果蔬凍干機(jī)

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二  工作原理

1 真空冷凍干燥就是將含水物質(zhì)，經(jīng)預(yù)處理后，在-30℃急速冷凍和真空環(huán)境下，使其中的水份從固態(tài)升華成氣態(tài)，以除去水分而保存物質(zhì)的干燥方法。

真空冷凍干燥設(shè)備主要包括：食品預(yù)凍系統(tǒng)、冷凍干燥罐、加熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、物料傳送系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)。

2 FD系列生產(chǎn)型凍干設(shè)備，按加熱板名義面積區(qū)分，共有50、75、100、150、等不同規(guī)格，主要差別在于干燥倉(cāng)的長(zhǎng)度不同，可裝的盛料滑車數(shù)量不同，從每倉(cāng)2輛到8輛不等。

三 真空凍干設(shè)備組成

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

• 1 干燥箱
  是一能抽真空和加熱的密閉器，物料的升華干燥過(guò)程是在干燥室內(nèi)完成的，物料是放在干燥室內(nèi)擱板上的不銹鋼托盤(pán)內(nèi)的，按每平方托盤(pán)面積8~12公斤的比例裝料，每一層擱板上都有一個(gè)可供測(cè)量物料溫度的探頭，用以監(jiān)測(cè)整個(gè)凍干過(guò)程中的物料溫度。門(mén)采用橡膠密封條，應(yīng)注意關(guān)門(mén)時(shí)要把門(mén)上的手柄擰緊，箱內(nèi)密封。
• 2 冷凝器（捕水器）
  是凝結(jié)升華水氣的密閉裝置，內(nèi)部有一個(gè)較大面積的金屬吸附面，從干燥箱物料中升華出來(lái)的水蒸氣可凝結(jié)吸附在其金屬表面上，吸附面的工作溫度可達(dá)-45℃~-55℃，冷凝器外形是不銹鋼或鐵制成的圓筒，內(nèi)部盤(pán)有冷凝管，分別與制冷機(jī)組相連，組成制冷循環(huán)系統(tǒng)。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(tǒng)，筒內(nèi)冷凝管上部裝有化霜噴水管，它通過(guò)真空隔膜閥與水管連接，這是為了化霜水等不進(jìn)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，外層包以不銹鋼板。
• 3 加熱系統(tǒng)
  凍干機(jī)加熱系統(tǒng)的作用是對(duì)干燥箱內(nèi)物料進(jìn)行加熱，以便使物料不斷地得到升華熱，使物品以達(dá)到規(guī)定的含水率要求，凍干機(jī)加熱系統(tǒng)有不同的加熱方法，在接觸式加熱中，我們采用的是循環(huán)介質(zhì)加熱法。循環(huán)加熱系統(tǒng)由管道泵、循環(huán)介質(zhì)箱、加熱器、進(jìn)出管路、液溫控制器等組成。循環(huán)液由水4份、乙醇2份，乙二醇4份配置成循環(huán)不凍液，其凝固點(diǎn)為-120℃，在使用時(shí)液溫高不超過(guò)60℃，當(dāng)加熱系統(tǒng)工作時(shí)，先對(duì)循環(huán)液進(jìn)行加熱，液溫通過(guò)液箱控制調(diào)節(jié)儀選定的溫度自動(dòng)控制加熱, 管道泵開(kāi)啟后，可將循環(huán)液送入干燥箱內(nèi)擱板中，對(duì)擱板加熱，然后返回液箱進(jìn)行加熱循環(huán)。而在輻射或加熱中我們采用蒸氣加熱高溫度為120℃，由蒸氣電磁閥自動(dòng)控制溫度。
• 4 真空系統(tǒng)
  真空系統(tǒng)有旋片真空泵或水環(huán)泵和羅茨真空泵組成，羅茨泵為增壓泵不能單獨(dú)使用，啟動(dòng)旋片泵或水環(huán)泵，使其工作一段時(shí)間，當(dāng)系統(tǒng)中的真空度達(dá)到1Kpa以下時(shí)，再自動(dòng)啟動(dòng)羅茨泵。旋片泵結(jié)構(gòu)、羅茨泵結(jié)構(gòu)等見(jiàn)說(shuō)明書(shū)。該真空系統(tǒng)的真空表可使用電接點(diǎn)真空表，可根據(jù)預(yù)先選定的真空度值，自動(dòng)控制羅茨泵的啟動(dòng)。干燥箱與冷凝器之間真空管道中，裝有真空蝶閥，可根據(jù)使用要求開(kāi)、關(guān)。真空泵管路上，裝有電磁放氣截止閥，當(dāng)真空泵停止工作時(shí)可自動(dòng)關(guān)閉真空管路，同時(shí)將空氣放入泵內(nèi)，真空泵油因負(fù)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)。
• 5 制冷系統(tǒng)
  凍干機(jī)制冷系統(tǒng)由制冷壓縮機(jī)組（包括：水冷冷凝器，油分離器、高壓管路、干燥過(guò)濾器、膨脹閥、蒸發(fā)器、低壓管路組成），采用氟利昂機(jī)組和R22制冷劑或氟制冷機(jī)組，制冷機(jī)組組成使凍干品速凍用的制冷系統(tǒng)和捕水器制冷系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)工作，接觸加熱方式中擱板溫度可降至-35℃。當(dāng)制冷系統(tǒng)工作時(shí)，冷凝盤(pán)管的表面溫度可達(dá)-35～-55℃，根據(jù)客戶需要采用單級(jí)或雙級(jí)制冷壓縮機(jī)組，制冷好。
• 6 電氣控制系統(tǒng)
  本設(shè)備電氣控制系統(tǒng)由電腦顯示記錄儀、控制臺(tái)、控制儀表、調(diào)節(jié)儀表等自動(dòng)裝置和電路組成。它的功能是對(duì)凍干機(jī)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制，控制設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
  控制臺(tái)是溫度、真空度巡檢儀的記錄控制儀表及各機(jī)組開(kāi)關(guān)的集中集團(tuán)，控制臺(tái)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(jì)，溫度指示調(diào)節(jié)儀，液溫控制調(diào)節(jié)儀，計(jì)時(shí)鐘等。按鈕板上裝有各機(jī)組的開(kāi)關(guān)等。凍干機(jī)還設(shè)有連鎖保護(hù)裝置，如①前箱制冷時(shí)加熱管不能工作；②真空表不到設(shè)定值，羅茨泵不能啟動(dòng)。③冷卻水未提供，制冷機(jī)組不啟動(dòng)。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(shí)工作。⑤擱板加熱恒溫，由溫度指示調(diào)節(jié)儀控制。 

四   凍干設(shè)備技術(shù)

凍干是從凍結(jié)的物料產(chǎn)品中去除水分的過(guò)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(chǎn)品的完整的生物和化學(xué)結(jié)構(gòu)及其活性。象其它許多的技術(shù)步驟，一種凍干的類型被稱做升華，是自然發(fā)生的。升華指的是溶劑，比如水，象干冰一樣，直接從固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程。傳統(tǒng)的干燥會(huì)引起材料皺縮，破壞細(xì)胞。這種情況將不會(huì)發(fā)生在凍干里，因?yàn)楣腆w構(gòu)成被在其位置上的堅(jiān)冰支承著。在冰升華時(shí)，它會(huì)留下孔隙在干燥的剩余物質(zhì)里。

凍干過(guò)程分為冷凍、升華、解析干燥三個(gè)階段，每一個(gè)階段都有相應(yīng)的要求，不同的物料其要求各不相同，各階段工藝設(shè)計(jì)及控制手段的差異直接關(guān)系凍干產(chǎn)品的質(zhì)量和凍干設(shè)備的性能。

1、冷凍階段

  冷凍干燥要把原料進(jìn)行凍結(jié)，使原料中的水變成冰，為下階段的升華做好準(zhǔn)備。凍結(jié)溫度的高低及凍結(jié)速度是控制目的，溫度要達(dá)到物料的凍結(jié)點(diǎn)以下，不同的物料其凍接點(diǎn)各不相同。凍結(jié)速度的快慢直接關(guān)系到物料中冰晶顆粒的大小，冰晶顆粒的大小對(duì)固態(tài)物料的結(jié)構(gòu)及升華速率有直接關(guān)聯(lián)。一般情況下，要求1--3小時(shí)完成物料的凍結(jié)，進(jìn)入升華階段。

2、升華階段

  升華干燥是冷凍干燥的主要過(guò)程，其目的是將物料中的冰汽化移走，整個(gè)過(guò)程中不允許冰出現(xiàn)溶化，否則便告凍干失敗。升華的二個(gè)基本條件：一是冰不溶化；二是冰周圍的水蒸汽低于610帕（正確的說(shuō)法應(yīng)是低于物料凍結(jié)點(diǎn)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(xù)不斷地提供維持升華所需的熱量，這便需要對(duì)水蒸氣壓和供熱溫度進(jìn)行優(yōu)化控制，以升華干燥能快速、低能耗完成。

3、解析干燥

  物料中的冰晶升華干燥后，物料內(nèi)留下許多空穴，但物料的基質(zhì)內(nèi)還留有殘余的未凍結(jié)水分（它們以結(jié)合水和玻璃態(tài)形式存在）。解析干燥就是要把殘余的未凍結(jié)水分除去，終得到干燥物料。

工藝圖：

二  工作原理

1 真空冷凍干燥就是將含水物質(zhì)，經(jīng)預(yù)處理后，在-30℃急速冷凍和真空環(huán)境下，使其中的水份從固態(tài)升華成氣態(tài)，以除去水分而保存物質(zhì)的干燥方法。

真空冷凍干燥設(shè)備主要包括：食品預(yù)凍系統(tǒng)、冷凍干燥罐、加熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、物料傳送系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)。

2 FD系列生產(chǎn)型凍干設(shè)備，按加熱板名義面積區(qū)分，共有50、75、100、150、等不同規(guī)格，主要差別在于干燥倉(cāng)的長(zhǎng)度不同，可裝的盛料滑車數(shù)量不同，從每倉(cāng)2輛到8輛不等。

三 真空凍干設(shè)備組成

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

• 1 干燥箱
  是一能抽真空和加熱的密閉器，物料的升華干燥過(guò)程是在干燥室內(nèi)完成的，物料是放在干燥室內(nèi)擱板上的不銹鋼托盤(pán)內(nèi)的，按每平方托盤(pán)面積8~12公斤的比例裝料，每一層擱板上都有一個(gè)可供測(cè)量物料溫度的探頭，用以監(jiān)測(cè)整個(gè)凍干過(guò)程中的物料溫度。門(mén)采用橡膠密封條，應(yīng)注意關(guān)門(mén)時(shí)要把門(mén)上的手柄擰緊，箱內(nèi)密封。
• 2 冷凝器（捕水器）
  是凝結(jié)升華水氣的密閉裝置，內(nèi)部有一個(gè)較大面積的金屬吸附面，從干燥箱物料中升華出來(lái)的水蒸氣可凝結(jié)吸附在其金屬表面上，吸附面的工作溫度可達(dá)-45℃~-55℃，冷凝器外形是不銹鋼或鐵制成的圓筒，內(nèi)部盤(pán)有冷凝管，分別與制冷機(jī)組相連，組成制冷循環(huán)系統(tǒng)。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(tǒng)，筒內(nèi)冷凝管上部裝有化霜噴水管，它通過(guò)真空隔膜閥與水管連接，這是為了化霜水等不進(jìn)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，外層包以不銹鋼板。
• 3 加熱系統(tǒng)
  凍干機(jī)加熱系統(tǒng)的作用是對(duì)干燥箱內(nèi)物料進(jìn)行加熱，以便使物料不斷地得到升華熱，使物品以達(dá)到規(guī)定的含水率要求，凍干機(jī)加熱系統(tǒng)有不同的加熱方法，在接觸式加熱中，我們采用的是循環(huán)介質(zhì)加熱法。循環(huán)加熱系統(tǒng)由管道泵、循環(huán)介質(zhì)箱、加熱器、進(jìn)出管路、液溫控制器等組成。循環(huán)液由水4份、乙醇2份，乙二醇4份配置成循環(huán)不凍液，其凝固點(diǎn)為-120℃，在使用時(shí)液溫高不超過(guò)60℃，當(dāng)加熱系統(tǒng)工作時(shí)，先對(duì)循環(huán)液進(jìn)行加熱，液溫通過(guò)液箱控制調(diào)節(jié)儀選定的溫度自動(dòng)控制加熱, 管道泵開(kāi)啟后，可將循環(huán)液送入干燥箱內(nèi)擱板中，對(duì)擱板加熱，然后返回液箱進(jìn)行加熱循環(huán)。而在輻射或加熱中我們采用蒸氣加熱高溫度為120℃，由蒸氣電磁閥自動(dòng)控制溫度。
• 4 真空系統(tǒng)
  真空系統(tǒng)有旋片真空泵或水環(huán)泵和羅茨真空泵組成，羅茨泵為增壓泵不能單獨(dú)使用，啟動(dòng)旋片泵或水環(huán)泵，使其工作一段時(shí)間，當(dāng)系統(tǒng)中的真空度達(dá)到1Kpa以下時(shí)，再自動(dòng)啟動(dòng)羅茨泵。旋片泵結(jié)構(gòu)、羅茨泵結(jié)構(gòu)等見(jiàn)說(shuō)明書(shū)。該真空系統(tǒng)的真空表可使用電接點(diǎn)真空表，可根據(jù)預(yù)先選定的真空度值，自動(dòng)控制羅茨泵的啟動(dòng)。干燥箱與冷凝器之間真空管道中，裝有真空蝶閥，可根據(jù)使用要求開(kāi)、關(guān)。真空泵管路上，裝有電磁放氣截止閥，當(dāng)真空泵停止工作時(shí)可自動(dòng)關(guān)閉真空管路，同時(shí)將空氣放入泵內(nèi)，真空泵油因負(fù)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)。
• 5 制冷系統(tǒng)
  凍干機(jī)制冷系統(tǒng)由制冷壓縮機(jī)組（包括：水冷冷凝器，油分離器、高壓管路、干燥過(guò)濾器、膨脹閥、蒸發(fā)器、低壓管路組成），采用氟利昂機(jī)組和R22制冷劑或氟制冷機(jī)組，制冷機(jī)組組成使凍干品速凍用的制冷系統(tǒng)和捕水器制冷系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)工作，接觸加熱方式中擱板溫度可降至-35℃。當(dāng)制冷系統(tǒng)工作時(shí)，冷凝盤(pán)管的表面溫度可達(dá)-35～-55℃，根據(jù)客戶需要采用單級(jí)或雙級(jí)制冷壓縮機(jī)組，制冷好。
• 6 電氣控制系統(tǒng)
  本設(shè)備電氣控制系統(tǒng)由電腦顯示記錄儀、控制臺(tái)、控制儀表、調(diào)節(jié)儀表等自動(dòng)裝置和電路組成。它的功能是對(duì)凍干機(jī)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制，控制設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
  控制臺(tái)是溫度、真空度巡檢儀的記錄控制儀表及各機(jī)組開(kāi)關(guān)的集中集團(tuán)，控制臺(tái)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(jì)，溫度指示調(diào)節(jié)儀，液溫控制調(diào)節(jié)儀，計(jì)時(shí)鐘等。按鈕板上裝有各機(jī)組的開(kāi)關(guān)等。凍干機(jī)還設(shè)有連鎖保護(hù)裝置，如①前箱制冷時(shí)加熱管不能工作；②真空表不到設(shè)定值，羅茨泵不能啟動(dòng)。③冷卻水未提供，制冷機(jī)組不啟動(dòng)。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(shí)工作。⑤擱板加熱恒溫，由溫度指示調(diào)節(jié)儀控制。 

四   凍干設(shè)備技術(shù)

凍干是從凍結(jié)的物料產(chǎn)品中去除水分的過(guò)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(chǎn)品的完整的生物和化學(xué)結(jié)構(gòu)及其活性。象其它許多的技術(shù)步驟，一種凍干的類型被稱做升華，是自然發(fā)生的。升華指的是溶劑，比如水，象干冰一樣，直接從固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程。傳統(tǒng)的干燥會(huì)引起材料皺縮，破壞細(xì)胞。這種情況將不會(huì)發(fā)生在凍干里，因?yàn)楣腆w構(gòu)成被在其位置上的堅(jiān)冰支承著。在冰升華時(shí)，它會(huì)留下孔隙在干燥的剩余物質(zhì)里。

凍干過(guò)程分為冷凍、升華、解析干燥三個(gè)階段，每一個(gè)階段都有相應(yīng)的要求，不同的物料其要求各不相同，各階段工藝設(shè)計(jì)及控制手段的差異直接關(guān)系凍干產(chǎn)品的質(zhì)量和凍干設(shè)備的性能。

1、冷凍階段

  冷凍干燥要把原料進(jìn)行凍結(jié)，使原料中的水變成冰，為下階段的升華做好準(zhǔn)備。凍結(jié)溫度的高低及凍結(jié)速度是控制目的，溫度要達(dá)到物料的凍結(jié)點(diǎn)以下，不同的物料其凍接點(diǎn)各不相同。凍結(jié)速度的快慢直接關(guān)系到物料中冰晶顆粒的大小，冰晶顆粒的大小對(duì)固態(tài)物料的結(jié)構(gòu)及升華速率有直接關(guān)聯(lián)。一般情況下，要求1--3小時(shí)完成物料的凍結(jié)，進(jìn)入升華階段。

2、升華階段

  升華干燥是冷凍干燥的主要過(guò)程，其目的是將物料中的冰汽化移走，整個(gè)過(guò)程中不允許冰出現(xiàn)溶化，否則便告凍干失敗。升華的二個(gè)基本條件：一是冰不溶化；二是冰周圍的水蒸汽低于610帕（正確的說(shuō)法應(yīng)是低于物料凍結(jié)點(diǎn)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(xù)不斷地提供維持升華所需的熱量，這便需要對(duì)水蒸氣壓和供熱溫度進(jìn)行優(yōu)化控制，以升華干燥能快速、低能耗完成。

3、解析干燥

  物料中的冰晶升華干燥后，物料內(nèi)留下許多空穴，但物料的基質(zhì)內(nèi)還留有殘余的未凍結(jié)水分（它們以結(jié)合水和玻璃態(tài)形式存在）。解析干燥就是要把殘余的未凍結(jié)水分除去，終得到干燥物料。