鐵皮石斛真空凍干機(jī)的原理和技術(shù)特點介紹

一  鐵皮石斛真空冷凍干燥機(jī)，凍干設(shè)備組成

本機(jī)主要由干燥箱、冷凝器（捕水器）、加熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)六大部件組成。

• 干燥箱
  是一能抽真空和加熱的密閉器，物料的升華干燥過程是在干燥室內(nèi)完成的，物料是放在干燥室內(nèi)擱板上的不銹鋼托盤內(nèi)的，按每平方托盤面積8~12公斤的比例裝料，每一層擱板上都有一個可供測量物料溫度的探頭，用以監(jiān)測整個凍干過程中的物料溫度。門采用橡膠密封條，應(yīng)注意關(guān)門時要把門上的手柄擰緊，確保箱內(nèi)密封。
• 冷凝器（捕水器）
  是凝結(jié)升華水氣的密閉裝置，內(nèi)部有一個較大面積的金屬吸附面，從干燥箱物料中升華出來的水蒸氣可凝結(jié)吸附在其金屬表面上，吸附面的工作溫度可達(dá)-45℃~-55℃，冷凝器外形是不銹鋼或鐵制成的圓筒，內(nèi)部盤有冷凝管，分別與制冷機(jī)組相連，組成制冷循環(huán)系統(tǒng)。冷凝器與干燥箱連接采用真空蝶閥；采用不銹鋼管與真空泵組連接組成真空系統(tǒng)，筒內(nèi)冷凝管上部裝有化霜噴水管，它通過真空隔膜閥與水管連接，這是為了保證化霜水等不進(jìn)入干燥箱和真空管道。在冷凝器外部采用泡沫塑料板保溫絕熱，zui外層包以不銹鋼板。
• 加熱系統(tǒng)
  凍干機(jī)加熱系統(tǒng)的作用是對干燥箱內(nèi)物料進(jìn)行加熱，以便使物料不斷地得到升華熱，使物品以達(dá)到規(guī)定的含水率要求，凍干機(jī)加熱系統(tǒng)有不同的加熱方法，在接觸式加熱中，我們采用的是循環(huán)介質(zhì)加熱法。循環(huán)加熱系統(tǒng)由管道泵、循環(huán)介質(zhì)箱、加熱器、進(jìn)出管路、液溫控制器等組成。循環(huán)液由水4份、乙醇2份，乙二醇4份配置成循環(huán)不凍液，其凝固點為-120℃，在使用時液溫zui高不超過60℃，當(dāng)加熱系統(tǒng)工作時，先對循環(huán)液進(jìn)行加熱，液溫通過液箱控制調(diào)節(jié)儀選定的溫度自動控制加熱, 管道泵開啟后，可將循環(huán)液送入干燥箱內(nèi)擱板中，對擱板加熱，然后返回液箱進(jìn)行加熱循環(huán)。而在輻射或加熱中我們采用蒸氣加熱zui高溫度為120℃，由蒸氣電磁閥自動控制溫度。
• 真空系統(tǒng)
  真空系統(tǒng)有旋片真空泵或水環(huán)泵和羅茨真空泵組成，羅茨泵為增壓泵不能單獨使用，必須首先啟動旋片泵或水環(huán)泵，使其工作一段時間，當(dāng)系統(tǒng)中的真空度達(dá)到1Kpa以下時，再自動啟動羅茨泵。旋片泵結(jié)構(gòu)、羅茨泵結(jié)構(gòu)等見說明書。該真空系統(tǒng)的真空表可使用電接點真空表，可根據(jù)預(yù)先選定的真空度值，自動控制羅茨泵的啟動。干燥箱與冷凝器之間真空管道中，裝有真空蝶閥，可根據(jù)使用要求隨時開、關(guān)。真空泵管路上，裝有電磁放氣截止閥，當(dāng)真空泵停止工作時可自動關(guān)閉真空管路，同時將空氣放入泵內(nèi)，避免真空泵油因負(fù)壓作用回放至真空管路中，真空泵的連接管路之間裝有波紋軟管，防止運(yùn)轉(zhuǎn)時的振動。
• 制冷系統(tǒng)
  凍干機(jī)制冷系統(tǒng)由制冷壓縮機(jī)組（包括：水冷冷凝器，油分離器、高壓管路、干燥過濾器、膨脹閥、蒸發(fā)器、低壓管路組成），采用氟利昂機(jī)組和R22制冷劑或氟制冷機(jī)組，制冷機(jī)組組成使凍干品速凍用的制冷系統(tǒng)和捕水器制冷系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)工作，接觸加熱方式中擱板溫度可降至-35℃。當(dāng)制冷系統(tǒng)工作時，冷凝盤管的表面溫度可達(dá)-35～-55℃，根據(jù)客戶需要采用單級或雙級制冷壓縮機(jī)組，制冷效果好。
• 電氣控制系統(tǒng)
  本設(shè)備電氣控制系統(tǒng)由電腦顯示記錄儀、控制臺、控制儀表、調(diào)節(jié)儀表等自動裝置和電路組成。它的功能是對凍干機(jī)進(jìn)行手動或自動控制，控制設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
  控制臺是溫度、真空度巡檢儀的記錄控制儀表及各機(jī)組開關(guān)的集中集團(tuán)，控制臺的儀表板裝有溫度，真空度巡檢儀，干燥箱和真空泵的真空計，溫度指示調(diào)節(jié)儀，液溫控制調(diào)節(jié)儀，計時鐘等。按鈕板上裝有各機(jī)組的開關(guān)等。凍干機(jī)還設(shè)有連鎖保護(hù)裝置，如①前箱制冷時加熱管不能工作；②真空表不到設(shè)定值，羅茨泵不能啟動。③冷卻水未提供，制冷機(jī)組不啟動。④真空泵、電磁閥帶放氣截止閥與真空泵電源表連在一起，同時工作。⑤擱板加熱恒溫，由溫度指示調(diào)節(jié)儀控制。 

二  凍干設(shè)備技術(shù)

凍干是從凍結(jié)的物料產(chǎn)品中去除水分的過程，凍干分為真空冷凍干燥和常壓冷凍干燥二種，由于一些條件限制目前采用的是真空冷凍干燥。凍干目的是保留產(chǎn)品的完整的生物和化學(xué)結(jié)構(gòu)及其活性。象其它許多的技術(shù)步驟，一種凍干的類型被稱做升華，是自然發(fā)生的。升華指的是溶劑，比如水，象干冰一樣，直接從固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程。傳統(tǒng)的干燥會引起材料皺縮，破壞細(xì)胞。這種情況將不會發(fā)生在凍干里，因為固體構(gòu)成被在其位置上的堅冰支承著。在冰升華時，它會留下孔隙在干燥的剩余物質(zhì)里。

  凍干過程分為冷凍、升華、解析干燥三個階段，每一個階段都有相應(yīng)的要求，不同的物料其要求各不相同，各階段工藝設(shè)計及控制手段的差異直接關(guān)系凍干產(chǎn)品的質(zhì)量和凍干設(shè)備的性能。

1、冷凍階段

  冷凍干燥首先要把原料進(jìn)行凍結(jié)，使原料中的水變成冰，為下階段的升華做好準(zhǔn)備。凍結(jié)溫度的高低及凍結(jié)速度是控制目的，溫度要達(dá)到物料的凍結(jié)點以下，不同的物料其凍接點各不相同。凍結(jié)速度的快慢直接關(guān)系到物料中冰晶顆粒的大小，冰晶顆粒的大小對固態(tài)物料的結(jié)構(gòu)及升華速率有直接關(guān)聯(lián)。一般情況下，要求1--3小時完成物料的凍結(jié)，進(jìn)入升華階段。

2、升華階段

  升華干燥是冷凍干燥的主要過程，其目的是將物料中的冰全部汽化移走，整個過程中不允許冰出現(xiàn)溶化，否則便告凍干失敗。升華的二個基本條件：一是保證冰不溶化；二是冰周圍的水蒸汽必須低于610帕（正確的說法應(yīng)是低于物料凍結(jié)點的飽和蒸汽壓）。升華干燥一方面要不斷移走水蒸氣，使水蒸汽壓低于要求的飽和蒸汽壓，另一方面為加快干燥速度，要連續(xù)不斷地提供維持升華所需的熱量，這便需要對水蒸氣壓和供熱溫度進(jìn)行*化控制，以保證升華干燥能快速、低能耗完成。

3、解析干燥

  物料中所有的冰晶升華干燥后，物料內(nèi)留下許多空穴，但物料的基質(zhì)內(nèi)還留有殘余的未凍結(jié)水分（它們以結(jié)合水和玻璃態(tài)形式存在）。解析干燥就是要把殘余的未凍結(jié)水分除去，zui終得到干燥物料。