真空冷冻干燥机

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冻干机工艺图：

一  冻干设备组成

本机主要由干燥箱、冷凝器（捕水器）、加热系统、真空系统、制冷系统和电气控制系统六大部件组成。

• 干燥箱
  是一能抽真空和加热的密闭器，物料的升华干燥过程是在干燥室内完成的，物料是放在干燥室内搁板上的不锈钢托盘内的，按每平方托盘面积8~12公斤的比例装料，每一层搁板上都有一个可供测量物料温度的探头，用以监测整个冻干过程中的物料温度。门采用橡胶密封条，应注意关门时要把门上的手柄拧紧，确保箱内密封。
• 冷凝器（捕水器）
  是凝结升华水气的密闭装置，内部有一个较大面积的金属吸附面，从干燥箱物料中升华出来的水蒸气可凝结吸附在其金属表面上，吸附面的工作温度可达-45℃~-55℃，冷凝器外形是不锈钢或铁制成的圆筒，内部盘有冷凝管，分别与制冷机组相连，组成制冷循环系统。冷凝器与干燥箱连接采用真空蝶阀；采用不锈钢管与真空泵组连接组成真空系统，筒内冷凝管上部装有化霜喷水管，它通过真空隔膜阀与水管连接，这是为了保证化霜水等不进入干燥箱和真空管道。在冷凝器外部采用泡沫塑料板保温绝热，zui外层包以不锈钢板。
• 加热系统
  冻干机加热系统的作用是对干燥箱内物料进行加热，以便使物料不断地得到升华热，使物品以达到规定的含水率要求，冻干机加热系统有不同的加热方法，在接触式加热中，我们采用的是循环介质加热法。循环加热系统由管道泵、循环介质箱、加热器、进出管路、液温控制器等组成。循环液由水4份、乙醇2份，乙二醇4份配置成循环不冻液，其凝固点为-120℃，在使用时液温zui高不超过60℃，当加热系统工作时，先对循环液进行加热，液温通过液箱控制调节仪选定的温度自动控制加热, 管道泵开启后，可将循环液送入干燥箱内搁板中，对搁板加热，然后返回液箱进行加热循环。而在辐射或加热中我们采用蒸气加热zui高温度为120℃，由蒸气电磁阀自动控制温度。
• 真空系统
  真空系统有旋片真空泵或水环泵和罗茨真空泵组成，罗茨泵为增压泵不能单独使用，必须首先启动旋片泵或水环泵，使其工作一段时间，当系统中的真空度达到1Kpa以下时，再自动启动罗茨泵。旋片泵结构、罗茨泵结构等见说明书。该真空系统的真空表可使用电接点真空表，可根据预先选定的真空度值，自动控制罗茨泵的启动。干燥箱与冷凝器之间真空管道中，装有真空蝶阀，可根据使用要求随时开、关。真空泵管路上，装有电磁放气截止阀，当真空泵停止工作时可自动关闭真空管路，同时将空气放入泵内，避免真空泵油因负压作用回放至真空管路中，真空泵的连接管路之间装有波纹软管，防止运转时的振动。
• 制冷系统
  冻干机制冷系统由制冷压缩机组（包括：水冷冷凝器，油分离器、高压管路、干燥过滤器、膨胀阀、蒸发器、低压管路组成），采用氟利昂机组和R22制冷剂或氟制冷机组，制冷机组组成使冻干品速冻用的制冷系统和捕水器制冷系统。当系统工作，接触加热方式中搁板温度可降至-35℃。当制冷系统工作时，冷凝盘管的表面温度可达-35～-55℃，根据客户需要采用单级或双级制冷压缩机组，制冷效果好。
• 电气控制系统
  本设备电气控制系统由电脑显示记录仪、控制台、控制仪表、调节仪表等自动装置和电路组成。它的功能是对冻干机进行手动或自动控制，控制设备正常运转。
  控制台是温度、真空度巡检仪的记录控制仪表及各机组开关的集中集团，控制台的仪表板装有温度，真空度巡检仪，干燥箱和真空泵的真空计，温度指示调节仪，液温控制调节仪，计时钟等。按钮板上装有各机组的开关等。冻干机还设有连锁保护装置，如①前箱制冷时加热管不能工作；②真空表不到设定值，罗茨泵不能启动。③冷却水未提供，制冷机组不启动。④真空泵、电磁阀带放气截止阀与真空泵电源表连在一起，同时工作。⑤搁板加热恒温，由温度指示调节仪控制。 

二  冻干设备技术

冻干是从冻结的物料产品中去除水分的过程，冻干分为真空冷冻干燥和常压冷冻干燥二种，由于一些条件限制目前采用的是真空冷冻干燥。冻干目的是保留产品的完整的生物和化学结构及其活性。象其它许多的技术步骤，一种冻干的类型被称做升华，是自然发生的。升华指的是溶剂，比如水，象干冰一样，直接从固态变为气态的过程。传统的干燥会引起材料皱缩，破坏细胞。这种情况将不会发生在冻干里，因为固体构成被在其位置上的坚冰支承着。在冰升华时，它会留下孔隙在干燥的剩余物质里。

  冻干过程分为冷冻、升华、解析干燥三个阶段，每一个阶段都有相应的要求，不同的物料其要求各不相同，各阶段工艺设计及控制手段的差异直接关系冻干产品的质量和冻干设备的性能。

1、冷冻阶段

  冷冻干燥首先要把原料进行冻结，使原料中的水变成冰，为下阶段的升华做好准备。冻结温度的高低及冻结速度是控制目的，温度要达到物料的冻结点以下，不同的物料其冻接点各不相同。冻结速度的快慢直接关系到物料中冰晶颗粒的大小，冰晶颗粒的大小对固态物料的结构及升华速率有直接关联。一般情况下，要求1--3小时完成物料的冻结，进入升华阶段。

2、升华阶段

  升华干燥是冷冻干燥的主要过程，其目的是将物料中的冰全部汽化移走，整个过程中不允许冰出现溶化，否则便告冻干失败。升华的二个基本条件：一是保证冰不溶化；二是冰周围的水蒸汽必须低于610帕（正确的说法应是低于物料冻结点的饱和蒸汽压）。升华干燥一方面要不断移走水蒸气，使水蒸汽压低于要求的饱和蒸汽压，另一方面为加快干燥速度，要连续不断地提供维持升华所需的热量，这便需要对水蒸气压和供热温度进行*化控制，以保证升华干燥能快速、低能耗完成。

3、解析干燥

  物料中所有的冰晶升华干燥后，物料内留下许多空穴，但物料的基质内还留有残余的未冻结水分（它们以结合水和玻璃态形式存在）。解析干燥就是要把残余的未冻结水分除去，zui终得到干燥物料。

四  、冻干食品前景

  市场冻干食品供不应求，但国内冻干食品工业尚处于发展初期，产量还很低。因此我国应加快发展冻干食品，把丰富的农产品进行深加工增值、外销创汇。目前，我国生产的冻干食品主要包括：汤料、虾仁、半成品(如鸡蛋粉)、保健品(如冻干人参)及方便面调料(如方便面中的脱水菜、肉丁)等，早产量不足3000吨。据专家预测，到2010年，仅我国高档方便面辅料一项，约需冻干食品4万吨，加上各种快餐配料、汤料、饮料答，每年冻干食品的消费量将超过10万吨。国内外对冻干食品的巨大需求，为我国发展冻干食品工业，提供了大好的机遇。我国是农业大国，有丰富的蔬菜、肉食及水产资源，长期以来，我国的农牧产品一直徘徊在出口原料或初级加二阶段。给人一种技术含量低的总体感觉。发展我国的冻干食品产业，必须开发我国的食品冻干设备。

五、食品冻干机现状

  自改革开放以来，我国农产品及农副产品的产量节节攀升，已经完成了由一个农产品贫乏到农产品丰富、甚至略有富余的转变过程，全国各地的地方官员也都在为富余的农产品寻找出路。 在这种背景下，一种被认为是高技术、高附加值的食品加工方式——真空冷冻干燥脱水食品被许多地方选中，全国各地纷纷投资建厂，据食品行业协会统计：截至于1999年底为止，国内共安装了约330台/套食品冻干设备，但是，由于种种原因，许多企业的设备并没有运转起来，形成了典型的“开厂之日，就是关门之时”的怪现象，导致许多投资领域的“豆腐渣工程”，给社会和政府造成了沉重的负担。某冻干食品企业的厂长向别人诉说：每天有百十号人忙活，煤烧了几十吨，却只能生产出一小棒葱，叫人看了真想哭！生产出来的产品含水量不合格，表面皱缩，产品质地柔软，可压缩而不碎，内行人都不可能认为是冻干产品，更别提出口创汇了，而一些人却依然强行当成冻干食品在国内销售，其后果就象前几年的果蔬脆片一样，砸了自家市场。而真正的冻干食品：含水量≤5%、外观完整、基本不收缩、产品质地特脆，略压即碎。食品用冻干机与医用冻干机虽然同是冻干设备，由于应用的场合不同而存在许多差异，仅从表面上看，两者几乎毫无相似之处，但它们本质上却是相同的，它们都遵从同样的冻干原理，由于具体应用的对象不同而采用了不同的技术手段，这是具体问题具体分析的结果，国内外各设备制造商，由于认识水平上的差异，在食品冻干机上并未形成多少相同或相似的看法，因此存在各种不同的基本主体结构的组合，远未形成国内某些自称是“专家”的人所希望存在的标准组合。对用户而言，非常重要的一点是：在各种不同的基本主体结构组合当中，其造价与能耗水平既不*，也不构成任何比例关系。而现在有许多冻干制造商没有认识这些，因此造成设备的结构复杂、操作繁琐、能耗较大。制药行业的产品附加值很高，所以冻干机得到了广泛的运用，可食品行业产品附加值很低，冻干机巨大的能耗、高额的维护费、操作员工的技术水平成为制约要素，使得冻干食品成本*，影响了冻干食品的市场销量。制约食品冻干机发展的瓶颈便是冻干食品的生产成本，更具体地说就是食品冻干及的能耗、产品合格率及自动化程度。

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六、食品冻干机前景

  真空冷冻干燥技术是一项对食品护色、保鲜、保质的高新加工技术。用冻干技术加工的食 品为冻干食品。目前冻干食品在欧美、日本市场迅速流行，冻干脱水后的蔬菜、水果、肉类、水产、调料等，除应用于宇航、登山、旅游、勘探、采矿等行业外，并已广泛进入餐馆和家庭。在日本消费市场冻干食品的比重已达49％。冻干食品在市场的价格是热风干燥脱水食品的4倍—6倍，正成为贸易的大宗食品。 我国是农业大国，有丰富的蔬菜、肉食及水产资源，长期以来，我国的农牧产品一直徘徊 在出口原料或初级加二阶段。冻干食品的技术含量高，品质优良，冻干食品已被国内外广大消费者*为高档次的脱水食品，而且正在广泛地应用到食品行业的各个领域。食品冻干机的开发研究被列为我国的九五重点推广项目，使得我国的冻干机开发研究进入了新的时期。发展我国的冻干食品产业，必须开发我国的食品冻干设备。目前制约冻干食品发展的主要因素是：冻干机的巨大的能耗、冻干品合格率低下、冻干周期长。这些成了我们发展冻干食品的拦路虎。随着技术的进步、人们的努力，必定会引起食品冻干机的技术进步，诞生出自动化程度高、冻干周期短（小于12小时）、产品合格率高（90%以上）、能耗低（水电汽折合成电能，包括食品的速冻和冻干总能耗小于2度电/每脱1公斤水）的食品冻干机。
我国有丰富的水果、蔬菜、肉食、水产、中药材资源，开发生产冻干菜、牛肉干、方便食品、休闲食品等大宗食品的出口，是一项前景好、利润大的出口创汇项目。我国人口众多，消费市场潜力巨大，冻干食品以它优异的性能必将吸引众多的国内消费者。长期以来我国的农牧产品一直徘徊在出口原料或初级加工阶段，技术含量低。如能确实解决现有食品冻干机的能耗和生产效率，通过应用食品冻干这一进行食品加工，将提高我国出口食品的档次，有利于促进冻干食品内需，获得较高的附加值，将会形成我国国民经济新的增长点，其产生的巨大社会效益是不可估量的