冷冻干燥机械与设备.ppt

冷冻干燥机械与设备.ppt

《冷冻干燥机械与设备.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《冷冻干燥机械与设备.ppt（49页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

冷冻干燥机械与设备冷冻干燥机械与设备主要内容主要内容o一一冷冻干燥概述冷冻干燥概述o二二冷冻干燥基本原理冷冻干燥基本原理o三三真空冷冻干燥设备真空冷冻干燥设备o四四真空冷冻干燥设备的设计真空冷冻干燥设备的设计一一冷冻干燥概述冷冻干燥概述o1冷冻干燥定义冷冻干燥定义o2冷冻干燥特点冷冻干燥特点o3冻干制品要求冻干制品要求o4冷冻干燥常用术语冷冻干燥常用术语返回返回返回返回二二冷冻干燥基本原理冷冻干燥基本原理o1预冻阶段预冻阶段o2升华干燥阶段升华干燥阶段o3解析干燥阶段解析干燥阶段返回返回返回返回三三真空冷冻干燥设备真空冷冻干燥设备oo1冻干箱冻干箱oo2冷凝器冷凝器oo3真空系统真空系统oo4制冷系统制冷系统oo5加热系统加热系统oo6控制系统控制系统返回返回返回返回四四真空冷冻干燥设备的设计真空冷冻干燥设备的设计o1冻干箱的设计冻干箱的设计o2捕水器的设计捕水器的设计o3制冷系统的设计制冷系统的设计o4加热系统的设计（略）加热系统的设计（略）o5控制系统的设计（略）控制系统的设计（略）返回返回返回返回1冷冻干燥定义冷冻干燥定义返回返回返回返回也称真空冷冻干燥，简称冻干，是将物料冻结到也称真空冷冻干燥，简称冻干，是将物料冻结到共晶共晶点温度点温度以下，使以下，使水分变为固态的冰水分变为固态的冰，然后在适当的温，然后在适当的温度和真空条件下，使度和真空条件下，使冰升华为水蒸气冰升华为水蒸气，再用捕水器将，再用捕水器将水蒸气冷凝，从而获得干制品的技术。

水蒸气冷凝，从而获得干制品的技术。

理想冷冻干燥后的物质，其物理、化学和生物性状基理想冷冻干燥后的物质，其物理、化学和生物性状基本不变。

本不变。

2冷冻干燥特点冷冻干燥特点返回返回返回返回

（1）冻干是低温干燥，不使蛋白质发生变性，但使微生物失去活）冻干是低温干燥，不使蛋白质发生变性，但使微生物失去活性。

适合于热稳定性差的物料干燥；性。

适合于热稳定性差的物料干燥；

（2）由于低温干燥，使物质中的挥发性成分和受热变性的营养成）由于低温干燥，使物质中的挥发性成分和受热变性的营养成分损失很小，可保留食品的色香味及营养物质；分损失很小，可保留食品的色香味及营养物质；（3）在低温干燥过程中，微生物的生长和酶的作用几乎无法进行，）在低温干燥过程中，微生物的生长和酶的作用几乎无法进行，从而较好地保持物质原来的性状；从而较好地保持物质原来的性状；（4）干燥后体积、形状基本不变，物质呈海绵状，无干缩，复水）干燥后体积、形状基本不变，物质呈海绵状，无干缩，复水性好；性好；（5）真空下操作，氧气极少，易氧化物质（如油脂）得到保护。

）真空下操作，氧气极少，易氧化物质（如油脂）得到保护。

（6）能干燥）能干燥95%-99%的水分，产品长期保存而不变质；的水分，产品长期保存而不变质；3冻干制品要求冻干制品要求返回返回返回返回生物活性不变生物活性不变外观色泽均匀外观色泽均匀形态饱满形态饱满结构牢固结构牢固溶解速度快溶解速度快残余水分低残余水分低4冷冻干燥常用术语冷冻干燥常用术语o4.1共晶点（共熔点）温度共晶点（共熔点）温度o4.2崩解（崩溃）温度崩解（崩溃）温度o4.3冻干时序冻干时序o4.4冻干曲线冻干曲线返回返回返回返回1预冻阶段预冻阶段o1.1预冻温度预冻温度o1.2预冻时间预冻时间o1.3预冻速率预冻速率返回返回返回返回预冻是将溶液中的自由水固化。

预冻是将溶液中的自由水固化。

使干燥后产品与干燥前有相同形态；使干燥后产品与干燥前有相同形态；防止抽真空时发生起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不可逆变化；防止抽真空时发生起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不可逆变化；减少因温度下降引起的物质可溶性降低和生命特性的变化。

减少因温度下降引起的物质可溶性降低和生命特性的变化。

2升华干燥阶段升华干燥阶段oo2.1产品中的温度分布产品中的温度分布oo2.2升华时的温度限制升华时的温度限制oo2.3升华速率升华速率返回返回返回返回也称第一阶段干燥。

将预冻产品置于真空容器中加热，其冰晶也称第一阶段干燥。

将预冻产品置于真空容器中加热，其冰晶体升华成水蒸气逸出，而使产品脱水干燥。

体升华成水蒸气逸出，而使产品脱水干燥。

干燥是从物料外表面开始逐步向内部推移的干燥是从物料外表面开始逐步向内部推移的，冰晶体升华后残，冰晶体升华后残留下的空隙便成为升华水蒸气的逸出通道。

当全部冰晶除去后，留下的空隙便成为升华水蒸气的逸出通道。

当全部冰晶除去后，第一阶段干燥就完成了，此时约第一阶段干燥就完成了，此时约除去除去90%左右的水分。

左右的水分。

3解析干燥阶段解析干燥阶段oo3.1解析干燥的目的解析干燥的目的oo3.2解析干燥阶段的要求解析干燥阶段的要求oo3.3解析干燥终点的确定解析干燥终点的确定返回返回返回返回1冻干箱冻干箱返回返回返回返回冻干箱是能够承受冻干箱是能够承受-55+80的箱体，的箱体，也是能抽成真空的密闭容器。

也是能抽成真空的密闭容器。

它是冻干机的主要部分，对产品进行冷它是冻干机的主要部分，对产品进行冷冻，并在真空下加温，使产品内的水分冻，并在真空下加温，使产品内的水分升华而干燥。

升华而干燥。

2冷凝器冷凝器返回返回返回返回冷凝器是一个真空密闭容器，内部冷凝器是一个真空密闭容器，内部有一个较大表面积的金属吸附面，有一个较大表面积的金属吸附面，吸附面的温度能降到吸附面的温度能降到-40-70，并且能维持这个低温范围。

，并且能维持这个低温范围。

冷凝器的功用是把冻干箱内产品升冷凝器的功用是把冻干箱内产品升华出来的水蒸气冻结吸附在其金属华出来的水蒸气冻结吸附在其金属表面上。

表面上。

3真空系统真空系统返回返回返回返回冻干箱、冷凝器、真空管道、阀门、冻干箱、冷凝器、真空管道、阀门、真空泵等构成冻干机的真空系统。

真空泵等构成冻干机的真空系统。

真空泵是真空系统建立真空的重要真空泵是真空系统建立真空的重要部件。

部件。

4制冷系统制冷系统返回返回返回返回制冷系统由制冷机与冻干箱、冷凝制冷系统由制冷机与冻干箱、冷凝器内部的管道等组成。

器内部的管道等组成。

制冷机的功用是对冻干箱和冷凝器制冷机的功用是对冻干箱和冷凝器进行制冷，以产生和维持它们工作进行制冷，以产生和维持它们工作时所需要的低温。

时所需要的低温。

5加热系统加热系统返回返回返回返回不同的冻干机有不同的加热方式。

有的是利用不同的冻干机有不同的加热方式。

有的是利用直接电加热法直接电加热法；有；有的则利用的则利用中间介质来进行加热中间介质来进行加热，由一台泵，由一台泵（或加一台备用泵或加一台备用泵）使中使中间介质不断循环。

间介质不断循环。

作用：

对冻干箱内的产品进行加热，以使产品内的水分不断升华，作用：

对冻干箱内的产品进行加热，以使产品内的水分不断升华，并达到规定的残余含水量要求。

并达到规定的残余含水量要求。

6控制系统控制系统返回返回返回返回控制系统由各种控制开关，指示调控制系统由各种控制开关，指示调节仪表及一些自动装置等组成。

节仪表及一些自动装置等组成。

控制系统的功用是对冻干机进行手控制系统的功用是对冻干机进行手动或自动控制，操纵机器正常运转，动或自动控制，操纵机器正常运转，以使冻干机生产出合乎要求的产品以使冻干机生产出合乎要求的产品来。

来。

1冻干箱的设计冻干箱的设计o1.1冻干箱箱体的设计冻干箱箱体的设计o1.2冻干箱箱门的设计冻干箱箱门的设计o1.3搁板的结构设计搁板的结构设计返回返回返回返回2捕水器的设计捕水器的设计o2.1对捕水器的要求对捕水器的要求o2.2捕水器的结构设计捕水器的结构设计o2.3捕水器的设计捕水器的设计返回返回返回返回3制冷系统的设计制冷系统的设计o3.1冻干箱耗冷量的计算冻干箱耗冷量的计算o3.2捕水器耗冷量的计算捕水器耗冷量的计算返回返回返回返回4.1共晶点（共熔点）温度共晶点（共熔点）温度oo4.1.1共晶点温度定义共晶点温度定义oo4.1.2共晶点温度测定共晶点温度测定返回返回返回返回4.2崩解（崩溃）温度崩解（崩溃）温度oo4.2.1崩解温度定义崩解温度定义oo4.2.2冻干保护剂冻干保护剂返回返回返回返回4.3冻干时序冻干时序返回返回返回返回在冻干过程中的不同时间内，冻干设备的各部件启动或关闭的在冻干过程中的不同时间内，冻干设备的各部件启动或关闭的先后运行顺序，即为冻干时序。

先后运行顺序，即为冻干时序。

冻干时序应根据冻干机结构、性能及冻干产品的工艺要求而定。

冻干时序应根据冻干机结构、性能及冻干产品的工艺要求而定。

例如，食品冻干机的预冻可在干燥箱之外进行，而药品冻干机例如，食品冻干机的预冻可在干燥箱之外进行，而药品冻干机的预冻需在干燥箱内进行。

的预冻需在干燥箱内进行。

4.4冻干曲线冻干曲线返回返回返回返回冻干过程中，把产品和板层的温度、冷凝器温度和真空度对照冻干过程中，把产品和板层的温度、冷凝器温度和真空度对照时间划成曲线，叫做冻干曲线。

时间划成曲线，叫做冻干曲线。

一般以温度为纵坐标，时间为横坐标一般以温度为纵坐标，时间为横坐标。

冻干不同的产品可采用不同的冻干曲线。

同一产品使用不同的冻干不同的产品可采用不同的冻干曲线。

同一产品使用不同的冻干曲线时，产品的质量也不相同。

冻干曲线时，产品的质量也不相同。

因此不同的产品，不同的冻干机应用不同的冻干曲线。

因此不同的产品，不同的冻干机应用不同的冻干曲线。

4.1.1共晶点温度定义共晶点温度定义返回返回返回返回冻干的物料必须预先冷冻，在冻结过程中，随着温度冻干的物料必须预先冷冻，在冻结过程中，随着温度的降低，其不同溶质的溶解度发生变化，当浓度高时，的降低，其不同溶质的溶解度发生变化，当浓度高时，首先从溶液中析出溶质；浓度低时，首先从溶液中析首先从溶液中析出溶质；浓度低时，首先从溶液中析出冰晶体，剩下的溶液则形成出冰晶体，剩下的溶液则形成共晶溶液共晶溶液，水与溶质达，水与溶质达到平衡。

共晶溶液开始冻结的温度称为共晶点温度，到平衡。

共晶溶液开始冻结的温度称为共晶点温度，它是溶液完全冻结固化的最高温度。

它是溶液完全冻结固化的最高温度。

对于溶液来说，冻结固化点就是熔化开始点，所以共对于溶液来说，冻结固化点就是熔化开始点，所以共晶点温度也称为晶点温度也称为共熔点温度共熔点温度。

4.1.2共晶点温度测定共晶点温度测定返回返回返回返回电阻检测法、差热分析仪扫描法、低温显微镜直接观察法等。

电阻检测法、差热分析仪扫描法、低温显微镜直接观察法等。

将一对将一对白金电极白金电极浸入液体产品之中，并中插入一支浸入液体产品之中，并中插入一支温度计温度计，把它，把它们冷却到们冷却到-40以下，然后将冻结产品慢慢以下，然后将冻结产品慢慢升温升温。

用。

用惠斯顿电桥惠斯顿电桥来测量电阻，若来测量电阻，若电阻突然降低电阻突然降低，此时的温度即为产品的共熔点。

，此时的温度即为产品的共熔点。

图图5-5-1草莓共晶点温度的电阻检测草莓共晶点温度的电阻检测4.2.1崩解温度定义崩解温度定义返回返回返回返回在升华干燥阶段，产品中出现在升华干燥阶段，产品中出现已干层已干层和和冻结层冻结层，其交界面是，其交界面是升华升华面面。

随着升华进行，已干层厚度逐渐增加。

已干层产品结构是疏。

随着升华进行，已干层厚度逐渐增加。

已干层产品结构是疏松多孔的，并保持稳定，以便冻结层升华出来的水蒸气顺利通过。

松多孔的，并保持稳定，以便冻结层升华出来的水蒸气顺利通过。

但是，某些已干燥产品，当温度升高到某一数值时，会失去刚性，但是，某些已干燥产品，当温度升高到某一数值时，会失去刚性，变得有粘性，发生类似塌方的变得有粘性，发生类似塌方的崩解现象崩解现象，使干燥产品失去疏松多，使干燥产品失去疏松多孔的状态，堵塞了冻结层产品水蒸气升华逸出的通路，妨碍了升孔的状态，堵塞了冻结层产品水蒸气升华逸出的通路，妨碍了升华的继续进行。

于是，升华速率变慢，由搁板供给冻结层的热量华的继续进行。

于是，升华速率变慢，由搁板供给冻结层的热量将有剩余，引起冻结层产品温度上升，当温度上升到共晶