真空冷冻干燥设备介绍
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一、
真空冷冻干燥设备的工作原理
升华的基本条件
图2-1 水的三相图水（H2O）有三种相态，即固态、液态和气态，三种相态既可以相互转换又可以共存。如图为水（H2O）的相平衡图。图中OA、OB、OC三条曲线分别表示冰和水、水和水蒸气、冰和水蒸气两相共存时水蒸气与温度之间的关系，分别称为融化曲线、汽化曲线和升华曲线。O点称为三相点，所对应的温度为0.01℃，水蒸气压为610.5Pa（4.58mmHg），在这样的温度和水蒸气压下，水、冰、水蒸气三者可共存且相互平衡。真空冷冻干燥的原理是基于水的三相图，在水的三相点压力（610.5 Pa）以下，固态的冰可以直接升华为水蒸汽，如果此时对冰等压加热升温，冰即可吸收升华热而成为气态，从而使物质脱水，这就是冷冻干燥的基本原理，其就是在水的三相点以下区域内进行的低温低压干燥，故也称为冷冻升华干燥
真空冷冻干燥设备就是要提供水的三相点以下的条件，包括：冷冻温度在物质共晶点以下（由于食品所含水分是与无机盐、维生素等物质共存的，因此，各种食品共晶点温度比纯水的三相点温度低）。加热温度在被干燥物质的最高允许温度以下，工作真空度在冻结物质温度的饱和蒸汽压以下和水分捕集温度（冷阱温度）在工作真空度的饱和温度以下。 升华干燥中的传热与传质 要维持升华干燥的不断进行，必须满足两个基本条件，即热量的不断供给和生成水蒸汽的不断排除。在干燥开始阶段，如果物料温度相对较高，升华所需要的潜热可取自物料本身的显热。但随着升华的进行，物料温度很快就降到与干燥仓蒸汽分压平衡的温度，此时，若没有外界供热，升华干燥便停止进行。在外界供热的情况下，升华所生成的蒸汽如果不及时排除，蒸汽分压就会升高，物料温度也随之升高，当达到物料的冻结点时，物料中的冰晶就会融化，冷冻干燥也就无法进行了。 加热板
已干层
热量传递
升华界面
物料
冻结层
质量传递
冷阱图2 -2冷冻干燥传热传质示意图供给热量的过程是一个传热过程，排除蒸汽的过程是一个传质过程，因此。升华干燥过程实质上是一个传热、传质同时进行的过程，如图2-2所示。自然界中所发生的任何过程都有驱动力，升华干燥中的传热驱动力为热源与升华界面之间的温差，而传质驱动力为升华界面与蒸汽捕集器（或冷阱）之间的蒸汽分压差。温差越大，传热速率越快；蒸汽分压差越大，传质（即蒸汽排除）速率越快。
冷冻干燥时，既要保持产品的优良品质，又要取得较快的干燥速率。升华所需要的潜热必须由加热板通过外界传热过程传送到被干燥物料的表面，然后再通过内部传热过程传送到物料内冰升华的实际发生处。所产生的水蒸汽必须通过内部传质过程到达物料的表面，再通过外部传质过程转移到蒸汽捕集器（冷阱）中。任何一个过程或几个过程一起都可能成为干燥过程的“瓶颈“，它取决于冻干设备的设计、操作条件以及被干物料的特征。只有同时提高传热、传质速率，增加单位体积物料的表面积，才能取得更快的干燥速率。冻干曲线
冷冻干燥时，加热板（或热源）温度、物料温度、冷阱温度以及干燥仓真空度都在随时间变化，由此绘得的曲线，称为冻干曲线。冻干曲线是反应物料冻干过程的重要曲线。