冻干技术

    冻干是从冻结的物料产品中去除水分的过程,冻干分为真空冷冻干燥和常压冷冻干燥二种,由于一些条件限制目前采用的是真空冻干燥。冻干目的是保留产品的完整的生物和化学结构及其活性。象其它许多的技术步骤,一种冻干的类型被称做升华,是自然发生的。升华指的是溶剂,比如水,象干冰一样,直接从固态变为气态的过程。传统的干燥会引起材料皱缩,破坏细胞。这种情况将不会发生在冻干里,因为固体构成被在其位置上的坚冰支持着。在冰升华时,它会留下孔隙在干燥的剩余物质里。

    冻干过程分为冷冻、升华、解析干燥三个阶段,每一个阶段都有相应的要求,不同的物料其要求各不相同,各阶段工艺设计及控制手段的差异直接关系冻干产品的质量和冻干设备的性能。

一、冷冻阶段

    冷冻干燥首先要把原料进行冻结,使原料中的水变成冰,为下阶段的升华做好准备。冻结温度的高低及冻结速度是控制目的,温度要达到物料的冻结点以下,不同的物料其冻接点各不相同。冻结速度的快慢直接关系到物料中冰晶颗粒的大小,冰晶颗粒的大小对固态物料的结构及升华速率有直接关联。一般情况下,要求1--3小时完成物料的冻结,进入升华阶段。

二、升华阶段

    升华干燥是冷冻干燥的主要过程,其目的是将物料中的冰全部汽化移走,整个过程中不允许冰出现溶化,否则便告冻干失败。升华的二个基本条件:一是保证冰不溶化;二是冰周围的水蒸汽必须低于610帕(正确的说法应是低于物料冻结点的饱和蒸汽压)。升华干燥一方面要不断移走水蒸气,使水蒸汽压低于要求的饱和蒸汽压,另一方面为加快干燥速度,要连续不断地提供维持升华所需的热量,这便需要对水蒸气压和供热温度进行最优化控制,以保证升华干燥能快速、低能耗完成。

三、解析干燥

     物料中所有的冰晶升华干燥后,物料内留下许多空穴,但物料的基质内还留有残余的未冻结水分(它们以结合水和玻璃态形式存在)。解析干燥就是要把残余的未冻结水分除去,最终得到干燥物料。

四、自编《冻干技术》教材 目录

第一章 干

    一、干燥原理

     二、干燥种类

     三、  压强与沸点温度的关系

第二章  冻干原理

   一、   汽化与升华

    二、 冻干现象

    三、  冻干原理及定义

    四、 冻干物料的特点

    五、 升华的基本条件

    六、 升华干燥的必要条件

第三章  冻干技术

   一、  物料的冻结

      1、    冻结点

      2、    共晶点与共熔点

      3、    冻结率

      4、  冰晶与冷冻速度的关系

      5、   冻结对物料结构的影响

    二、  真空的形成

        1、   真空与升华

        2、 真空设备

      升华干燥过程

        1、  升华界面

        2、  冻干层的形成

        3、 升华中的传热与传质

        4、 冻干曲线

        5、塌陷

    四、解析干燥

         1、何谓解析干燥

         2、物料形态与解析干燥的关系

         3、干燥终点判断方法

第四章  冻干物料的包装与储存

  一、冻干物料的吸湿性

  二、水分含量对物料品质的影响

  三、冻干物料的氧化

  四、冻干物料的储存

第五章 冻干技术的应用

    一、化工、制药

     二、食品加工行业

     三、保健品的生产

     四、标本制作、文物抢救保护

     五、其它

附录

   一、饱和水汽压力

    二、冰的饱和水汽压力

    三、饱和水汽密度

    四、几种真空压力单位换算

    五、参考资料                

 

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