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真空冷凍干燥的基本原理

發布時間:2019-07-26 文章來源:管理員

  與其它干燥方法一樣,要維持升華干燥的不斷進行,必須滿足兩個基本條件,即熱量的不斷供給和生成蒸汽的不斷排除。在開始階段,如果物料溫度相對較高,升華所需要的潛熱可取自物料本身的顯熱。但隨著升華的進行,物料溫度很快就降到與干燥室蒸汽分壓相平衡的溫度,此時,若沒有外界供熱,升華干燥便停止進行。在外界供熱的情況下,升華所生成的蒸汽如果不及時排除,蒸汽分壓就會升高,物料溫度也隨之升高,當達到物料的凍結點時,物料中的冰晶就會融化,冷凍干燥也就無法進行了。

  供給熱量的過程是一個傳熱過程,排除蒸汽的過程是一個傳質的過程,因此,升華干燥過程實質上是一個傳熱、傳質同時進行的過程。自然界中所發生的任何過程都有驅動力,升華干燥中的傳熱驅動力為熱源與升華界面之間的溫差,而傳質驅動力為升華界面與蒸汽捕集器(或冷阱)之間的蒸汽分壓差。溫差愈大,傳熱速率愈快;蒸汽分壓差愈大,傳質(即蒸汽排除)速率愈快。

  凍干時,既要保持產品的優良品質,又要取得較快的干燥速率。升華所需要的潛熱必須由熱源通過外界傳熱過程傳送到被干燥物料的表面,然后再通過內部傳熱過程傳送到物料內冰升華的實際發生處。所產生的水蒸氣必須通過內部傳質過程到達物料的表面,再通過外部傳質過程轉移到蒸汽捕集器(冷阱)中。任何一個過程或幾個過程一起都可能成為干燥過程的“瓶頸”,它取決于凍干設備的設計、操作條件以及被干燥物料的特征。只有同時提高傳熱、傳質效率,增加單位體積凍干物料的表面積,才能取得更快的干燥速率。

  水有固態、液態、氣態三種態相。根據熱力學中的相平衡理論,隨壓力的降低,水的冰點變化不大,而沸點卻越來越低,向冰點靠近。當壓力降到一定的真空度時,水的沸點和冰點重合,冰就可以不經液態而直接汽化為氣體,這一過程稱為升華。食品的真空冷凍干燥,就是在水的三相點以下,即在低溫低壓條件下,使食品中凍結的水分升華而脫去。

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