冻干机的冻干过程主要包括预冻、升华干燥、解析干燥、后处理这几个阶段,具体如下:
1. 预冻:
- 目的:将物料中的水分冻结成固态冰,为后续的升华干燥做准备。这一步骤非常关键,预冻效果的好坏直接影响到冻干产品的质量。
- 操作方式:
- 慢速冷冻:将预先准备好的物料放入冷阱,盖好保温盖,然后打开压缩机开始预冻。这种方式下物料温度下降相对缓慢,形成的冰晶较大。
- 快速冷冻:先打开压缩机,待冷阱腔温度下降到一定程度后,再将物料放入冷阱进行预冻。这样可以使物料迅速降温,形成的冰晶较小。
2. 升华干燥:
- 原理:在低温低压的环境下,使物料中冻结的冰直接升华为水蒸气,从而去除物料中的水分。
- 过程:
- 第一阶段(大量升华阶段):此阶段制品温度要低于其共晶点(物料中的水与其他成分共同形成的结晶温度)。搁板温度需加以控制,提供适量的热量,以维持升华所需的能量。虽然搁板和制品温度差异较大,但由于板温、凝结器温度和真空温度基本不变,升华吸热比较稳定,制品温度相对恒定。随着物料自上而下逐渐干燥,冰层升华的阻力逐渐增大,制品温度会小幅上升。当肉眼看不到冰晶存在时,大部分水分已被除去,此阶段基本结束。
3. 解析干燥:
- 目的:主要是去除与固体结合较强的吸附水,进一步降低物料的含水量,以达到产品的最终要求。
- 操作:在升华干燥阶段结束后,提高加热温度,但仍要控制在不引起物料热变性的范围内。此时系统内的水蒸气压力下降,通过持续保持高真空状态,使物料中的吸附水逐渐解吸并被排出。
4. 后处理:
- 卸料:冻干结束后,向干燥室内注入氮气或干燥空气破除真空,然后移出物料。由于冻干后的物料具有庞大的表面积,吸湿性很强,所以卸料操作需要在相对湿度低、温度适宜、尘埃少的密闭环境中进行。
- 半成品选别:对冻干后的产品进行挑选,去除不合格的产品。
- 包装:选择合适的包装材料和方式对产品进行包装,以防止产品吸潮、氧化等,保证产品的质量和储存期。
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