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真空冷凍干燥的基本原理

閱讀：1866 發(fā)布時(shí)間：2021-12-24

真空冷凍干燥是利用升華的原理使物料脫水的一種干燥技術(shù)。物料經(jīng)快速凍結(jié)后，在真空 (低于水的三相點(diǎn)壓力)環(huán)境下加熱。

基本原理

與其它干燥方法一樣，要維持升華干燥的不斷進(jìn)行，必須滿足兩個(gè)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(jìn)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(shí)，若沒有外界供熱，升華干燥便停止進(jìn)行。在外界供熱的情況下，升華所生成的蒸汽如果不及時(shí)排除，蒸汽分壓就會(huì)升高，物料溫度也隨之升高，當(dāng)達(dá)到物料的凍結(jié)點(diǎn)時(shí)，物料中的冰晶就會(huì)融化，冷凍干燥也就無法進(jìn)行了。

供給熱量的過程是一個(gè)傳熱過程，排除蒸汽的過程是一個(gè)傳質(zhì)的過程，因此，升華干燥過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)傳熱、傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的過程。自然界中所發(fā)生的任何過程都有驅(qū)動(dòng)力，升華干燥中的傳熱驅(qū)動(dòng)力為熱源與升華界面之間的溫差，而傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)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(zhì)（即蒸汽排除）速率愈快。

凍干時(shí)，既要保持產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì)，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(nèi)部傳熱過程傳送到物料內(nèi)冰升華的實(shí)際發(fā)生處。所產(chǎn)生的水蒸氣必須通過內(nèi)部傳質(zhì)過程到達(dá)物料的表面，再通過外部傳質(zhì)過程轉(zhuǎn)移到蒸汽捕集器（冷阱）中。任何一個(gè)過程或幾個(gè)過程一起都可能成為干燥過程的“瓶頸”，它取決于凍干設(shè)備的設(shè)計(jì)、操作條件以及被干燥物料的特征。只有同時(shí)提高傳熱、傳質(zhì)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(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種態(tài)相。根據(jù)熱力學(xué)中的相平衡理論，隨壓力的降低，水的冰點(diǎn)變化不大，而沸點(diǎn)卻越來越低，向冰點(diǎn)靠近。當(dāng)壓力降到一定的真空度時(shí)，水的沸點(diǎn)和冰點(diǎn)重合，冰就可以不經(jīng)液態(tài)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(diǎn)以下，即在低溫低壓條件下，使食品中凍結(jié)的水分升華而脫去。

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真空冷凍干燥的基本原理

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