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冷冻干燥技术及装备

冷冻干燥技术及装备. 冻干食品的特点. 优质：基本保持食品原有的色、香、味、形，维生素和蛋 白质等营养物质损失少。 方便：食用或加工前，复水快，可直接食用或烹调。 不用冷藏：密封包装后，可在常温下长期贮存、运输和销售。 重量轻：满足宇航、旅游等人员需求。 成本高：冻干食品成本是热风干燥食品的 4 ～ 6 倍。 . 冻干技术发展史. 50 年代 中国冻干技术开始起步。 60 年代 引进的同时，自行设计制造。 70 年代 冻干食品几乎消失。 80 年代 开始复苏。 90 年代 冻干食品得到快速发展 。. 技 术 原 理.

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冷冻干燥技术及装备

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Presentation Transcript

  1. 冷冻干燥技术及装备

  2. 冻干食品的特点 • 优质：基本保持食品原有的色、香、味、形，维生素和蛋 白质等营养物质损失少。 • 方便：食用或加工前，复水快，可直接食用或烹调。 • 不用冷藏：密封包装后，可在常温下长期贮存、运输和销售。 • 重量轻：满足宇航、旅游等人员需求。 • 成本高：冻干食品成本是热风干燥食品的4～6倍。

  3. 冻干技术发展史 • 50年代 中国冻干技术开始起步。 • 60年代 引进的同时，自行设计制造。 • 70年代 冻干食品几乎消失。 • 80年代 开始复苏。 • 90年代 冻干食品得到快速发展 。

  4. 技 术 原 理 1Torr（托）＝1mmHg＝133Pa

  5. 技术装备 加热系统 捕 水 器 干燥箱 控 制 系 统 真 空 系 统 制冷系统

  6. 冷冻 • 风冷法：在冻干机外对物料进行速冻， 随后快速送入冻干机中进行升华干燥。 其特点： • 适合疏松结构材料 • 冻结快 • 冻干机利用率高 • 5min内移入冻干机，15min内降压至100Pa。

  7. 冷冻 • 直冷法：冻干机搁板具有冻结能力，物料在冻干机内冻结后直接进行升华干燥。 其特点 • 适合卫生要求高、导热性能好的瓶装制剂 • 对真空抽速要求相对低 • 存在冷热能量干扰问题

  8. 冷冻

  9. 压力与蒸气体积

  10. 压力与蒸气体积 • 如果每小时升华100kg水，则水蒸气体积达到1.2×100×1000＝1.2×105 m3。 • 需要真空泵抽出速率为2000m3/min。

  11. 捕水器温度

  12. 捕水器与冻干机性能 • 捕水器是冻干系统中能耗最大的部件 • 升华阶段负荷大，解析阶段负荷小。 • 捕水器结构优化设计是提高系统性能的关键之一 • 真空阻力小，结霜量大且均匀，易融霜是设计目标。

  13. 捕水器

  14. 捕水器

  15. 捕水器 冷热干扰 置于末端

  16. CLASSIFICATION PRESS RANGE LOW VACUUM 760 Torr …1 Torr 100kPa … 100Pa MID VACUUM 1 Torr … 10-3 Torr 100Pa … 0.1Pa HIGH VACUUM 10-3 Torr … 10-7 Torr 0.1Pa … 10レPa EXTRA HIGH VACUUM 10-7 Torr … 10-10 Torr 10レPa ~ 104レPa EXTREMELY  HIGH VACUUM 10-10 Torr … (Less) 104レPa … (Less) 真空范围

  17. 真空与系统性能 • 真空度过高，虽然降低全压，但对传热不利。 • 真空泵抽出系统渗入的不凝性气体 • 捕水器抽出水蒸气 • 开始阶段真空泵负荷大

  18. 冻干箱体

  19. 油封滑片真空泵

  20. 水环真空泵 效率低，一般在30%左右 真空度低，极限压强2000~4000Pa 10℃时饱和蒸气压为1227Pa 20℃时饱和蒸气压为2337Pa 30℃时饱和蒸气压为4241Pa

  21. 水喷射泵

  22. 罗茨真空泵

  23. 罗茨泵

  24. 抽气速率 ％ 100 75 50 25 0 10-2 101 103 105 压强 Pa 罗茨泵与油封泵性能

  25. 罗茨泵与滑片泵组合 必须首先启动滑片泵或水环泵，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

  26. 真空负荷变化 • 降压阶段负荷最大（在规定时间内抽出干燥箱、捕水器和管道内的气体，以及食品材料放出的不凝性气体。） • 升华阶段负荷较小（约为降压段的一半） • 解吸阶段负荷最小 • 真空泵应该配备两套机组

  27. 真空泵组合

  28. 真空 • 多级蒸汽喷射泵 • 罗茨泵+水环泵 • 冷阱+罗茨泵+水环泵 • 冷阱+罗茨泵+滑片泵 • 冷阱+滑片泵

  29. 传热传质模式

  30. 335kJ/kg水 4.2kJ/kg·℃ 2520kJ/kg水 水的相变热

  31. 升华热

  32. 供热不足或过多 • 供热不足：升华热补充不上，造成冻干品温度下降，饱和蒸气压随之下降，在捕水器温度不变情况下，水蒸气驱动压差减小。 • 供热过多：升华界面容易融化，此外，升华干燥层可能出现塌陷。

  33. 加热方法 • 微波加热法 • 接触加热法 • 辐射加热法 • 接触、辐射混合加热法

  34. 传导加热

  35. 辐射加热

  36. 辐射加热

  37. 微波加热 缩短干燥周期85％

  38. 微波加热问题 • 设备投资大 • 能量利用率低（如果电厂效率0.4，输变电和加热器效率0.8，电能转变为电场能0.5，则利用效率为0.16。如果锅炉效率0.75，管道、换热效率0.7，则利用效率0.53。） • 冻区融化和干区过热

  39. 加热介质 • 接触加热法：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℃，在使用时液温最高不超过60℃。 • 辐射加热法：采用蒸气加热，最高温度为120℃

  40. 连续式冻干机

  41. 连续式冻干机

  42. 连续式冻干机真空系统

  43. 捕水器自动化霜

  44. 日处理60吨连续式冻干机

  45. 连续带式冻干机

  46. 生产线

  47. 生产线

  48. 药用冻干机

  49. 包装 解吸干燥 升华干燥 预处理 装盘 加热 捕水器温度降至－40℃以下 速冻 真空 食品冻干工艺

  50. 预处理和后处理 • 由于冻干食品为多孔疏松形态，表面积增大数十倍，而且水分低，干物质浓度高，且直接暴露在环境中，因此，在不影响食品质量前提下，可以采用钝化酶活性的处理方法。 • 在冻干后，包装环境湿度和包装材料的透气性要求严格。

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