zlg4型试验用冻干机的设计-学位论文

题目：ZLG-0.4型试验用冻干机的设计2013年05月毕业设计（论文）独创性声明空干燥时起泡、收缩和溶质移动等不可逆变化产生，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。一般来说预冻之前应确定三个数据：一是预冻速率，产品不同，其最优冷冻速率也不同，应根据试验来确定；预冻的最低温度，应根据该产品的共熔点来决定，预冻的最低温度应低于共熔点温度；是预冻时间，根据设备的情况来决定，保证抽真空之前所有产品均已冻实。果没有冻实，则抽真空时产品会没有一定的形状；冻干箱的每一板层之间的温差小，则预冻时间可以相应缩短，一般产品的温度达到预冻最低温度之后1-2小时即可开始抽真空升华。冻干是工艺要求最复杂的一道工序，要严格按一定的工艺要求(即冻干曲线)进行。冻干曲线是指冻干物料温度和冻干箱内压力随时间变化的曲线。不同的物料、同的品种、不同的冻干设备，都有不同的冻干曲线，一般都是由实验确定，再用来指导冻干生产。2.2.2一次干燥（升华干燥）过程 升华干燥也称为第一阶段干燥，将冻结后的产品置于密闭的真空容器中加热，当全部冰晶除去时，第一阶段干燥就完成了，此时约除去全部水分的90％。干燥是从外表面开始，逐步向内推移的，冰晶升华后残留下的空隙变成其后升华水蒸气的逸出通道。第一阶段干燥（升华干燥）：将制品中的冰晶以升华方式除去。将冻结后的产品置于密闭的真空容器中加热，其冰晶就会升华成水蒸气逸出而使产品脱水干燥。干燥是从外表面开始，逐步向内推移的，冰晶升华后残留下的。在产品冻干的第一阶段，除了要保持冻结产品的温度不能超共晶点以外，产品干燥部分的温度也必须低于其干燥层表面容许的最高温度(不烧焦或变性)，还要保持已干燥的产品温度不能超过崩解温度。当温度上升到共晶点温度以上时，产品就会发生熔化或产生发泡现象，致使冻干失败，这时的温度叫崩解温度，崩解温度主要由溶液的成分所决定"过低的崩解温度会延长干燥时间，而且可能是设备能力所不能达到的，可以通过选择合适的添加剂来提高崩解温度。空隙变成尔后升华水蒸气的逸出通道。已干燥层和冻结部分的分界面（实际上是一薄层）称为升华界面。在生物制品干燥中，升华界面约为1mm/h的速率向内推进。当全部冰晶除去时，升华干燥就完成了，此时可除去全部水分的90％左右。2.2.3二次干燥（解析干燥）过程解吸干燥也称为第二阶段干燥。第二次干燥（解析干燥）过程：将残留于制品的水分在较高温度下蒸发一部分，使残余水分达到预定要求。解吸干燥也称第二阶段干燥。在第一阶段干燥后，在干燥物质的毛细管壁和极性基因上还吸附有一部分水分，这些水分是未被冻结的。当它们达到一定含量时，就为微生物的生长繁殖和某些化学反应提供了条件。实验证明，即使是单分子层吸附的低含水量，也可能成为某些化合物的溶液，产生与水溶液相同的移动性和反应性。因此为了改善产品的储存稳定性，延长其保存期，需要除去这些水分中的大部分，只留下单分子层的水分。这就是解吸干燥的目的。第一阶段干燥是将水以冰晶形式除去的，因此冻干层的温度和升华界面的压力都必须控制在产品共熔点（或崩解温度）以下，才不致使冰晶溶化。但对于吸附水，其吸附能量高，如果不给它们提供足够的能量，它们就不可能从吸附中解吸出来。因此，这一阶段产品的温度应足够地高，只要不超过允许的最高温度，不烧毁产品和不造成产品过热而变性就可。同时，为了使解吸出来的水蒸气有足够的推动力逸出产品，必须使产品内外形成较大的蒸气压差，因此此阶段中箱内必须高真空。增加会使细胞脱水而死亡。溶质效应在某一温度范围最为明显，这个温度范围是在水的冰点和该液体的全部固化温度之间，为了减弱溶质效应，需要以最高的冻结速率越过这个温度范围。机械效应就是预冻速度慢，产生冰晶大而不规则；干燥时对于水蒸气扩散阻力小，有利于升华。但会对细胞组织产生严重的机械损伤，影响成品的弹性和复水性，且复水性差。而快速冷冻产生的冰晶较小，形成的晶核数量越多，孔隙度越小，阻力越大，水蒸气只有靠渗透穿过己干的固体膜层，干燥时间大大延长，不利于升华，但干后复水性好。解决这个问题只需要增大冰晶体的体积。从实验得知，食品温度在-1℃-5℃时，其绝大部分从液相变为固相，被称为最大冰晶生成带。有经验的技术员会在冻结阶段将预先设置的温度(-1℃冰升华完毕，产品的干燥就进入了第二阶段。在第一阶段干燥后，在干燥物质的毛细管壁和极性基团上还吸附有一部分水分，这些水分是未被冻结的。当它们达到一定含量时，就为微生物的生长繁殖和某些反应提供了条件。为了使产品达到合格的残余水份含量，改善产品的储存稳定性，延长保存期，必须对产品进一步干燥。在解吸干燥阶段，可以使产品的温度迅速地上升到该产品的最高允许温度，并在该温度下一直维持到冻干结束为止。同时，为了使解析出来的水蒸气有足够的推动力逸出产品，必须使产品内外形成较大的蒸汽压差，因此在此阶段中箱内必须高真空。第二阶段干燥后，产品内残余水分的含量视产品种类和要求而定。一般在0.5％-4％之间。干燥的传热方式主要是传导和辐射，其传热效率低。近年也有采用循环压力法，其基本原理是降低真空度以增加强制对流的效能来决定，保证抽真空之前所有产品均已冻实。一般产品的温度达到预冻最低温度之后1-2小时即可开始抽真空升华。预冻的速度影响真空冻干食品的质量与冻干速率，为了获得不同的降温速度，就要采用不同的预冻方法；例如有时需装箱之后才开始冻干箱的降温；有时需要让机器预先降到低温，再将产品装入冻干箱内。由试验中发现，预冻过程中会产生溶质效应和机械效应。溶质效应就是在预冻过程中，水分慢慢冻结而减少，导致溶液中电解质浓度逐渐升高，电解质浓度的增加引起蛋白质的变性，而使细胞死亡；另外电解质浓度的食品第二阶段干燥后，产品内残余水分的含量视产品种类和要求而定。一般在0.45%-4%之间，食品在真空冷冻干燥过程中需吸收一定的热量，这个过程实际上是传热。显然，如何将热量更为有效地传给物料，将影响干燥速率。真空冷冻干冷冻干燥食品的香味对消费者来说是判定它质量的一个重要准则，研究认为，具有芳香风味的食品，慢冻过程中冰结晶之间的固体物质部分较大，升华中通过扩散香味损失减少，有利于芳香的保持。对于药品、抗菌素以及血清，血浆和蛋白质标本可以进行缓慢冻结，因为它们的生物特性不会发生变化。但是对细菌和病毒需要快速冻结，因为这样能保持它们的生命能力，避免溶质效应的产生。综上所述，需要选取一个合适的预冻速度，以得到较高的存活率和较好的物理性状及溶解度，且有利于干燥过程中的升华。不同的物料应通过实验确定其最佳预冻速度。在进入干燥室以前必须低于共晶点温度，共晶点温度必须在预冻前通过实验测得，测定共晶点的方法有多种，有电阻检测法、差热分析仪扫描法、低温显微镜直接观察法等。其中电阻检测法方便宜行。测量时一般先把需要冻干的产品配制成溶液，溶液冻结后离子将固定不能运动，因此电阻率将非常大，而有少量液体存在时电阻率将显著下降。因此测量产品的电阻率将能确定其共晶点。在制定实际工艺曲线时，一般预冻温度要比共晶点温度低5℃-10℃2.2.4后处理经冻干的制品不仅含水量低，且其呈多孔状，组织表面比原来扩大100-150倍，因而吸湿性强，易受氧化影响。为了便于保存，后处理不容忽视，后处理的主要内容是包装。包装材料一般选不透水、隔氧、遮光的真空镀铝薄膜及PET/铝薄/即复合材料。包装形式可采用真空包装或真空充气包装(充氮或二氧化碳)食品中的微生物会导致包装后食品的变质和败坏，必须采取各种有效的灭菌和消毒方法，对包装材料和食品杀菌。对冻干食品来说，常用的方法有紫外线杀菌和辐射杀菌。值得一提的是在包装过程中，随着技术的发展，微波也应用于食品包装上。食品包装纸在生产、传输和保存过程中，极易受到病原微生物的污染，常规的化学或物理消毒方法都会损及纸的品质，尤其是化学消毒方法，甚至会因其臭味而降低纸的使用价值。有的考虑其安全问题，用紫外线灯进行灭菌，效果也不理想，所以很难处理。微波消毒比常规加热消毒所需温度低，杀菌从表面到内部均能实现。在保证产品质量的同时提高干燥速率，降低成品的价格，对冻干产品的发