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真空冷冻干燥机技术研发介绍和选型原则
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真空冷冻干燥机技术研发介绍和选型原则
近年来，真空冷冻干燥设备技术在我国有了较快的发展，但与国外相比，还有一定差距，本文从该技术国内外发展状况及应改进的几个方面入手，对这一技术进行剖析。
真空冷冻干燥技术在生物工程、医药工业、食品工业、材料科学和农副产品深加工等领域有着广泛的应用。因此,国内外对这项技术都相当重视。...食品冻干机都能采用工控机自动控制,保证了产品的质量。 国外冻干设备的品种规格比国内多,配套设备齐全,节能型结构比较精致,连续式冻干设备生产量大...
发展态势 产量递增速度每年达
真空冷冻技术简称为冻干技术。国家质检总局锅炉压力容器检测研究中心主要从事真空冷冻干燥过程优化研究的专家介绍，冻干原理是在真空状态下，利用升华原理，使预先冻结的物料中的水分不经过冰的融化直接以冰态升华为水蒸气而除去，从而获得干燥制品的技术。实践表明，真空冷冻干燥脱水技术是一项适用于果蔬、肉类、水产、药品的护色、保鲜、保质及保持营养成分的高新加工技术。
据统计，目前美国年消费冻干食品500万吨，日本160万吨，法国150万吨，其他国家的消费数量也在逐年攀升。如今，冻干食品在 市场上的产量以每年30%的速度递增。
我国在冻干方面的研究起步较晚。近年来一些科研单位对某些产品进行了工艺研究。东北大学已成功研究了人参冻干工艺；四川大学研究了牦牛肉的冷冻干燥工艺。此外，上海华裔发展有限公司将一些名菜，如：“宫爆鸡丁”等，用冻干工艺加工，已在国内申请专利。如今，随着我国消费者对冻干产品需求量的逐年增大，冻干设备也有了较大的发展。
专家介绍，由于真空冷冻干燥是在低温、高真空状态下进行，物料中的水分直接从固态升华为气态，因而可以较大限度地保持被干物料的细胞活性以及被干物料的色、香、味、形和营养成分，而且复水性能好。冻干食品则是采用现代脱水技术与工艺加工而成的集方便、保健、纯天然为一体的高品质绿色食品。从而避免了传统脱水方法带来的变色、变味、成分流失及无法还原等缺点。
国内现状 整体设计及控制水平有所提高
冻干食品品质的优劣，除了与工艺有关，在很大程度上取决于食品冻干设备。食品冻干机主要包括对物料进行冻结的冻结库和升华脱水的干燥仓及真空、制冷及加热等辅助设备。专家谈到，世界较为先进的冻干机主要包括：丹麦阿特拉斯的RAY型间歇式和CON-RAD型连续式冻干机，日本—0共和真空株式会社的无隔离干燥过程水气凝结器除冰再生技术和TL型液体食品密闭系统管式冻干机。
此外，早在十多年前在保加利亚成立的，以研究宇航食品、保健食品和营养食品为主要方向的低温生物学和冷冻干燥技术研究所的科研实力也极为雄厚。
近年来，国内食品冻干机发展较快，生产厂家较多，质量、性能及规格型号各不相同。20世纪50年代初期，武汉及北京等生物制品研究所先后进口了一批冻干机；20世纪60年代北京、天津、南京、上海及大连等地相继建立了一些实验性冻干食品生产厂家，并先后仿制了一批冻干机。其特点是整体式，搁板温度不均匀，手动操作，能自动记录；20世纪70年代湖北自行设计了一种冻干机，采用单机双级压缩机，可在箱内加盖瓶塞；上海则建立了年产300吨的中等规模的冻干车间。
为加快我国冻干技术的发展，机电部将工业真空冷冻干燥机列入1986年工业技术发展基金项目，由华中理工大学承担并与浙江真空设备厂协作进行研制，产品于1989年通过部级鉴定，该机结构紧凑、功能齐全、搁板间距可调，采用微机程控。
此外，清华大学核能设计研究院也引进俄罗斯大型食品真空冷冻干燥设备的先进技术，直接与国家一级企业烟台冰轮集团合作，共同探索出一条发展我国冷冻干燥事业的新路。所研制设备的优点是：起点高、投资少、见效快。在引进、消化及吸收的同时，对设备的改进提出了切实可行的方案，特别是控制系统设计，从工艺要求出发，在考虑节能的同时，以进一步提高效率为目的，采用现代化的仪表和先进控制手段，对设备的控制系统重新进行了优化设计，从根本上提高了我国大型食品冷冻干燥机的整体设计及控制水平。
改进趋势 逐渐脱离仿制国外机型道路
专家分析，目前大部分国产食品冻干机生产厂家走的是仿制道路。一些厂家在在采用国外先进技术的同时，进行了较大的改进。如加热板内采用了特殊导流装置，使板内流体的流量均匀，保证了加热的均匀和稳定；捕水器在工作中可实现交替捕水和融冰，捕水器盘管内氨液制冷方式由传统的氨液相变制冷改为氨液无相变制冷，使捕水器盘管内温度均匀，结霜性能良好。
除仿制外，国内自身的研制能力也在提高，一些单位已经脱离了仿制国外机型，抽气系统采用低架式水蒸气喷射泵抽水蒸气，省去了捕水器和制冷系统，降低了设备价格。
研究方向 重在降低成本减少能耗
然而，无论是国产设备还是引进设备，食品冻干机共同的缺点是价格昂贵、耗能高、收回投资慢。降低成本、减少能耗是冻干机今后的主要方向。因此，有关专家总结，食品冻干机的研究方向和发展趋势如下：
（1） 降低成本、减少能耗 国外一些冻干机不采用不锈钢制造，而采用低碳钢涂覆食品用可烘干树脂，在室温下会发出红外线。搁板表面涂高性能远红外发射材料、增强其辐射能力；料盘表面处理，增强其吸收能力。捕水器的结构、尺寸及结霜特性的优化更有实际意义，因为目前其造价相当于冻干箱的造价，运转功耗较大。对于冻干机而言，加热系统只是补充升华热，功率消耗本不应太高，但现有设备不尽如人意，应加以优化结构，并降低能耗。
（2） 保证质量 提高性能 在实际应用中，一些厂家的冻干机安装后，一直不能投入正常的生产；有些冻干机虽然能生产，但能耗高。还有一些元器件不断出现故障、影响正常生产。因此，必须保证冻干机的质量。提高性能是指除加热速率、抽气速率、温度均匀性、真空度稳定性之外，增强设备新的功能。例如增加冻干结束时的判断功能，较简单的办法是称重法。目前已有人试验、但不尽如人意。应该发展质量传感器、用较小的一次元件给出质量随时间的变化。
（3） 开发连续式冻干设备 当前生产的冻干机大都是间歇式产品，随着工业技术大量的发展，开发连续式冻干设备，增加冻干产品的产量将是必然趋势。
（4） 提高卫生标准 近年来，西方国家在食品生产企业开始推行HACCP系统，对食品加工设备的消毒杀菌及卫生管理等提出了更加严格的要求。日本的许多厂家纷纷将原有镀锌钢板的真空干燥室改为不锈钢真空室，减少了污染。
专家认为，目前国内科研人员已成功研制出系列真空冷冻干燥设备，为发展我国真空冷冻干燥技术奠定了良好的基础。随着 市场对冻干食品需求量的不断增加和我国加入世贸组织以及人民生活水平的逐渐提高，冻干设备将会有长足的发展。
协会应成为政企间的润滑剂
月14—18日，国务院食品安全综合检查组组长惠鲁生在广西检查工作时说，行业协会应成为政府与企业间的“润滑剂”。
在检查组召集的广西食品、水产、轻工、淀粉等食品相关行业协会以及有部分食品生产加工企业代表参加的食品安全座谈会上，惠鲁生强调，各种行业协会的出现是市场经济发展的标志，但行业协会不是二级政府，而是政府与企业之间的中介。协会舞台很大，有着政府不可替代的优势，许多政府做不了的事情协会可以做好，所以，应该正确定位，发挥“润滑剂”的作用。协会应当积极处理好政府与企业间的矛盾，处理好监管与发展的关系，积极为企业服务。只要认真研究市场，按市场规律办事，比企业更熟知市场，协会的前景将无限看好。惠鲁生要求协会：一要引导企业规范经营，促进市场良性发展；二要围绕企业素质做文章，帮助企业提高生产和管理的水平；三要维护企业权益，扶持企业做大做强。
选型原则：
一、前言
冷冻干燥是将含水物质，预先冻结成固态，而后在真空状态下使其中的水分从固态升华成气态，以除去水分而保存物质的方法。这种干燥方法得到的物品，原有的化学、生物特性基本不变，易于长期保存，加水后能恢复到冻干前的形态，并且能保持其原有的生化特性，是一种优质的干燥方法。现代冷冻干燥技术的主要用途有：离体生物组织的冻干贮藏；活菌活毒的冻干保存；中草药、西药、生物药品和血液制品的冻干；方便食品、保健食品、功能食品的冻干储运；纳米陶瓷材料和各种金属微粉材料的冻干制备。因此，冷冻干燥技术已经在化工、食品、材料、医药、生物制品等领域得到广泛应用。真空冷冻干燥机(简称冻干机)，是实现冷冻干燥技术的设备，是一种结构比较复杂的机器，它涉及到制冷、真空、热工、机械、流体、电器控制和压力容器等领域的知识。因此，用户采购冻干设备时往往会遇到不少问题，笔者站在用户的角度，主要介绍一些实验系列冻干机的选型技术。
二、实验系列冻干机的分类
实验系列冻干机追求的性能指标是体积小、重量轻、功能多、性能稳定、测试系统准确度高，较好是一机多用，能适应多种物料的冻干实验。实验系列冻干机种类的主要划分方法有：
1、从结构上分
l钟罩型冻干机：冻干腔和冷阱为分立的上下结构，冻干腔没有预冻功能。该类型的冻干机在物料预冻结束后转入干燥过程时需要人工操作。大部分实验型冻干机都为钟罩型，其结构简单、造价低。冻干腔多数使用透明有机玻璃罩，便于观察物料的冻干情况。
l原位型冻干机：冻干腔和冷阱为两个独立的腔体，冻干腔中的搁板带制冷功能，物料置入冻干腔后，物料的预冻、干燥过程无需人工操作。该类型冻干机的制作工艺复杂，制造成本高，但原位型冻干机是冻干机发展方向，是进行冻干工艺摸索的理想选择，特别适用于医药、生物制品及其他特殊产品的冻干。
a、普通型b、多歧管型c、压盖型
2、从功能上分
普通搁板型：物料散装于物料盘中，适用于食品、中草药、粉末材料的冻干。
带压盖装置型：适合西林瓶装物料的干燥，冻干准备时，按需要将物料分装在西林瓶中，浮盖好瓶盖后进行冷冻干燥，干燥结束后操作压盖机构压紧瓶盖，可避免二次污染、重新吸附水分，易于长期保存。
多歧管型：在干燥室外部接装烧瓶，对旋冻在瓶内壁的物料进行干燥，这时烧瓶作为容器接在干燥箱外的歧管上，烧瓶中的物料靠室温加热，通过多歧管开关装置，可按需要随时取下或装上烧瓶，不需要停机。
带预冻功能型：物料预冻过程，冷阱作为预冻腔预冻物料，在干燥过程，冷阱为捕水器，捕获物料溢出的水分。带预冻功能的冻干机，冷冻干燥过程物料的预冻、干燥等均在冻干机上完成，冻干机使用效率高，节省了低温冰箱的费用。
三、选购冻干机时应注重的几个参数
1、冻干面积
冻干机型号中的数字代表该型号冻干机的冻干面积，例如，FD-1A-50型冻干机的冻干面积为0.12㎡。用户应根据自己的需要，通过计算来确定需用多大冻干面积的冻干机。例如每批需冻干1.2公斤(升)液体量的产品,用物料盘装载物料，每盘装载10㎜厚，则可计算得冻干板层的负荷面积：
A(面积，㎡)=V(体积，m3)/H(高度，m)=0.0012m3/0.01m=0.12㎡
即需选用板层负荷面积为0.12㎡的冻干机。
2、冷阱温度
冷阱是冷冻干燥过程捕获水分的装置，理论上讲，冷阱温度越低，冷阱的捕水能力越强，但冷阱温度低，对制冷要求高，机器成本及运转费用高。实验系列冷冻干燥机的冷阱温度主要有-50℃左右、-80℃左右等几个档次。冷阱温度为-50℃的冻干适用于一些容易冻干的产品，冷阱温度为-80℃的冻干适用于一些特殊产品的冻干。冷阱温度对捕水能力的影响实验表明冷阱温度从-35℃下降到-55℃，捕水能力有提升明显，冷阱温度低于-55℃，冷阱的捕水能力提升不明显。因此，在没有特殊需求的情况下，选用冷阱温度-50℃左右是理想的选择。
3、降温速率
降温速率体现制冷系统的制冷能力，在空载情况下,冷阱温度应在1小时内达到指标规定的较低温度。例如，冷阱温度≤-50℃的冻干机，机器从打开制冷开始计时，冷阱温度达到-50℃的时间应不大于1小时。
4、极限真空度
极限真空度体现冻干机的泄漏情况及真空泵的抽气效率。冻干箱的真空度，过去的观点认为真空度是越高越好，现在的观点认为真空度应在一个合理的范围之内。真空度太高了，不利于传热，干燥速度反而下降，但无论如何冻干箱的空载极限真空度应达到15Pa以上。
5、抽真空时间
冻干箱空载的抽空速度，应在半小时之内从大气压抽到15Pa。
6、板层温度均匀性及平整度：
板层温度的均匀性和平整度,对产品质量的均一性有很大的影响,温度均匀性和平整度越好，则冻干产品质量的均一性也越好。冻干机搁板温度控制有加热器型和中间流体型，采用中间流体控制板层的冻干机搁板温度均匀性和平整度好，这种冻干机板层为空心夹层结构，板层的制冷和加热均通过中间流体在板层内部的流体通道循环来实现，因此板层温度均匀一致。四环冻干机中LGJ-50C型冷冻干燥机就采用搁板中间流体的技术。钟罩型冻干机的搁板温度控制基本上都是采用加热器，板层温度一致性稍差。但总体而言，医药用冻干机板层温差应控制在±1．5℃，板内温差为±l℃，食品冻干机可适当放宽。
7、控制系统
冻干机的控制系统类型及功能各异，对于实验系列的冻干机，主要应用于物料的冻干工艺摸索和少量试生产。因此，控制系统应可实时显示冻干过程参数并自动记录；设定、修改及有效地执行冻干工艺程序；具备通讯接口，便于数据采集、保存。中国在中医干燥方面在很早就运用了，但是当时的条件造成的，很古老的方法那就是自然风干，虽然说效率不高但是在药品保存上效果还是很好的，然后再现在社会中很简单的就可以解决这个问题，那就干燥机，面对现在的社会，这一点还不行，对药品的质量要求很高，相对那么干燥机的要求也相应的提高了，如双锥回转鼓风机在旋转闪蒸干燥机占领一定地位，其能准确的输送风量，其高速旋转是离心机的一种，能够达到除湿干燥的作用。整个旋转闪蒸干燥机干燥过程，鼓风机是带动体。然而鼓风机常常也会出现问题，它会影响整个旋转闪蒸干燥机的工作进程，所以我们要知道一些简单的维修，以及平常的保养。 旋转闪蒸干燥机工作过程中鼓风机旋转闪蒸干燥机作为处理干燥的水分，溶剂，粘合剂和其它与各种热源（容量）。考虑到与输送系统，间歇式干燥设备干燥速度快，质量稳定，从自动烘干设备，我们能够提供客户所需要的设备。炉子装备有用于清除在干燥过程中发生排气臭气的问题的除臭能力。此外，我们建议使用废热从除臭工艺干燥过程中，环保所产生的废气。不燃织沸腾床干燥机设备特点： 性能达到年代国外设备水平。设有侧刮刀，避免转鼓侧端积料，设备结构紧凑，占地面积小半管夹套式料盘，可靠，雾化，效果好，无级变速，转鼓转速可调，转鼓精度高，适应范围广，操作简便、灵活，采用多组刮刀，调节灵活，多功能，既可结片又可干燥。 l 荞麦，又称普通荞麦、日本荞麦和银壳荞麦，是一种因其粒状种子而种植的植物。荞麦是亚洲常见的家养食用植物，但在欧洲或北美并不常见。尽管叫荞麦，但它与小麦无关，因为它不是草。相反，荞麦与大黄、酢浆草和虎杖有关。因为它的种子含有丰富的复合碳水化合物，所以它被称为伪谷类。随着氮肥的采用
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