真空冷凍干燥機

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凍干機工藝圖：

一  凍干設備組成

本機主要由干燥箱、冷凝器（捕水器）、加熱系統、真空系統、制冷系統和電氣控制系統六大部件組成。

• 干燥箱
  是一能抽真空和加熱的密閉器，物料的升華干燥過程是在干燥室內完成的，物料是放在干燥室內擱板上的不銹鋼托盤內的，按每平方托盤面積8~12公斤的比例裝料，每一層擱板上都有一個可供測量物料溫度的探頭，用以監測整個凍干過程中的物料溫度。門采用橡膠密封條，應注意關門時要把門上的手柄擰緊，確保箱內密封。
• 冷凝器（捕水器）
  是凝結升華水氣的密閉裝置，內部有一個較大面積的金屬吸附面，從干燥箱物料中升華出來的水蒸氣可凝結吸附在其金屬表面上，吸附面的工作溫度可達-45℃~-55℃，冷凝器外形是不銹鋼或鐵制成的圓筒，內部盤有冷凝管，分別與制冷機組相連，組成制冷循環系統。冷凝器與干燥箱連接采用真空蝶閥；采用不銹鋼管與真空泵組連接組成真空系統，筒內冷凝管上部裝有化霜噴水管，它通過真空隔膜閥與水管連接，這是為了保證化霜水等不進入干燥箱和真空管道。在冷凝器外部采用泡沫塑料板保溫絕熱，zui外層包以不銹鋼板。
• 加熱系統
  凍干機加熱系統的作用是對干燥箱內物料進行加熱，以便使物料不斷地得到升華熱，使物品以達到規定的含水率要求，凍干機加熱系統有不同的加熱方法，在接觸式加熱中，我們采用的是循環介質加熱法。循環加熱系統由管道泵、循環介質箱、加熱器、進出管路、液溫控制器等組成。循環液由水4份、乙醇2份，乙二醇4份配置成循環不凍液，其凝固點為-120℃，在使用時液溫zui高不超過60℃，當加熱系統工作時，先對循環液進行加熱，液溫通過液箱控制調節儀選定的溫度自動控制加熱, 管道泵開啟后，可將循環液送入干燥箱內擱板中，對擱板加熱，然后返回液箱進行加熱循環。而在輻射或加熱中我們采用蒸氣加熱zui高溫度為120℃，由蒸氣電磁閥自動控制溫度。
• 真空系統
  真空系統有旋片真空泵或水環泵和羅茨真空泵組成，羅茨泵為增壓泵不能單獨使用，必須首先啟動旋片泵或水環泵，使其工作一段時間，當系統中的真空度達到1Kpa以下時，再自動啟動羅茨泵。旋片泵結構、羅茨泵結構等見說明書。該真空系統的真空表可使用電接點真空表，可根據預先選定的真空度值，自動控制羅茨泵的啟動。干燥箱與冷凝器之間真空管道中，裝有真空蝶閥，可根據使用要求隨時開、關。真空泵管路上，裝有電磁放氣截止閥，當真空泵停止工作時可自動關閉真空管路，同時將空氣放入泵內，避免真空泵油因負壓作用回放至真空管路中，真空泵的連接管路之間裝有波紋軟管，防止運轉時的振動。
• 制冷系統
  凍干機制冷系統由制冷壓縮機組（包括：水冷冷凝器，油分離器、高壓管路、干燥過濾器、膨脹閥、蒸發器、低壓管路組成），采用氟利昂機組和R22制冷劑或氟制冷機組，制冷機組組成使凍干品速凍用的制冷系統和捕水器制冷系統。當系統工作，接觸加熱方式中擱板溫度可降至-35℃。當制冷系統工作時，冷凝盤管的表面溫度可達-35～-55℃，根據客戶需要采用單級或雙級制冷壓縮機組，制冷效果好。
• 電氣控制系統
  本設備電氣控制系統由電腦顯示記錄儀、控制臺、控制儀表、調節儀表等自動裝置和電路組成。它的功能是對凍干機進行手動或自動控制，控制設備正常運轉。
  控制臺是溫度、真空度巡檢儀的記錄控制儀表及各機組開關的集中集團，控制臺的儀表板裝有溫度，真空度巡檢儀，干燥箱和真空泵的真空計，溫度指示調節儀，液溫控制調節儀，計時鐘等。按鈕板上裝有各機組的開關等。凍干機還設有連鎖保護裝置，如①前箱制冷時加熱管不能工作；②真空表不到設定值，羅茨泵不能啟動。③冷卻水未提供，制冷機組不啟動。④真空泵、電磁閥帶放氣截止閥與真空泵電源表連在一起，同時工作。⑤擱板加熱恒溫，由溫度指示調節儀控制。 

二  凍干設備技術

凍干是從凍結的物料產品中去除水分的過程，凍干分為真空冷凍干燥和常壓冷凍干燥二種，由于一些條件限制目前采用的是真空冷凍干燥。凍干目的是保留產品的完整的生物和化學結構及其活性。象其它許多的技術步驟，一種凍干的類型被稱做升華，是自然發生的。升華指的是溶劑，比如水，象干冰一樣，直接從固態變為氣態的過程。傳統的干燥會引起材料皺縮，破壞細胞。這種情況將不會發生在凍干里，因為固體構成被在其位置上的堅冰支承著。在冰升華時，它會留下孔隙在干燥的剩余物質里。

  凍干過程分為冷凍、升華、解析干燥三個階段，每一個階段都有相應的要求，不同的物料其要求各不相同，各階段工藝設計及控制手段的差異直接關系凍干產品的質量和凍干設備的性能。

1、冷凍階段

  冷凍干燥首先要把原料進行凍結，使原料中的水變成冰，為下階段的升華做好準備。凍結溫度的高低及凍結速度是控制目的，溫度要達到物料的凍結點以下，不同的物料其凍接點各不相同。凍結速度的快慢直接關系到物料中冰晶顆粒的大小，冰晶顆粒的大小對固態物料的結構及升華速率有直接關聯。一般情況下，要求1--3小時完成物料的凍結，進入升華階段。

2、升華階段

  升華干燥是冷凍干燥的主要過程，其目的是將物料中的冰全部汽化移走，整個過程中不允許冰出現溶化，否則便告凍干失敗。升華的二個基本條件：一是保證冰不溶化；二是冰周圍的水蒸汽必須低于610帕（正確的說法應是低于物料凍結點的飽和蒸汽壓）。升華干燥一方面要不斷移走水蒸氣，使水蒸汽壓低于要求的飽和蒸汽壓，另一方面為加快干燥速度，要連續不斷地提供維持升華所需的熱量，這便需要對水蒸氣壓和供熱溫度進行*化控制，以保證升華干燥能快速、低能耗完成。

3、解析干燥

  物料中所有的冰晶升華干燥后，物料內留下許多空穴，但物料的基質內還留有殘余的未凍結水分（它們以結合水和玻璃態形式存在）。解析干燥就是要把殘余的未凍結水分除去，zui終得到干燥物料。

四  、凍干食品前景

  市場凍干食品供不應求，但國內凍干食品工業尚處于發展初期，產量還很低。因此我國應加快發展凍干食品，把豐富的農產品進行深加工增值、外銷創匯。目前，我國生產的凍干食品主要包括：湯料、蝦仁、半成品(如雞蛋粉)、保健品(如凍干人參)及方便面調料(如方便面中的脫水菜、肉丁)等，早產量不足3000噸。據專家預測，到2010年，僅我國高檔方便面輔料一項，約需凍干食品4萬噸，加上各種快餐配料、湯料、飲料答，每年凍干食品的消費量將超過10萬噸。國內外對凍干食品的巨大需求，為我國發展凍干食品工業，提供了大好的機遇。我國是農業大國，有豐富的蔬菜、肉食及水產資源，長期以來，我國的農牧產品一直徘徊在出口原料或初級加二階段。給人一種技術含量低的總體感覺。發展我國的凍干食品產業，必須開發我國的食品凍干設備。

五、食品凍干機現狀

  自改革開放以來，我國農產品及農副產品的產量節節攀升，已經完成了由一個農產品貧乏到農產品豐富、甚至略有富余的轉變過程，全國各地的地方官員也都在為富余的農產品尋找出路。 在這種背景下，一種被認為是高技術、高附加值的食品加工方式——真空冷凍干燥脫水食品被許多地方選中，全國各地紛紛投資建廠，據食品行業協會統計：截至于1999年底為止，國內共安裝了約330臺/套食品凍干設備，但是，由于種種原因，許多企業的設備并沒有運轉起來，形成了典型的“開廠之日，就是關門之時”的怪現象，導致許多投資領域的“豆腐渣工程”，給社會和政府造成了沉重的負擔。某凍干食品企業的廠長向別人訴說：每天有百十號人忙活，煤燒了幾十噸，卻只能生產出一小棒蔥，叫人看了真想哭！生產出來的產品含水量不合格，表面皺縮，產品質地柔軟，可壓縮而不碎，內行人都不可能認為是凍干產品，更別提出口創匯了，而一些人卻依然強行當成凍干食品在國內銷售，其后果就象前幾年的果蔬脆片一樣，砸了自家市場。而真正的凍干食品：含水量≤5%、外觀完整、基本不收縮、產品質地特脆，略壓即碎。食品用凍干機與醫用凍干機雖然同是凍干設備，由于應用的場合不同而存在許多差異，僅從表面上看，兩者幾乎毫無相似之處，但它們本質上卻是相同的，它們都遵從同樣的凍干原理，由于具體應用的對象不同而采用了不同的技術手段，這是具體問題具體分析的結果，國內外各設備制造商，由于認識水平上的差異，在食品凍干機上并未形成多少相同或相似的看法，因此存在各種不同的基本主體結構的組合，遠未形成國內某些自稱是“專家”的人所希望存在的標準組合。對用戶而言，非常重要的一點是：在各種不同的基本主體結構組合當中，其造價與能耗水平既不*，也不構成任何比例關系。而現在有許多凍干制造商沒有認識這些，因此造成設備的結構復雜、操作繁瑣、能耗較大。制藥行業的產品附加值很高，所以凍干機得到了廣泛的運用，可食品行業產品附加值很低，凍干機巨大的能耗、高額的維護費、操作員工的技術水平成為制約要素，使得凍干食品成本*，影響了凍干食品的市場銷量。制約食品凍干機發展的瓶頸便是凍干食品的生產成本，更具體地說就是食品凍干及的能耗、產品合格率及自動化程度。

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六、食品凍干機前景

  真空冷凍干燥技術是一項對食品護色、保鮮、保質的高新加工技術。用凍干技術加工的食 品為凍干食品。目前凍干食品在歐美、日本市場迅速流行，凍干脫水后的蔬菜、水果、肉類、水產、調料等，除應用于宇航、登山、旅游、勘探、采礦等行業外，并已廣泛進入餐館和家庭。在日本消費市場凍干食品的比重已達49％。凍干食品在市場的價格是熱風干燥脫水食品的4倍—6倍，正成為貿易的大宗食品。 我國是農業大國，有豐富的蔬菜、肉食及水產資源，長期以來，我國的農牧產品一直徘徊 在出口原料或初級加二階段。凍干食品的技術含量高，品質優良，凍干食品已被國內外廣大消費者*為高檔次的脫水食品，而且正在廣泛地應用到食品行業的各個領域。食品凍干機的開發研究被列為我國的九五重點推廣項目，使得我國的凍干機開發研究進入了新的時期。發展我國的凍干食品產業，必須開發我國的食品凍干設備。目前制約凍干食品發展的主要因素是：凍干機的巨大的能耗、凍干品合格率低下、凍干周期長。這些成了我們發展凍干食品的攔路虎。隨著技術的進步、人們的努力，必定會引起食品凍干機的技術進步，誕生出自動化程度高、凍干周期短（小于12小時）、產品合格率高（90%以上）、能耗低（水電汽折合成電能，包括食品的速凍和凍干總能耗小于2度電/每脫1公斤水）的食品凍干機。
我國有豐富的水果、蔬菜、肉食、水產、中藥材資源，開發生產凍干菜、牛肉干、方便食品、休閑食品等大宗食品的出口，是一項前景好、利潤大的出口創匯項目。我國人口眾多，消費市場潛力巨大，凍干食品以它優異的性能必將吸引眾多的國內消費者。長期以來我國的農牧產品一直徘徊在出口原料或初級加工階段，技術含量低。如能確實解決現有食品凍干機的能耗和生產效率，通過應用食品凍干這一進行食品加工，將提高我國出口食品的檔次，有利于促進凍干食品內需，獲得較高的附加值，將會形成我國國民經濟新的增長點，其產生的巨大社會效益是不可估量的