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四環(huán)凍干機(jī)—食品真空冷凍干燥技術(shù)及設(shè)備
真空冷凍干燥過程的三個(gè)階段
真空冷凍干燥的基本原理就是在低溫低壓下傳熱傳質(zhì)的機(jī)理支撐作用,即真空冷凍干燥是先將濕物料凍結(jié)到其共晶點(diǎn)溫度以下,使水分變成固態(tài)的冰動力,然后在適當(dāng)?shù)恼婵斩认峦瑫r,使冰直接升華為水蒸氣,再用真空系統(tǒng)中的水氣凝結(jié)器(捕水器) 將水蒸氣冷凝效高性,從而獲得干燥制品的技術(shù)產能提升。干燥過程是水的物態(tài)變化和移動(dòng)的過程,這種變化和移動(dòng)發(fā)生在低溫低壓下節點。
1通過活化、預(yù)凍階段
真空冷凍干燥的第一步就是預(yù)凍。預(yù)凍是將溶液中的自由水固化的特點,使干燥后的產(chǎn)品與干燥前有相同的形態(tài)健康發展,防止抽空干燥時(shí)起泡、濃縮系統、收縮和溶質(zhì)移動(dòng)等不可逆變化產(chǎn)生非常重要,減少因溫度下降引起的物質(zhì)可溶性降低和生命特性的變化。
預(yù)凍溫度 預(yù)凍溫度必須低于產(chǎn)品的共晶點(diǎn)溫度空間廣闊,各種產(chǎn)品的共晶點(diǎn)溫度是不一樣的營造一處,必須認(rèn)真測(cè)得改革創新。一些物質(zhì)的共晶點(diǎn)溫度,如表 2.1 所列取得顯著成效,實(shí)際制定工藝曲線時(shí)新模式,一般預(yù)凍溫度要比共晶點(diǎn)溫度低 5~10℃。
預(yù)凍時(shí)間 物料的凍結(jié)過程是放熱過程不容忽視,需要一定時(shí)間組織了。達(dá)到規(guī)定的預(yù)凍溫度以后,還需要保持一定時(shí)間說服力。為使產(chǎn)品凍結(jié)搶抓機遇,一般在產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的預(yù)凍溫度后,需要保持2h左右的時(shí)間表示。這是個(gè)經(jīng)驗(yàn)值全面闡釋,根據(jù)凍干機(jī)不同,總裝量不同競爭力所在,物品與擱板之間接觸不同引人註目,具體時(shí)間由試驗(yàn)定。
預(yù)凍速率 緩慢冷凍產(chǎn)生的冰晶較大體系流動性,快速冷凍產(chǎn)生的冰晶較小。對(duì)于生物細(xì)胞帶來全新智能,緩冷對(duì)生命體影響大實現了超越,速冷影響小。
從冰點(diǎn)到物質(zhì)的共熔點(diǎn)溫度之間需要速冷去完善,否則容易使蛋白質(zhì)變性橋梁作用,生命體死亡,這一現(xiàn)象稱溶質(zhì)效應(yīng)求索。為防止溶質(zhì)效應(yīng)發(fā)生讓人糾結,在這一溫度范圍內(nèi),應(yīng)快速冷卻穩定發展。
冷凍時(shí)形成的冰晶大小會(huì)影響干燥速率和干燥后產(chǎn)品的溶解度至關重要。大冰晶利于升華,但干燥后溶解慢服務品質,小冰晶升華慢的發生,干燥后溶解快,能反映出產(chǎn)品原來結(jié)構(gòu)影響。綜上所述新的動力,需要試驗(yàn)一個(gè)合適的冷卻速率,以得到較高的存活率發展契機、較好的物理性狀和溶解度廣泛關註,且利于干燥過程中的升華促進進步。
2、升華干燥階段
升華干燥也稱第一階段干燥優勢領先。將凍結(jié)后的產(chǎn)品置于密閉的真空容器中加熱迎來新的篇章,其冰晶就會(huì)升華成水蒸氣逸出而使產(chǎn)品脫水干燥。干燥是從外表面開始逐步向內(nèi)推移的改善,冰晶升華后殘留下的空隙變成而后升華水蒸氣的逸出通道空白區。已干燥部分和凍結(jié)部分的分界面稱為升華界面。在生物制品干燥中信息化,升華界面約以1mm/h的速率向下推進(jìn)形勢。當(dāng)全部冰晶除去時(shí),第一階段干燥即完成取得明顯成效,此時(shí)約除去全部水分的90%左右約定管轄。
食品中溫度分布 食品中冰的升華是在升華界面處進(jìn)行的,升華時(shí)所需的熱量由加熱設(shè)備(通過擱板)提供創新的技術。從擱板傳來的熱量由下列途徑傳至食品的升華界面發揮。如圖 2.1所示,T為擱板溫度快速增長;TE 為冰核溫度開放以來;TP為已干制品溫度;TS為升華界面溫度高質量;P為壓力提供了有力支撐;PS為升華界面壓力。
a.固體的傳導(dǎo) 由玻璃瓶底與擱板接觸部位傳到玻璃瓶底前景,穿過瓶底和產(chǎn)品的凍結(jié)部分到達(dá)升華界面進一步意見。
b.輻射 上擱板的下表面和下擱板的上表面向玻璃瓶及產(chǎn)品干燥層上表面輻射,再通過玻璃瓶壁及凍結(jié)層或已干燥層的導(dǎo)熱到達(dá)升華界面落到實處。
c.對(duì)流 對(duì)流是通過擱板與玻璃瓶外表面間殘存的氣體對(duì)流服務水平。由于傳熱中必須有傳熱溫差,且各段傳熱溫差與其相應(yīng)熱阻成正比技術創新,所以產(chǎn)品中形成了圖2.1所示的溫度分布處理方法。例如擱板表面溫度為 50℃,到升華界面的溫度可能約為-25℃持續向好,冰層最高溫度約為-20℃活動上,干燥層上表面溫度可能為25℃。
升華時(shí)的溫度限制
a.產(chǎn)品凍結(jié)部分的溫度應(yīng)低于產(chǎn)品共熔點(diǎn)溫度進一步推進;
b.產(chǎn)品干燥部分的溫度必須低于其崩解溫度或允許的最高溫度(不燒焦或性變)導向作用;
c.最高擱板溫度
當(dāng)溫度上升到一定數(shù)值時(shí),液態(tài)產(chǎn)品已干部分構(gòu)成的“骨架”剛度降低應用的選擇,變得有黏性而塌陷十大行動,封閉了已干部分的海綿狀微孔左右,阻止升華的進(jìn)行,升華速率減慢綜合措施,所需熱量減少可靠保障,產(chǎn)品發(fā)生供熱過剩而熔化報(bào)廢,這種現(xiàn)象稱為崩解設計標準。發(fā)生崩解時(shí)的溫度稱為崩解溫度開展。所以掌握產(chǎn)品的崩解溫度是很重要的。崩解溫度主要由溶液的成分所決定發揮重要帶動作用。過低的崩解溫度會(huì)延長(zhǎng)干燥時(shí)間意向,甚至是設(shè)備能力所不能達(dá)到的。這可通過選擇合適的添加劑來提高崩解溫度文化價值。在固體食品凍干時(shí)形式,為了避免因擱板溫度過高而產(chǎn)生變性或燒杯,擱板溫度應(yīng)限制在某一安全值以下不斷完善。一些食品的冷凍干燥溫度及時(shí)間見表 2.2數字化。
升華速率(冰的升華速率) 冰的絕對(duì)升華速率Gs,單位為 kg/(s·㎡)可用Knudsen方程來表示:
式中基礎上,α為蒸發(fā)系數(shù)各領域;PS為冰升華界面溫度T時(shí)的飽和蒸氣壓,kPa保持競爭優勢;M為水蒸氣的摩爾質(zhì)量進行培訓,kg/kmol;R 為氣體常數(shù)規劃,kJ/(kmol/K)提高;T為冰的熱力學(xué)溫度可以使用,K進入當下。
因 PS隨冰升華界面溫度 T增大而增大,所以升華界面溫度越高效高化,其升華量G也越大新體系。在冷凍干燥產(chǎn)品時(shí),若傳給升華界面的熱量等于從升華界面逸出的水蒸氣升華時(shí)所需的熱量時(shí)創造,則升華界面的溫度和壓力均達(dá)到平衡不難發現,升華正常進(jìn)行。若供給的熱量不足設備製造,水的升華奪走了制品自身的熱量而使升華界面的溫度降低發展需要,若逸出的水蒸氣少于升華的水蒸氣,多余的水蒸氣聚集在升華界面使其壓力增高管理,升華溫度提高顯示,最后將導(dǎo)致制品熔化雙向互動。所以,冷凍干燥的升華速率一方面取決于提供給升華界面熱量的多少設計能力;另一方面取決于從升華界面通過干燥層逸出水蒸氣的快慢品牌。
為了簡(jiǎn)化計(jì)算,將凍干的傳熱傳質(zhì)過程簡(jiǎn)化成更為一致,如圖2.2所示的模型等形式。通過凍層和已干燥層的傳熱量可用式(2-1)、式(2-2) 表示:
式中研究與應用,A 為升華面積飛躍,㎡;λi的發生,λd為凍層和干層的熱導(dǎo)率組成部分,W/(m·K);TW新的動力,T′W為凍層底部和干層外表面的熱力學(xué)溫度的過程中,K;Ti廣泛關註、T′i為升華界面的熱力學(xué)溫度過程中,K;Xi能運用,Xd為凍層厚度和干層厚度達到,m。
升華出來的水蒸氣通過已干燥層和箱內(nèi)空間輸送到水汽凝結(jié)器不可缺少。其傳輸速率可用式(2-3)表示:
式中蓬勃發展,A 為升華界面面積,m2積極回應;PS重要性,Pn.為升華界面和水汽凝結(jié)器的壓力,Pa 多種場景;Rd多元化服務體系,Rd。為干燥層的阻力和干燥層表面到水汽凝結(jié)器之間的空間的阻力擴大公共數據,Pa·m2·s/kg深度;k1為由升華物質(zhì)的分子量所決定的常數(shù),kg/(Pa·m2·s)核心技術體系。
由以上公式綜合可見開拓創新,要想提高升華速率,需注意以下幾點(diǎn)。
a.凍層底部或干層表面的溫度在允許的最高值以下盡可能高促進善治。
b.制品厚度越薄其熱阻和流動(dòng)阻力越小供給,熱量和質(zhì)量傳輸越快,升華速率越高實事求是。但每批制品的產(chǎn)量與厚度成正比進行探討,而每批加工的輔助工作量又大致相等,因而制品太薄會(huì)造成產(chǎn)品總成本提高服務水平。由厚到薄之間存在一個(gè)總成本低的最佳厚度最新。一般來說,生物制品的厚度為 10~15mm處理方法。
c.凍結(jié)層的熱導(dǎo)率λi主要決定于制品的成分重要作用,已干燥層的熱導(dǎo)率λd還決定于其壓力和氣體的成分,其變化關(guān)系見圖 2.3習慣。由圖 2.3 可見充足,為了提高凍干層的熱導(dǎo)率,箱內(nèi)壓力越高越好建強保護。但箱內(nèi)壓力越高同期,也可視為Ps越高,又會(huì)使水蒸氣不易從升華面逸出使命責任,造成升華面溫度過高效果,凍層熔化和干層崩解。為了兩者兼顧合規意識,根據(jù)產(chǎn)品不同一般可將箱內(nèi)壓力控制在 13~130Pa密度增加。
d.水蒸氣的排除還取決于Rd、Rs創新內容。由試驗(yàn)知機遇與挑戰,Rd比Rs。大6~10 倍善於監督。也就是說集成技術,穿過已干多孔層的水蒸氣的流率大體上決定了干燥速率。而Rd主要與干層厚度和晶粒大小形狀有關(guān)至關重要。一般來說發展空間,粗大而連續(xù)的網(wǎng)狀冰晶效果,升華后也形成粗大而連續(xù)的網(wǎng)狀間隙通道有所應,水蒸氣逸出時(shí)流動(dòng)阻力較小,升華速率快合作關系。細(xì)小而不連續(xù)的冰晶結(jié)構(gòu)則相反著力提升,不僅水蒸氣逸出通道小,而且在這些不連續(xù)的空隙之間傳遞,水蒸氣是靠滲透穿過已干的固體膜層的融合,很難干燥深入闡釋。
3、解析干燥
解析干燥也稱第二階段干燥完成的事情。在第一階段干燥結(jié)束后物聯與互聯,在干燥物質(zhì)的毛細(xì)管壁和極性基團(tuán)上還吸附有一部分水分,這些水分是未被凍結(jié)的改造層面。當(dāng)它們達(dá)到一定含量供給,就為微生物的生長(zhǎng)繁殖和某些化學(xué)反應(yīng)提供了條件。試驗(yàn)證明:即使是單分子層吸附以下的低含水量經驗分享,也可以成為某些化合物的溶液解決方案,產(chǎn)生與水溶液相同的移動(dòng)性和反應(yīng)性。因此為了改善產(chǎn)品的儲(chǔ)存穩(wěn)定性系列,延長(zhǎng)其保存期作用,需要除去這些水分。這就是解析干燥的目的慢體驗。
第一階段干燥是將水以冰晶的形式除去著力增加,因此其溫度和壓力都必須控制在產(chǎn)品共熔點(diǎn)以下,才不致使冰晶融化科技實力。但對(duì)于吸附水流程,由于其吸附能量高,如果不給它們提供足夠的能量勃勃生機,它們就不可能從吸附中解析出來助力各業。因此,這種階段產(chǎn)品的干燥溫度應(yīng)足夠高提供有力支撐,只要不燒毀產(chǎn)品和不造成產(chǎn)品過熱而變性就可應用。同時(shí),為了使解析出來的水蒸氣有足夠的推動(dòng)力逸出產(chǎn)品品率,必須使產(chǎn)品內(nèi)外形成較大的蒸氣壓差相貫通,因此此階段中箱內(nèi)必須是高真空。
第二階段干燥后積極影響,產(chǎn)品內(nèi)殘余水分的含量一般在 0.5%~4%自動化方案,具體數(shù)值視產(chǎn)品種類和要求而定。
4越來越重要、凍干曲線
凍干曲線通常定義為擱板溫度隨時(shí)間變化的曲線線上線下。最近也有人把被凍干物料溫度和凍干箱內(nèi)壓力隨時(shí)間的變化一起畫出來,作為凍干曲線醒悟。每種物料都有不同的凍干曲線數據顯示,一般應(yīng)在小型凍干機(jī)上由試驗(yàn)得出。凍干曲線可用來指導(dǎo)凍干生產(chǎn),在自動(dòng)化程度較高的大型凍干機(jī)上記得牢,只要輸入正確的凍干曲線註入了新的力量,機(jī)器可自動(dòng)執(zhí)行凍干工藝,直至生產(chǎn)出合格產(chǎn)品更多可能性。
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第二十一屆北京分析測(cè)試學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)暨展覽會(huì)(BCEIA 2025)
展會(huì)城市:北京市展會(huì)時(shí)間:2025-09-10