食品真空冷冻干燥设备优化方案

食品真空冷冻干燥设备是集真空、制冷、加热干燥、清洗消毒等多功能于一体的装置。

（一）食品真空冷冻干燥设备的分类

1.间歇式真空冷冻干燥机 这种干燥机主要有两种形式：接触导热式和辐射传热式，其示意见图3⁃34和图3⁃35。

图3⁃34 接触导热间歇式真空冷冻干燥机示意图

1—干燥箱 2—冷阱 3—真空系统 4—制冷系统 5—加热系统

图3⁃35 辐射传热间歇式真空冷冻干燥机示意图

1—加热板 2—料盘和食品 3—干燥箱

接触导热间歇式真空冷冻干燥机主要用于生物医药制剂、液体食品（如果汁）的生产。干燥箱内的多层搁板，既可以用来搁置被干燥的食品，也可以在食品预冻结时供冷和干燥时供热。它传热的主要方式是导热。

辐射传热间歇式真空冷冻干燥机主要用于食品的冷冻干燥。干燥箱中也有多层加热板，但被干燥食品并不与之直接接触，而是盛在料盘中，用吊车（如图）或小推车悬于上下两块加热板之间。它传热的主要方式是辐射。

2.连续式真空冷冻干燥机 目前较常见的连续式真空冷冻干燥机，主要有水平隧道式和垂直螺旋式两种，其示意见图3⁃36和图3⁃37。

水平隧道式连续真空冷冻干燥机是将冷冻室、装料室、冷冻干燥隧道、卸料室等连成一线水平布置。装料室与卸料室在与冷冻干燥隧道连接时，分别加设一隔离室，两隔离室与冻干隧道间又安装了闸阀，以保证冻干隧道中的真空度和满足连续进料、出料的生产要求。

图3⁃36 水平隧道式连续真空冷冻干燥机示意图(www.xing528.com)

1—冷冻室 2—装料室 3—装盘 4—装料隔离室 5—冷阱 6—抽气装置 7—闸阀 8—带有吊装、运输装置的加热板 9—冷冻干燥隧道 10—卸料隔离室 11—卸料室 12—清洗装置 13—传送运输器的吊轨 14—吊装运输器

在垂直螺旋式连续真空冷冻干燥机中，加热圆盘大小错开垂直布置，这种装置主要用于颗粒状食品的冷冻干燥。已经冻结好的颗粒状食品从上部落入顶部加热圆盘，干燥室中央立轴上装有带料铲的搅拌臂，立轴旋转时，料铲搅动食品从圆盘外缘落入下一小圆盘，在这一加热圆盘上，料铲迫使食品从圆盘中心落入第三块加热盘，这块圆盘直径与第一块相同，物料如此逐盘落下，直至出料口。食品从顶部落入，到底部排出的运动轨迹，实际是一条螺旋线。

（二）食品真空冷冻干燥机的组成

图3⁃37 垂直螺旋式连续真空冷冻干燥机原理图

1—加热圆盘 2—料铲 3—立轴

食品真空冷冻干燥机主要由制冷系统、真空系统、加热干燥系统控制系统等组成。

1.制冷系统 食品的预冻结可以在干燥箱外完成，也可在干燥箱内完成。对于在干燥箱内完成预冻结的真空冷冻设备来说，其制冷系统既要负担食品预冻结的冷负荷，又要负担捕捉水蒸气的冷阱的负荷。冷阱即制冷系统中的蒸发器。

在真空冷冻干燥中，冷阱应保持足够低的温度，以保证升华出来的水蒸气有足够的扩散动力，同时防止水蒸气进入真空泵。冷阱表面应有适当的温度（一般为-40℃～-50℃）和足够的捕水面积。

2.真空系统 在真空系统工作时，主要用低温泵在低温表面上吸收气体分子，从而达到抽气的目的，气体并不被排到外界。目前普遍采用闭路循环氦压缩机真空泵，常用GTM和SALVY低温泵。冷冻干燥的真空系统和普通的真空系统有所不同，冷冻干燥的真空系统不但要排除空气，而且还要不断地脱除升华出来的水蒸气，并有一定的抽除速度要求。

食品冷冻干燥设备中的真空系统有两种，一种是不带冷阱的水蒸气喷射真空系统，另一种是带有冷阱的油封式机械真空泵系统。为了避免因气载太大，泵易发热和大量气体吸收后饱和而不能工作的问题，一般配用前级泵把大量气体抽除，从而可以安全和可靠地工作。

3.加热干燥系统 加热系统为干燥提供热量，加快干燥的速度，称为加热干燥系统。加热方式有直接加热和间接加热两种，直接加热一般采用包绝缘矿物材料和金属保护套的电热丝；间接加热是利用各种热源，首先在干燥箱外部将载热介质加热，然后再用泵输送到干燥箱内的搁板中。加热热源可以用电、气、煤等，载热介质包括水、矿物油、水蒸气、乙二醇的水溶液等。

除上述两种加热方式外，也有辐射加热板，为利用红外辐射加热，以及用高频微波加热的加热板。

4.控制系统 控制系统的控制包括制冷机、真空泵的起、停，加热温度的控制，物料温度、冷阱温度、真空度的测试与控制，自动保护和报警装置等。自动控制系统的功能是对冻干机的各个重要参数进行测量、显示，根据预先的设置对冻干机进行精确控制，使其运行在规定的状态，并可对故障状态报警并自动应急处理。通过测量和记录冻干过程的工艺参数，可以完整地了解整个冻干过程。对这些参数实施有效的控制，则可以实现对整个冻干过程的优化。即在保证产品品质的前提下，提高生产效率及减少能量消耗。