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真空冷凍干燥設(shè)備  

凍干機(jī)工藝圖：

一  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。

• 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(nèi)完成的，物料是放在干燥室內(nèi)擱板上的不銹鋼托盤內(nèi)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(gè)可供測(cè)量物料溫度的探頭，用以監(jiān)測(cè)整個(gè)凍干過程中的物料溫度。門采用橡膠密封條，應(yīng)注意關(guān)門時(shí)要把門上的手柄擰緊，確保箱內(nèi)密封。
• 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，它通過真空隔膜閥與水管連接，這是為了保證化霜水等不進(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，zui外層包以不銹鋼板。
• 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zui高不超過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zui高溫度為120℃，由蒸氣電磁閥自動(dòng)控制溫度。
• 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，必須首先啟動(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)等見說明書。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)使用要求隨時(shí)開、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)，避免真空泵油因負(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)。
• 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，制冷效果好。
• 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。 

二  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

  冷凍干燥首先要把原料進(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程，其目的是將物料中的冰全部汽化移走，整個(gè)過程中不允許冰出現(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(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*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(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，zui終得到干燥物料。

四  、凍干食品前景

  市場(chǎng)凍干食品供不應(yīng)求，但國內(nèi)凍干食品工業(yè)尚處于發(fā)展初期，產(chǎn)量還很低。因此我國應(yīng)加快發(fā)展凍干食品，把豐富的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行深加工增值、外銷創(chuàng)匯。目前，我國生產(chǎn)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(diào)料(如方便面中的脫水菜、肉丁)等，早產(chǎn)量不足3000噸。據(jù)專家預(yù)測(cè)，到2010年，僅我國高檔方便面輔料一項(xiàng)，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(fèi)量將超過10萬噸。國內(nèi)外對(duì)凍干食品的巨大需求，為我國發(fā)展凍干食品工業(yè)，提供了大好的機(jī)遇。我國是農(nóng)業(yè)大國，有豐富的蔬菜、肉食及水產(chǎn)資源，長期以來，我國的農(nóng)牧產(chǎn)品一直徘徊在出口原料或初級(jí)加二階段。給人一種技術(shù)含量低的總體感覺。發(fā)展我國的凍干食品產(chǎn)業(yè)，必須開發(fā)我國的食品凍干設(shè)備。

五、食品凍干機(jī)現(xiàn)狀

  自改革開放以來，我國農(nóng)產(chǎn)品及農(nóng)副產(chǎn)品的產(chǎn)量節(jié)節(jié)攀升，已經(jīng)完成了由一個(gè)農(nóng)產(chǎn)品貧乏到農(nóng)產(chǎn)品豐富、甚至略有富余的轉(zhuǎn)變過程，全國各地的地方官員也都在為富余的農(nóng)產(chǎn)品尋找出路。 在這種背景下，一種被認(rèn)為是高技術(shù)、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(jù)食品行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)：截至于1999年底為止，國內(nèi)共安裝了約330臺(tái)/套食品凍干設(shè)備，但是，由于種種原因，許多企業(yè)的設(shè)備并沒有運(yùn)轉(zhuǎn)起來，形成了典型的“開廠之日，就是關(guān)門之時(shí)”的怪現(xiàn)象，導(dǎo)致許多投資領(lǐng)域的“豆腐渣工程”，給社會(huì)和政府造成了沉重的負(fù)擔(dān)。某凍干食品企業(yè)的廠長向別人訴說：每天有百十號(hào)人忙活，煤燒了幾十噸，卻只能生產(chǎn)出一小棒蔥，叫人看了真想哭！生產(chǎn)出來的產(chǎn)品含水量不合格，表面皺縮，產(chǎn)品質(zhì)地柔軟，可壓縮而不碎，內(nèi)行人都不可能認(rèn)為是凍干產(chǎn)品，更別提出口創(chuàng)匯了，而一些人卻依然強(qiáng)行當(dāng)成凍干食品在國內(nèi)銷售，其后果就象前幾年的果蔬脆片一樣，砸了自家市場(chǎng)。而真正的凍干食品：含水量≤5%、外觀完整、基本不收縮、產(chǎn)品質(zhì)地特脆，略壓即碎。食品用凍干機(jī)與醫(yī)用凍干機(jī)雖然同是凍干設(shè)備，由于應(yīng)用的場(chǎng)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(zhì)上卻是相同的，它們都遵從同樣的凍干原理，由于具體應(yīng)用的對(duì)象不同而采用了不同的技術(shù)手段，這是具體問題具體分析的結(jié)果，國內(nèi)外各設(shè)備制造商，由于認(rèn)識(shí)水平上的差異，在食品凍干機(jī)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(jié)構(gòu)的組合，遠(yuǎn)未形成國內(nèi)某些自稱是“專家”的人所希望存在的標(biāo)準(zhǔn)組合。對(duì)用戶而言，非常重要的一點(diǎn)是：在各種不同的基本主體結(jié)構(gòu)組合當(dāng)中，其造價(jià)與能耗水平既不*，也不構(gòu)成任何比例關(guān)系。而現(xiàn)在有許多凍干制造商沒有認(rèn)識(shí)這些，因此造成設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣、能耗較大。制藥行業(yè)的產(chǎn)品附加值很高，所以凍干機(jī)得到了廣泛的運(yùn)用，可食品行業(yè)產(chǎn)品附加值很低，凍干機(jī)巨大的能耗、高額的維護(hù)費(fèi)、操作員工的技術(shù)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(chǎng)銷量。制約食品凍干機(jī)發(fā)展的瓶頸便是凍干食品的生產(chǎn)成本，更具體地說就是食品凍干及的能耗、產(chǎn)品合格率及自動(dòng)化程度。

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六、食品凍干機(jī)前景

  真空冷凍干燥技術(shù)是一項(xiàng)對(duì)食品護(hù)色、保鮮、保質(zhì)的高新加工技術(shù)。用凍干技術(shù)加工的食 品為凍干食品。目前凍干食品在歐美、日本市場(chǎng)迅速流行，凍干脫水后的蔬菜、水果、肉類、水產(chǎn)、調(diào)料等，除應(yīng)用于宇航、登山、旅游、勘探、采礦等行業(yè)外，并已廣泛進(jìn)入餐館和家庭。在日本消費(fèi)市場(chǎng)凍干食品的比重已達(dá)49％。凍干食品在市場(chǎng)的價(jià)格是熱風(fēng)干燥脫水食品的4倍—6倍，正成為貿(mào)易的大宗食品。 我國是農(nóng)業(yè)大國，有豐富的蔬菜、肉食及水產(chǎn)資源，長期以來，我國的農(nóng)牧產(chǎn)品一直徘徊 在出口原料或初級(jí)加二階段。凍干食品的技術(shù)含量高，品質(zhì)優(yōu)良，凍干食品已被國內(nèi)外廣大消費(fèi)者*為高檔次的脫水食品，而且正在廣泛地應(yīng)用到食品行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。食品凍干機(jī)的開發(fā)研究被列為我國的九五重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，使得我國的凍干機(jī)開發(fā)研究進(jìn)入了新的時(shí)期。發(fā)展我國的凍干食品產(chǎn)業(yè)，必須開發(fā)我國的食品凍干設(shè)備。目前制約凍干食品發(fā)展的主要因素是：凍干機(jī)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(fā)展凍干食品的攔路虎。隨著技術(shù)的進(jìn)步、人們的努力，必定會(huì)引起食品凍干機(jī)的技術(shù)進(jìn)步，誕生出自動(dòng)化程度高、凍干周期短（小于12小時(shí)）、產(chǎn)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(jī)。
我國有豐富的水果、蔬菜、肉食、水產(chǎn)、中藥材資源，開發(fā)生產(chǎn)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(xiàng)前景好、利潤大的出口創(chuàng)匯項(xiàng)目。我國人口眾多，消費(fèi)市場(chǎng)潛力巨大，凍干食品以它優(yōu)異的性能必將吸引眾多的國內(nèi)消費(fèi)者。長期以來我國的農(nóng)牧產(chǎn)品一直徘徊在出口原料或初級(jí)加工階段，技術(shù)含量低。如能確實(shí)解決現(xiàn)有食品凍干機(jī)的能耗和生產(chǎn)效率，通過應(yīng)用食品凍干這一進(jìn)行食品加工，將提高我國出口食品的檔次，有利于促進(jìn)凍干食品內(nèi)需，獲得較高的附加值，將會(huì)形成我國國民經(jīng)濟(jì)新的增長點(diǎn)，其產(chǎn)生的巨大社會(huì)效益是不可估量的