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自动控制下得冻干工艺是否复杂

发布日期: 2021-03-01
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   冻干机在一定温度下,任何含水的湿物料都有一定的蒸气压,当此蒸气压大于周围气体中的水汽分压时,水分将汽化。汽化所需热量,或来自周围热气体,或由其他热源通过辐射、热传导提供。含水物料的蒸气压与水分在物料中存在的方式有关。物料所含的水分,通常分为非结合水和结合水。非结合水是附着在固体表面和孔隙中的水分,它的蒸气压与纯水相同;结合水则与固体间存在某种物理的或化学的作用力,汽化时不但要克服水分子间的作用力,还需克服水分子与固体间结合的作用力,其蒸气压低于纯水,且与水分含量有关。在一定温度下,物料的水分蒸气压p同物料含水量x(每千克干物料所含水分的千克数)间的关系曲线称为平衡蒸气压曲线(图1平衡蒸气压曲线),一般由实验测定。当湿物料与同温度的气流接触时,物料的含水量和蒸气压下降,系统达到平衡时,物料所含的水分蒸气压与气体中的水汽分压相等,相应的物料含水量称为平衡水分。平衡水分取决于物料性质、结构以及与之接触的气体的温度和湿度。
  在冻干之前,把需要冻干的产品分装在合适的容器内,一般是玻瓶或安瓶,装量要均匀,蒸发表面尽量大而厚度尽量薄些,然后放入与冻干腔体尺寸相适应的金属盘内。装箱之前,先将冻干腔体进行空箱降温,然后将产品放入冻干腔体内进行预冻,抽真空之前要根据冷凝器冷冻机的降温速度提前使冷凝器工作,抽真空时冷凝器应达到-40℃左右的温度,待真空度达到一定数值后(通常应达到0.1mbar以上的真空度),即可对箱内产品进行加热。一般加热分两步进行:加温不使产品的温度超过共熔点的温度;待产品内水份基本干完后进行第二步加温,这时可迅速地使产品上升的规定的高温度。在高温度保持数小时后,即可结束冻干。
  冻干机整个升华干燥的时问约12-24小时左右,与产品在每瓶内的装量、总装量、玻璃容器的形状、规格、产品的种类、冻干曲线及机器的性能等等有关。冻干结束后,要放干燥无菌的空气进入干燥箱,然后尽快地进行加塞封口,以防重新吸收空气中的水份。干燥腔体是一个能够致冷到-40℃左右,能够加热到+100℃以下的高低温箱,也是一个能抽真空的密闭容器。它是冻干机的主要部分,需要冻干的产品就放在箱内分层的金属板层上,对产品进行冷冻,并在真空下加温,使产品内的水份升华而干燥。
  冷凝器同样是一个真空密闭容器,在它的内部有一个较大表面积的金属吸附面,吸附面的温度能降到-40℃以下,并且能恒定地维持这个低温。冷凝器的功用是把冻干箱内产品升华出来的水蒸气冻结吸附在其金属表面上。腔体、冷凝器、真空管道和阀门,再加上真空泵,便构成冻干机的真空系统。真空系统要求没有漏气现象,真空泵是真空系统建立真空的重要部件。真空系统对于产品的迅速升华干燥是*的。
  冻干工艺性能:
  1. 含水量、吸湿性及存贮性能
  冻干脱水比较彻底,冻干物料含水量在5%以下。由于升华干燥前的冻结,使物料形成了一个稳定的固体骨架,冰晶升华后,固体骨架基本不变,冻干物料具有多孔海绵状结构,因此具有较大的表面积。如暴露在空气中,它的吸湿性能很强,也较易与空气发生各种反应。冻干物料含水量很低,只要包装恰当,不加任何防腐剂、在室温条件下也可以存贮较长时间。
  2. 形状和质地
  物料中冰晶升华后,固体骨架基本不变,因此冻干物料形状变化较少,物料(包括液体)基本保持原有形状不变。物料中的水分以冰晶形式存在,原溶于水中的无机盐等溶解物被均匀地分配在物料中,冰晶升华后,溶于水中的溶解物就地析出,留下多孔海绵状结构,避免了无机盐等成分的表面析出而引起的表面硬化现象,由于含水量很低,因此冻干物料质地酥松,它极易破碎和粉末化。
  3. 色、香、味及活性
  冷冻干燥是在低温、真空条件下进行的操作。在此种条件下,物料中热敏和易氧化成分不易受到破坏,物料的活性较大程度地得到保存;物料中各种色素不易分解,酶和氨基酸几乎不发生褐变,因此物料的颜色也几乎不变;低温下芳香成分的挥发性较低,也无氧化等劣变反应,不会产生异味,相反因水分的脱去使芳香成分浓度相对增加,香气更加浓郁;因低温和无氧化等各种化学反应,所以物料的各种成分得到较有效的保存,其风味也基本不流失,味道由于脱水而变得更浓。
  4. 复水性能和溶化性能
  由于冻干物料为多孔海绵状结构,没有无机盐等成分的表面析出而引起的表面硬化现象,水分能很容易渗入内部与干物料充分接触,因此冻干物料与其他方式干燥的物料相比,有着优异的复水性。如冻干前物料是水溶性液体,那冻干后放入水中就能很快溶化。
  致冷系统由压缩机与腔体、冷凝器内部的管道等组成。压缩机的功用是对腔体和冷凝器进行致冷,以产生和维持它们工作时所需要的低温。加热系统的作用是对腔体内的产品进行加热,以使产品内的水份不断升华,并达到规定的残余水份要求。
  冻干机控制系统由各种控制开关,指示调节仪表及一些自动装置等组成,它可以较为简单,也可以很复杂。一般自动化程度较高的冻干机则控制系统较为复杂。控制系统的功用是对冻干机进行手动或自动控制,操纵机器正常运转,以冻干出合乎要求的产品来。
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