkste factoren die de warmte- en massaoverdracht in vriesdrogers beïnvloeden:
1. Materiaalvorm en -samenstelling: Vriesgedroogde materialen worden over het algemeen geclassificeerd als vaste stoffen of vloeistoffen. De vorm van vaste stoffen en de concentratie van vloeistoffen hebben een significante invloed op de vriesdroogsnelheid.
2. Voorvriessnelheid: De grootte van de kristallen die tijdens het invriezen ontstaan, heeft een aanzienlijke invloed op de droogsnelheid en de oplossnelheid van het gedroogde product. De snelle en langzame vriesprocessen in vriesdrogers verschillen op de volgende manieren: snel invriezen produceert kleinere ijskristallen, terwijl langzaam invriezen grotere produceert. Grotere ijskristallen bevorderen sublimatie, terwijl kleinere dit belemmeren. Snel invriezen resulteert in een lage sublimatiesnelheid en een snelle desorptiesnelheid; langzaam invriezen resulteert in een snelle sublimatiesnelheid en een trage desorptiesnelheid.
3. Laadhoeveelheid: Tijdens het vriesdrogen heeft het materiaal, nadat het in containers is gedaan, een bepaalde verhouding tussen oppervlakte en dikte. Vriesdrogen is daarom gerelateerd aan de laadhoeveelheid. Een kleiner oppervlak en een kleinere dikte bevorderen de watersublimatie, waardoor het vriesdrogen gemakkelijker verloopt en een ideale kwaliteit wordt bereikt. Tijdens het drogen is het natte gewicht per oppervlakte-eenheid van de bak een cruciale factor die de droogtijd bepaalt. Over het algemeen geldt: hoe dunner de materiaallaag, hoe sneller de warmte- en massaoverdracht en hoe korter de droogtijd. Een dunnere materiaallaag betekent echter dat er per batch per eenheid vriesdroogoppervlak minder materiaal wordt gedroogd, wat nadelig is voor het verhogen van de opbrengst per eenheid vriesdroogoppervlak en per tijdseenheid.
4. Druk in de droogkamer: De druk in de droogkamer beïnvloedt de warmte- en massaoverdracht. Voor massaoverdracht is een lagere druk beter, terwijl voor warmteoverdracht een hogere druk beter is. De massaoverdrachtssnelheid van een vriesdroger wordt voornamelijk bepaald door de temperatuur en druk aan het sublimatiegrensvlak en het oppervlak van de drooglaag. Om de ontsnappingssnelheid van waterdamp uit de drooglaag te verhogen, kan men de temperatuur van het sublimatiegrensvlak verhogen, waardoor de waterdampdruk aan het grensvlak toeneemt; een andere methode is het verhogen van het vacuümniveau in de droogkamer, waardoor de dampdruk aan het oppervlak van de drooglaag afneemt.
5. Warmteoverdrachtsmethode: Vriesdrogers kunnen traditioneel worden ingedeeld in: geleiding, convectie, thermische straling en mediumverwarming (microgolfverwarming). Aangezien het sublimatiedroogproces in een vriesdroger de overdracht van warmte en massa (waterdamp) met zich meebrengt, heeft de gebruikte methode voor warmteoverdracht, die zorgt voor een efficiënte warmteoverdracht naar het materiaal, een aanzienlijke invloed op de droogsnelheid van de vriesdroger.