冷冻干燥,又称升华干燥,将物料冷冻至水的冰点以下,并置于高真空(10~40Pa)的容器中,通过供热使物料中的水分直接从固态冰升华为水汽的一种干燥方法。
冷冻干燥_冷冻干燥 -冷冻干燥
冷冻干燥_冷冻干燥 -正文
又称升华干燥,将物料冷冻至水的冰点以下,并置于高真空(10~40Pa)的容器中,通过供热使物料中的水分直接从固态冰升华为水汽的一种干燥方法。冷冻干燥操作中使物料处于冰冻状态,物料内部结构可以保持不变,所以特别适用于处理凝胶物料。一般干燥方法的干燥温度需在冰与物料的共融点之上,干燥后产品将失去原有凝胶性质。又如用一般的真空干燥法处理含盐的生物制品时,表层会形成盐壳;而用冷冻干燥法可以避免发生这种现象。冷冻干燥也适用于处理热敏性和易氧化的物料,如抗菌素、生物制剂等。蔬菜、水果、鲜鱼、肉类等食品经冷冻干燥后,不仅可以久藏,而且能保持原来的多孔结构,吸收水分后可以恢复原有的色香味。冷冻干燥的供热速率应当使冰以足够的速率升华,同时又不使物料的温度升高到熔点。实验表明,只有在除去了95%以上的水分之后,才允许物料温度升高到室温。冷冻干燥所用的载热体,是常温或温度稍高的任何液体或气体。冷冻干燥器(见彩图)往往不需保温,有时甚至以导热性较好的材料制造,以充分利用外界热量。
冷冻干燥
基础理论研究
目前,我国真空冷冻干燥设备趋于完善,但与发达国家相比,该技术基础理论的研究显得滞后和薄弱,阻碍了技术应用水平的提高。因此,研究的重点正向这方面转移。目前,研究的焦点集中在真空冷冻干燥的物性参数及其影响因素、过程参数、过程机理和模型、过程优化控制等的研究。
真空冷冻干燥技术的基本参数包括物性参数和过程参数,它们是实现真空冷冻干燥过程的基础。这些数据的缺乏会使干燥过程难以实现针对原料的优化,不能充分发挥系统效率。物性参数指物料的导热系数、传递系数等。这方面的研究内容包括物性参数数据的测定及测定方法,以及环境条件压强、温度、相对湿度和物料颗粒取向等对物性参数的影响。过程参数包括冷冻、供热和物料形态等有关参数。对冷冻过程的研究意在为系统找到最优冷冻曲线。供热过程的研究则集中在两方面:一是对原料载体的改良;二是加热方式(传热方式和供热热源)的选择。确定恰当的物料形态也是重要的研究内容,它包括原料的颗粒形态和料层厚度等。
从热量传递和质量传递入手研究真空冷冻干燥的机理,并建立相应的数学模型,有助于找出过程的影响因素,预测时间、温度及蒸气压强的分布状况。目前的研究主要限于均质液相,并提出了一些数学模型,如冰前沿均匀退却模型、升华模型、吸附-升华模型等。这些模型虽然对真空冷冻干燥的过程作了不同程度的描述,但在实际应用中仍然存在许多限制条件。过程优化控制是建立在上述数学模型的基础上的。控制方案又有准稳态模型和非稳态模型之分。
冷冻干燥_冷冻干燥 -配图
冷冻干燥_冷冻干燥 -相关连接