真空冷凍干燥機(凍干機)工作原理
產品的真空冷凍干燥需要在一定裝置中進行,這個裝置叫做真空冷凍干燥機,簡稱凍干機。
真空冷凍干燥的原理是把含有大量水分的物料預先進行降溫,凍結成冰點以下的固體,再在真空條件下將冰直接變為氣的升華過程,以水蒸氣的形式除去物品中的水,從而得到干燥的并可保持原狀產品。因為是利用升華達到除去水分的目的,所以又稱作升華干燥。
要使水分直接由冰變為氣而使制品干燥。在整個升華階段,制品必須保持在凍結狀態,否則就不能得到性狀良好的產品。在制品預凍階段,要嚴格控制預凍溫度(通常比制品的共熔點低5-10℃度)。
如果預凍溫度不夠低,則制品可能沒有完全凍結,在真空升華時會膨脹起泡或崩塌溶化,若預凍溫度太低或太高,既會增加不必要的能量消耗而增加成本,而且對于某些生物制品也會降低其凍干后的生物活性。當物料在干燥升華階段,物料需要吸收熱量(每克冰完全升華成水蒸氣約吸收2.8kj的熱量)。
如果不對制品進行加熱或熱量不足,則水分在升華時會吸收制品本身的熱量而使制品的溫度降低,致使制品的蒸氣壓降低,也就是當液體中的氣體與水蒸氣的分壓比相等或大于水蒸氣時,則會阻礙水蒸氣的傳輸,因為所有的液體里面都含有大量的氣體,即空氣,(一般在5×10-5~1×10-3/kg)于是就會引起升華速度的降低,整個干燥的時間就會延長,使生產效率下降;但如果對制品加熱過多,制品的升華速率固然會提高,但在抵消了制品升華所吸收的熱量之后,多余的熱量會使凍結制品本身的溫度上升,而使制品可能出現局部甚至全部崩塌或熔化,引起制品的干縮起泡等現象,至使整個凍干過程失敗。所以凍干技術也是一門學問很深的技術。