CHRIST真空冷冻干燥机原理

作者：CHRIST 发布时间：2022-01-23 18:27点击：

简析真空冷冻干燥机，真空冷冻干燥技术是在真空状态下，利用升华原理，使冻结的食品中的水分不经过冰的融化直接以冰态升华为水蒸汽而除去的干燥法。真空冷冻干燥机是生产高品质食品的理想设备，近年来，随着人民生活水平的提高，市场对冻干食品的需求量越来越大。

2 CHRIST真空冷冻干燥机的原理

食品中的水在不同温度和压力下具有三态（冰、水、蒸汽），食品在真空冷冻干燥过程中要经历降温和升温两个过程，食品的降温与升温所需的能量都是通过搁板进行热传导的。干燥时将食品置于真空冷冻干燥机密封的冻干箱内，由制冷系统供冷使食品预冻和捕水器排管降温，当食品温度降低到冰点以下时，食品开始结冰［1］。当在水的三相点（纯水温度为 0．01℃、气压为 610．5Pa）温度以下抽真空至饱和蒸汽压力以下时，使食品中的水不经过液相而直接由冰升华成水蒸汽，在升华过程中，食品中的热量不断被升华热带走，为了维持升华的温度不变，要供给升华热能，热量由换热媒体传导到搁板，再到食品，不断升华的水蒸汽由真空泵组抽至捕水器内，捕水器的冷表面必须比食品的温度要低，这样才能形成从干箱到捕水器的压差推动力，水蒸汽在捕水器的排管外壁上凝结被捕捉，不凝性气体由真空泵抽除，直至达到由自动控制设定的的参数（冻干曲线规定的要求）而停止供热和抽真空，完成食品冻干全过程。
冻干过程中水分的升华是从食品的外层逐渐向内部进行的，食品形成多孔结构：升华热的加热体通过干燥层不断地传递给冻结部分，在干燥与冻结分界的升华面上，水分子得到加热后，脱离升华面，沿毛细孔跑到周围环境中，这是因为周围环境中的气压低于升华面上的饱和蒸气压，这样就形成一个水分子向外迁移的动力。
食品干燥是在低温（－40℃～＋55℃）下进行的，且处于真空状态，酶和细菌不滋生，食品不变质，不氧化，营养损失少；产品具有的优异品质：
1）保留新鲜产品的色、香、味及营养成分。
2）保持物料原有的形态。
3）有好的速溶性和快速复水性。
4）保质期长。
christ冻干机

3 真空冷冻干燥机的结构
真空冷冻干燥机有干燥箱、制冷系统、真空系统、媒体换热循环系统、自动控制系统、气动系统及在位清洗和消毒系统。
3.1 干燥箱
干燥箱是真空密闭低压容器，材料全部采用不锈钢，能承受正负压，符合蒸汽灭菌的要求，密封采用耐高温、耐低温的硅橡胶，保温层采用闭泡弹性绝热保温材料。
1）箱体：采用空间利用率高的矩形箱体，底部设置排水口，侧面开一观察窗，箱体上还装有压力计、测温电阻、放气阀、渗气阀、安全阀、喷淋进口接头。
2）搁板：食品的降温与升温所需的能量都是通过换热媒体传导给搁板，再到食品。搁板采用特殊空心夹板，强度高，密封性好。搁板组件通过支架安装在冻干燥箱内，最上层要设置一块板层作为热量辐射补偿板，确保箱内食品的空间都处在相同的温度环境下［2］；另外，搁板两侧和后面都设置挡轨，以避免食品盘或食品脱离搁板。
3）箱门：采用气缸自动锁紧装置。确保：箱体内部压
力与大气压相差 5000Pa 以上和箱内温度超过 80℃，箱内为正压时，箱门都不能打开。
4）干箱蝶阀：在冻干箱与捕水器之间有一用以隔离的开启灵敏、密封性好、耐高温的气动（电动）蝶阀，可以使进料、出料操作与捕水器的化霜同时进行。干燥时可以通过控制蝶阀的开启角度来调节箱内真空压力。
3.2 制冷系统
用于食品预冻和捕水器排管供冷。有捕水器（水汽凝结器），搁板，压缩机，自动调温热力膨胀阀，板式换热器，水冷凝器兼贮液器。压缩机一方面与媒体换热循环系统
（板式换热器和搁板通过管道连接，通过冷却换热媒体来冷却食品搁板）相连接，另一方面与捕水器内盘管连接，为捕水器盘管降温，捕水器用以凝结食品中水分升华所产生的水蒸汽，以免进入真空泵，一方面减少真空泵的工作负担，另一方面能够保证干燥室的真空度［3］。采用两套压缩机系统，一套备用的，每套系统都是单独控制的。
3.3 真空系统
通过抽除干燥箱中的不凝性气体，来有效的维持冻干

过程中所需要的真空度。真空泵工作时打开干箱蝶阀，CHRIST真空干燥室内的空气及水蒸汽经过捕水器捕捉水分后进入真空泵，由真空泵排气口排出系统，在真空泵的排气口装有油雾捕集器，以防止排出气体中的烟雾污染室内环境。为了防止水蒸气进入泵内，系统配置了气镇阀，干燥过程中打开气镇阀。
3.4 媒体换热循环系统
食品的降温与升温所需的能量都是由循环泵驱动通过换热媒体传导给搁板，再到食品。食品降温的冷源由制冷系统提供，食品升温的热源由加热罐提供，降温与升温的切换通过控制冷源和热源的电磁阀门开关来完成。升温时蒸汽进入加热罐加热媒体，用气动三通调节阀调节来自加热罐的热媒和搁板回流热媒的混合比，并控制板式换热器冷却水电磁阀的开闭来控制搁板的温度。
系统有热媒加热罐、板式换热器、气动调节阀、冷却水电磁阀、循环泵、管路、电磁阀、温度传感器等
3.5 自动控制系统具有冻干曲线设定，真空泵测试与控制，媒体温度、食品温度、捕水器温度控制，干燥状态检测，除霜，在位清洗灭菌，自动保护和报警等功能。
3.6 气动系统控制气动阀门。
3.7 在位清洗和消毒系统用于干箱、捕水器的清洗和蒸汽消毒。

1．温度传感器；2．加热灌；3．气动三通调节阀；4．板式换热器；5．冷却水电磁阀；6．真空显示仪；7．搁板；8．干燥室；9．捕水器；10．膨胀阀；11．气镇阀；12 真空泵；13．循环泵；14．压缩机；15．电磁阀； 16．气动（电动）蝶阀。
间歇式真空冷冻干燥机的结构示意图

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