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真空冷凍干燥機技術(shù)研發(fā)介紹和選型原則
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真空冷凍干燥機技術(shù)研發(fā)介紹和選型原則
近年來，真空冷凍干燥設(shè)備技術(shù)在我國有了較快的發(fā)展，但與國外相比，還有一定差距，本文從該技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)改進的幾個方面入手，對這一技術(shù)進行剖析。
真空冷凍干燥技術(shù)在生物工程、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、材料科學(xué)和農(nóng)副產(chǎn)品深加工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。因此,國內(nèi)外對這項技術(shù)都相當(dāng)重視。...食品凍干機都能采用工控機自動控制,保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。 國外凍干設(shè)備的品種規(guī)格比國內(nèi)多,配套設(shè)備齊全,節(jié)能型結(jié)構(gòu)比較精致,連續(xù)式凍干設(shè)備生產(chǎn)量大...
發(fā)展態(tài)勢 產(chǎn)量遞增速度每年達
真空冷凍技術(shù)簡稱為凍干技術(shù)。國家質(zhì)檢總局鍋爐壓力容器檢測研究中心主要從事真空冷凍干燥過程優(yōu)化研究的專家介紹，凍干原理是在真空狀態(tài)下，利用升華原理，使預(yù)先凍結(jié)的物料中的水分不經(jīng)過冰的融化直接以冰態(tài)升華為水蒸氣而除去，從而獲得干燥制品的技術(shù)。實踐表明，真空冷凍干燥脫水技術(shù)是一項適用于果蔬、肉類、水產(chǎn)、藥品的護色、保鮮、保質(zhì)及保持營養(yǎng)成分的高新加工技術(shù)。
據(jù)統(tǒng)計，目前美國年消費凍干食品500萬噸，日本160萬噸，法國150萬噸，其他國家的消費數(shù)量也在逐年攀升。如今，凍干食品在 市場上的產(chǎn)量以每年30%的速度遞增。
我國在凍干方面的研究起步較晚。近年來一些科研單位對某些產(chǎn)品進行了工藝研究。東北大學(xué)已成功研究了人參凍干工藝；四川大學(xué)研究了牦牛肉的冷凍干燥工藝。此外，上海華裔發(fā)展有限公司將一些名菜，如：“宮爆雞丁”等，用凍干工藝加工，已在國內(nèi)申請專利。如今，隨著我國消費者對凍干產(chǎn)品需求量的逐年增大，凍干設(shè)備也有了較大的發(fā)展。
專家介紹，由于真空冷凍干燥是在低溫、高真空狀態(tài)下進行，物料中的水分直接從固態(tài)升華為氣態(tài)，因而可以較大限度地保持被干物料的細胞活性以及被干物料的色、香、味、形和營養(yǎng)成分，而且復(fù)水性能好。凍干食品則是采用現(xiàn)代脫水技術(shù)與工藝加工而成的集方便、保健、純天然為一體的高品質(zhì)綠色食品。從而避免了傳統(tǒng)脫水方法帶來的變色、變味、成分流失及無法還原等缺點。
國內(nèi)現(xiàn)狀 整體設(shè)計及控制水平有所提高
凍干食品品質(zhì)的優(yōu)劣，除了與工藝有關(guān)，在很大程度上取決于食品凍干設(shè)備。食品凍干機主要包括對物料進行凍結(jié)的凍結(jié)庫和升華脫水的干燥倉及真空、制冷及加熱等輔助設(shè)備。專家談到，世界較為先進的凍干機主要包括：丹麥阿特拉斯的RAY型間歇式和CON-RAD型連續(xù)式凍干機，日本—0共和真空株式會社的無隔離干燥過程水氣凝結(jié)器除冰再生技術(shù)和TL型液體食品密閉系統(tǒng)管式凍干機。
此外，早在十多年前在保加利亞成立的，以研究宇航食品、保健食品和營養(yǎng)食品為主要方向的低溫生物學(xué)和冷凍干燥技術(shù)研究所的科研實力也極為雄厚。
近年來，國內(nèi)食品凍干機發(fā)展較快，生產(chǎn)廠家較多，質(zhì)量、性能及規(guī)格型號各不相同。20世紀(jì)50年代初期，武漢及北京等生物制品研究所先后進口了一批凍干機；20世紀(jì)60年代北京、天津、南京、上海及大連等地相繼建立了一些實驗性凍干食品生產(chǎn)廠家，并先后仿制了一批凍干機。其特點是整體式，擱板溫度不均勻，手動操作，能自動記錄；20世紀(jì)70年代湖北自行設(shè)計了一種凍干機，采用單機雙級壓縮機，可在箱內(nèi)加蓋瓶塞；上海則建立了年產(chǎn)300噸的中等規(guī)模的凍干車間。
為加快我國凍干技術(shù)的發(fā)展，機電部將工業(yè)真空冷凍干燥機列入1986年工業(yè)技術(shù)發(fā)展基金項目，由華中理工大學(xué)承擔(dān)并與浙江真空設(shè)備廠協(xié)作進行研制，產(chǎn)品于1989年通過部級鑒定，該機結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊全、擱板間距可調(diào)，采用微機程控。
此外，清華大學(xué)核能設(shè)計研究院也引進俄羅斯大型食品真空冷凍干燥設(shè)備的先進技術(shù)，直接與國家一級企業(yè)煙臺冰輪集團合作，共同探索出一條發(fā)展我國冷凍干燥事業(yè)的新路。所研制設(shè)備的優(yōu)點是：起點高、投資少、見效快。在引進、消化及吸收的同時，對設(shè)備的改進提出了切實可行的方案，特別是控制系統(tǒng)設(shè)計，從工藝要求出發(fā)，在考慮節(jié)能的同時，以進一步提高效率為目的，采用現(xiàn)代化的儀表和先進控制手段，對設(shè)備的控制系統(tǒng)重新進行了優(yōu)化設(shè)計，從根本上提高了我國大型食品冷凍干燥機的整體設(shè)計及控制水平。
改進趨勢 逐漸脫離仿制國外機型道路
專家分析，目前大部分國產(chǎn)食品凍干機生產(chǎn)廠家走的是仿制道路。一些廠家在在采用國外先進技術(shù)的同時，進行了較大的改進。如加熱板內(nèi)采用了特殊導(dǎo)流裝置，使板內(nèi)流體的流量均勻，保證了加熱的均勻和穩(wěn)定；捕水器在工作中可實現(xiàn)交替捕水和融冰，捕水器盤管內(nèi)氨液制冷方式由傳統(tǒng)的氨液相變制冷改為氨液無相變制冷，使捕水器盤管內(nèi)溫度均勻，結(jié)霜性能良好。
除仿制外，國內(nèi)自身的研制能力也在提高，一些單位已經(jīng)脫離了仿制國外機型，抽氣系統(tǒng)采用低架式水蒸氣噴射泵抽水蒸氣，省去了捕水器和制冷系統(tǒng)，降低了設(shè)備價格。
研究方向 重在降低成本減少能耗
然而，無論是國產(chǎn)設(shè)備還是引進設(shè)備，食品凍干機共同的缺點是價格昂貴、耗能高、收回投資慢。降低成本、減少能耗是凍干機今后的主要方向。因此，有關(guān)專家總結(jié)，食品凍干機的研究方向和發(fā)展趨勢如下：
（1） 降低成本、減少能耗 國外一些凍干機不采用不銹鋼制造，而采用低碳鋼涂覆食品用可烘干樹脂，在室溫下會發(fā)出紅外線。擱板表面涂高性能遠紅外發(fā)射材料、增強其輻射能力；料盤表面處理，增強其吸收能力。捕水器的結(jié)構(gòu)、尺寸及結(jié)霜特性的優(yōu)化更有實際意義，因為目前其造價相當(dāng)于凍干箱的造價，運轉(zhuǎn)功耗較大。對于凍干機而言，加熱系統(tǒng)只是補充升華熱，功率消耗本不應(yīng)太高，但現(xiàn)有設(shè)備不盡如人意，應(yīng)加以優(yōu)化結(jié)構(gòu)，并降低能耗。
�。�2） 保證質(zhì)量 提高性能 在實際應(yīng)用中，一些廠家的凍干機安裝后，一直不能投入正常的生產(chǎn)；有些凍干機雖然能生產(chǎn)，但能耗高。還有一些元器件不斷出現(xiàn)故障、影響正常生產(chǎn)。因此，必須保證凍干機的質(zhì)量。提高性能是指除加熱速率、抽氣速率、溫度均勻性、真空度穩(wěn)定性之外，增強設(shè)備新的功能。例如增加凍干結(jié)束時的判斷功能，較簡單的辦法是稱重法。目前已有人試驗、但不盡如人意。應(yīng)該發(fā)展質(zhì)量傳感器、用較小的一次元件給出質(zhì)量隨時間的變化。
�。�3） 開發(fā)連續(xù)式凍干設(shè)備 當(dāng)前生產(chǎn)的凍干機大都是間歇式產(chǎn)品，隨著工業(yè)技術(shù)大量的發(fā)展，開發(fā)連續(xù)式凍干設(shè)備，增加凍干產(chǎn)品的產(chǎn)量將是必然趨勢。
�。�4） 提高衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) 近年來，西方國家在食品生產(chǎn)企業(yè)開始推行HACCP系統(tǒng)，對食品加工設(shè)備的消毒殺菌及衛(wèi)生管理等提出了更加嚴(yán)格的要求。日本的許多廠家紛紛將原有鍍鋅鋼板的真空干燥室改為不銹鋼真空室，減少了污染。
專家認(rèn)為，目前國內(nèi)科研人員已成功研制出系列真空冷凍干燥設(shè)備，為發(fā)展我國真空冷凍干燥技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。隨著 市場對凍干食品需求量的不斷增加和我國加入世貿(mào)組織以及人民生活水平的逐漸提高，凍干設(shè)備將會有長足的發(fā)展。
協(xié)會應(yīng)成為政企間的潤滑劑
月14—18日，國務(wù)院食品安全綜合檢查組組長惠魯生在廣西檢查工作時說，行業(yè)協(xié)會應(yīng)成為政府與企業(yè)間的“潤滑劑”。
在檢查組召集的廣西食品、水產(chǎn)、輕工、淀粉等食品相關(guān)行業(yè)協(xié)會以及有部分食品生產(chǎn)加工企業(yè)代表參加的食品安全座談會上，惠魯生強調(diào)，各種行業(yè)協(xié)會的出現(xiàn)是市場經(jīng)濟發(fā)展的標(biāo)志，但行業(yè)協(xié)會不是二級政府，而是政府與企業(yè)之間的中介。協(xié)會舞臺很大，有著政府不可替代的優(yōu)勢，許多政府做不了的事情協(xié)會可以做好，所以，應(yīng)該正確定位，發(fā)揮“潤滑劑”的作用。協(xié)會應(yīng)當(dāng)積極處理好政府與企業(yè)間的矛盾，處理好監(jiān)管與發(fā)展的關(guān)系，積極為企業(yè)服務(wù)。只要認(rèn)真研究市場，按市場規(guī)律辦事，比企業(yè)更熟知市場，協(xié)會的前景將無限看好�；蒴斏髤f(xié)會：一要引導(dǎo)企業(yè)規(guī)范經(jīng)營，促進市場良性發(fā)展；二要圍繞企業(yè)素質(zhì)做文章，幫助企業(yè)提高生產(chǎn)和管理的水平；三要維護企業(yè)權(quán)益，扶持企業(yè)做大做強。
選型原則：
一、前言
冷凍干燥是將含水物質(zhì)，預(yù)先凍結(jié)成固態(tài)，而后在真空狀態(tài)下使其中的水分從固態(tài)升華成氣態(tài)，以除去水分而保存物質(zhì)的方法。這種干燥方法得到的物品，原有的化學(xué)、生物特性基本不變，易于長期保存，加水后能恢復(fù)到凍干前的形態(tài)，并且能保持其原有的生化特性，是一種優(yōu)質(zhì)的干燥方法�，F(xiàn)代冷凍干燥技術(shù)的主要用途有：離體生物組織的凍干貯藏；活菌活毒的凍干保存；中草藥、西藥、生物藥品和血液制品的凍干；方便食品、保健食品、功能食品的凍干儲運；納米陶瓷材料和各種金屬微粉材料的凍干制備。因此，冷凍干燥技術(shù)已經(jīng)在化工、食品、材料、醫(yī)藥、生物制品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。真空冷凍干燥機(簡稱凍干機)，是實現(xiàn)冷凍干燥技術(shù)的設(shè)備，是一種結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的機器，它涉及到制冷、真空、熱工、機械、流體、電器控制和壓力容器等領(lǐng)域的知識。因此，用戶采購凍干設(shè)備時往往會遇到不少問題，筆者站在用戶的角度，主要介紹一些實驗系列凍干機的選型技術(shù)。
二、實驗系列凍干機的分類
實驗系列凍干機追求的性能指標(biāo)是體積小、重量輕、功能多、性能穩(wěn)定、測試系統(tǒng)準(zhǔn)確度高，較好是一機多用，能適應(yīng)多種物料的凍干實驗。實驗系列凍干機種類的主要劃分方法有：
1、從結(jié)構(gòu)上分
l鐘罩型凍干機：凍干腔和冷阱為分立的上下結(jié)構(gòu)，凍干腔沒有預(yù)凍功能。該類型的凍干機在物料預(yù)凍結(jié)束后轉(zhuǎn)入干燥過程時需要人工操作。大部分實驗型凍干機都為鐘罩型，其結(jié)構(gòu)簡單、造價低。凍干腔多數(shù)使用透明有機玻璃罩，便于觀察物料的凍干情況。
l原位型凍干機：凍干腔和冷阱為兩個獨立的腔體，凍干腔中的擱板帶制冷功能，物料置入凍干腔后，物料的預(yù)凍、干燥過程無需人工操作。該類型凍干機的制作工藝復(fù)雜，制造成本高，但原位型凍干機是凍干機發(fā)展方向，是進行凍干工藝摸索的理想選擇，特別適用于醫(yī)藥、生物制品及其他特殊產(chǎn)品的凍干。
a、普通型b、多歧管型c、壓蓋型
2、從功能上分
普通擱板型：物料散裝于物料盤中，適用于食品、中草藥、粉末材料的凍干。
帶壓蓋裝置型：適合西林瓶裝物料的干燥，凍干準(zhǔn)備時，按需要將物料分裝在西林瓶中，浮蓋好瓶蓋后進行冷凍干燥，干燥結(jié)束后操作壓蓋機構(gòu)壓緊瓶蓋，可避免二次污染、重新吸附水分，易于長期保存。
多歧管型：在干燥室外部接裝燒瓶，對旋凍在瓶內(nèi)壁的物料進行干燥，這時燒瓶作為容器接在干燥箱外的歧管上，燒瓶中的物料靠室溫加熱，通過多歧管開關(guān)裝置，可按需要隨時取下或裝上燒瓶，不需要停機。
帶預(yù)凍功能型：物料預(yù)凍過程，冷阱作為預(yù)凍腔預(yù)凍物料，在干燥過程，冷阱為捕水器，捕獲物料溢出的水分。帶預(yù)凍功能的凍干機，冷凍干燥過程物料的預(yù)凍、干燥等均在凍干機上完成，凍干機使用效率高，節(jié)省了低溫冰箱的費用。
三、選購凍干機時應(yīng)注重的幾個參數(shù)
1、凍干面積
凍干機型號中的數(shù)字代表該型號凍干機的凍干面積，例如，F(xiàn)D-1A-50型凍干機的凍干面積為0.12㎡。用戶應(yīng)根據(jù)自己的需要，通過計算來確定需用多大凍干面積的凍干機。例如每批需凍干1.2公斤(升)液體量的產(chǎn)品,用物料盤裝載物料，每盤裝載10㎜厚，則可計算得凍干板層的負(fù)荷面積：
A(面積，㎡)=V(體積，m3)/H(高度，m)=0.0012m3/0.01m=0.12㎡
即需選用板層負(fù)荷面積為0.12㎡的凍干機。
2、冷阱溫度
冷阱是冷凍干燥過程捕獲水分的裝置，理論上講，冷阱溫度越低，冷阱的捕水能力越強，但冷阱溫度低，對制冷要求高，機器成本及運轉(zhuǎn)費用高。實驗系列冷凍干燥機的冷阱溫度主要有-50℃左右、-80℃左右等幾個檔次。冷阱溫度為-50℃的凍干適用于一些容易凍干的產(chǎn)品，冷阱溫度為-80℃的凍干適用于一些特殊產(chǎn)品的凍干。冷阱溫度對捕水能力的影響實驗表明冷阱溫度從-35℃下降到-55℃，捕水能力有提升明顯，冷阱溫度低于-55℃，冷阱的捕水能力提升不明顯。因此，在沒有特殊需求的情況下，選用冷阱溫度-50℃左右是理想的選擇。
3、降溫速率
降溫速率體現(xiàn)制冷系統(tǒng)的制冷能力，在空載情況下,冷阱溫度應(yīng)在1小時內(nèi)達到指標(biāo)規(guī)定的較低溫度。例如，冷阱溫度≤-50℃的凍干機，機器從打開制冷開始計時，冷阱溫度達到-50℃的時間應(yīng)不大于1小時。
4、極限真空度
極限真空度體現(xiàn)凍干機的泄漏情況及真空泵的抽氣效率。凍干箱的真空度，過去的觀點認(rèn)為真空度是越高越好，現(xiàn)在的觀點認(rèn)為真空度應(yīng)在一個合理的范圍之內(nèi)。真空度太高了，不利于傳熱，干燥速度反而下降，但無論如何凍干箱的空載極限真空度應(yīng)達到15Pa以上。
5、抽真空時間
凍干箱空載的抽空速度，應(yīng)在半小時之內(nèi)從大氣壓抽到15Pa。
6、板層溫度均勻性及平整度：
板層溫度的均勻性和平整度,對產(chǎn)品質(zhì)量的均一性有很大的影響,溫度均勻性和平整度越好，則凍干產(chǎn)品質(zhì)量的均一性也越好。凍干機擱板溫度控制有加熱器型和中間流體型，采用中間流體控制板層的凍干機擱板溫度均勻性和平整度好，這種凍干機板層為空心夾層結(jié)構(gòu)，板層的制冷和加熱均通過中間流體在板層內(nèi)部的流體通道循環(huán)來實現(xiàn)，因此板層溫度均勻一致。四環(huán)凍干機中LGJ-50C型冷凍干燥機就采用擱板中間流體的技術(shù)。鐘罩型凍干機的擱板溫度控制基本上都是采用加熱器，板層溫度一致性稍差。但總體而言，醫(yī)藥用凍干機板層溫差應(yīng)控制在±1．5℃，板內(nèi)溫差為±l℃，食品凍干機可適當(dāng)放寬。
7、控制系統(tǒng)
凍干機的控制系統(tǒng)類型及功能各異，對于實驗系列的凍干機，主要應(yīng)用于物料的凍干工藝摸索和少量試生產(chǎn)。因此，控制系統(tǒng)應(yīng)可實時顯示凍干過程參數(shù)并自動記錄；設(shè)定、修改及有效地執(zhí)行凍干工藝程序；具備通訊接口，便于數(shù)據(jù)采集、保存。沸騰干燥機基本都是以流化床工作原理為基礎(chǔ)的，其物料干燥過程的基礎(chǔ)就是粉體的沸騰。同時，在排風(fēng)作用下，容器內(nèi)細微粉體經(jīng)捕集袋過濾后排向室外，其捕集的過程就有大量的超細粉的產(chǎn)生，不管是在流態(tài)沸騰還是在捕集運行中，沸騰干燥的整個過程均伴有超細的粉體運動�！ 》序v干燥機可以同時替代過濾及干燥設(shè)備，可實現(xiàn) 涂裝設(shè)備有很多種，主要是在垂直輸送帶輸送機上，表面有一些材料噴漆操作，因為設(shè)備在涂裝過程中有強制旋轉(zhuǎn)設(shè)備，只有皮帶接觸夾具，當(dāng)皮帶松動位置時，會導(dǎo)致一些治理不順暢旋轉(zhuǎn)，那么材料不旋轉(zhuǎn)，會產(chǎn)生不均勻的噴涂現(xiàn)象，造成產(chǎn)品不良。 因為涂閃蒸干燥機可以用于對固體和液體物料進行干燥。下面是使用閃蒸干燥機的幾個要領(lǐng)：
了解閃蒸干燥機的規(guī)格和參數(shù)：在使用閃蒸干燥機之前，需要了解其規(guī)格和參數(shù)，包括尺寸、容量、加熱方式、蒸發(fā)能力、壓力范圍等。這些信息可以幫助用戶更好地操作和控制閃蒸干燥機，達到****的干燥效果。
正確選擇物料 混合機械有很多種，工作原理也各不相同，用戶在選擇混合機械的時候要根據(jù)自己的實際需要情況謹(jǐn)慎選擇適自己的混合機械，下面對常用的各種型號的混合機械做一個簡單的介紹：
錐形混合機工作原理
DSH系列混合機筒內(nèi)兩只非對稱螺旋自轉(zhuǎn)將物料向上提升，轉(zhuǎn)臂慢 排氣中的細粉在容器內(nèi)過濾后排到室外，捕獲過程中有大量的超細粉的生產(chǎn)，無論是沸騰的流動還是在運動的全過程中。粉體運動的過程往往伴隨著一些問題：靜電和粉塵爆炸。 防止GZQ振動流化床干燥機靜電措施： 1、陷阱袋防靜電纖維材料及時消除靜電
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