冷凍濃縮與冷凍干燥.ppt

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1、冷凍濃縮與冷凍干燥一、冷凍濃縮的原理冷凍濃縮冷凍濃縮：利用冰與水溶液之間的固液相平衡原理而實(shí)現(xiàn)分離的方法。采用冷凍濃縮時(shí)，溶液的濃度必須低于低共熔濃度。（一）冷凍濃縮中的相平衡冰點(diǎn)下降：：稀溶液：T0:純?nèi)軇┑谋c(diǎn)，K；w：濃度rm：溶解熱，J/kg冷凍濃縮溶液濃度必須低于低共熔點(diǎn)平衡相為冰晶和溶劑1—咖啡2—蔗糖3—蘋果汁4—葡萄糖5—果糖流體食品的凍結(jié)曲線（二）冷凍濃縮中的結(jié)晶過程冰晶顆粒大，結(jié)晶操作成本高；分離容易；溶質(zhì)夾帶損失少小，結(jié)晶操作成本低；分離困難；溶質(zhì)夾帶損失大最優(yōu)冰晶尺寸結(jié)晶形式結(jié)晶條件分離器形式濃縮液價(jià)值最主要因素在冰晶晶核形成

2、的情況下，也不是所有冷點(diǎn)所發(fā)生的晶核都能保存下來。在一定濃度的溶液中，與晶體成平衡的溫度（稱為平衡溫度）與晶體的大小有關(guān)，只有當(dāng)晶體直徑相當(dāng)大時(shí)，才等于溶液的冰點(diǎn)。小晶體的平衡溫度比大晶體低，所以與小晶體成平衡的溶液，其過冷度要大些。在一定的溶液過冷度下，與溶液成平衡的晶體直徑，稱為臨界直徑。溶液主體過冷度與晶體臨界直徑的關(guān)系圖思考：在懸浮凍結(jié)中，如果將小晶體懸浮液與大晶體懸浮液混合在一起1Torr（托）＝1mmHg＝133Pa冬天結(jié)冰衣服風(fēng)干？真空冷凍干燥1、增加壓差2、減少阻力溫度℃升華/汽化熱kJ/kg飽和蒸氣壓Pa102477.1122802

3、500.8/2835611.2-102836.5259.9-202838.0103.3-302838.738.0-402838.612.8-502837.83.9-602836.31.08冷凍干燥一、冷凍干燥的原理冷凍干燥：使含水物質(zhì)溫度降至冰點(diǎn)以下，再使由水凝固的冰在較高真空度下直接升華而除去的干燥方法。冷凍干燥具有如下特點(diǎn)：（1）冷凍干燥在低壓低溫下進(jìn)行，可以保留新鮮食品的色、香、味及維生素C等營養(yǎng)物質(zhì)，特別適用于熱敏性食品以及易氧化食品的干燥；（2）由于物料中水分存在的空間在水分升華以后基本維持不變，故干燥后制品不失原有的固體框架結(jié)構(gòu)，保持原有

4、的形狀；（3）升華時(shí)原來均勻地溶于水中的無機(jī)鹽就地析出，避免了因物料內(nèi)部水分向表面擴(kuò)散時(shí)攜帶無機(jī)鹽而造成的表面硬化現(xiàn)象，制品復(fù)水后易恢復(fù)原有的性質(zhì)和形狀；（4）升華所需的熱可用常溫或溫度稍高的加熱劑提供，熱能利用的經(jīng)濟(jì)性好；（5）操作是在高真空和低溫下進(jìn)行，需要有一整套高真空獲得設(shè)備和制冷設(shè)備，故投資和操作費(fèi)用都大，生產(chǎn)成本高。（一）水的相圖技術(shù)裝備示意圖控制系統(tǒng)干燥箱捕水器真空系統(tǒng)制冷系統(tǒng)加熱系統(tǒng)（二）凍結(jié)速率對冷凍干燥的影響冰晶升華后留下的空隙是后續(xù)冰晶升華時(shí)水蒸汽的逸出通道，慢凍時(shí)形成的大而連續(xù)的六方晶體升華后形成的空隙通道大，水蒸汽逸出的阻力

5、小，因而制品干速度快；反之，速凍時(shí)形成的樹枝形和不連續(xù)的球狀冰晶通道小或者不連續(xù)，水蒸汽靠擴(kuò)散或滲透方能逸出，因而干燥速度慢。因此，僅從干燥速率來說，以慢凍為好。但從干燥品質(zhì)來說，以速凍為好。（2）升華干燥:對物料進(jìn)行供熱,使供熱僅轉(zhuǎn)變?yōu)樯A熱而不使物料升溫熔化。一般冷凍干燥采取的絕對壓強(qiáng)為0.2kPa左右。升華產(chǎn)生的大量水蒸氣以及不凝氣經(jīng)冷阱除去大部分水蒸氣后由其后的真空泵抽走。（1）物料的預(yù)凍:通過實(shí)驗(yàn)確定合適的凍結(jié)速度，使物料組織造成的破壞小，又能形成有利于以后升華傳質(zhì)的冰晶結(jié)構(gòu)。（三）冷凍干燥過程（3）解吸干燥:在真空下提高物料溫度，一般采用

6、30~60℃。待物料干燥到預(yù)期的含水量時(shí)，解除真空，取出產(chǎn)品。1—干燥室2—產(chǎn)品3—熱板4—冷凝器（冷阱）5—真空系統(tǒng)6—制冷劑進(jìn)7—制冷劑出8—加熱流體進(jìn)9—加熱流體出（四）冷凍干燥中的傳熱和傳質(zhì)冷凍干燥物中水分分布主要組成清洗消毒二、冷凍干燥裝置（一）冷凍干燥裝置的主要構(gòu)成（1）預(yù)凍系統(tǒng)對固態(tài)物料，應(yīng)用最多的預(yù)凍手段為鼓風(fēng)式和接觸式凍結(jié)法。對液態(tài)物料，也可用真空噴霧凍結(jié)法進(jìn)行預(yù)凍。凍結(jié)技術(shù)必須具備的條件1應(yīng)避免物料因凍結(jié)而引起破壞和損害；2確定低共熔溫度以及防止凍結(jié)層熔解；3控制凍結(jié)過程的條件，使生成的純冰晶的形狀、大小、排列適當(dāng)；4凍結(jié)體的形態(tài)

7、要好。蒸汽噴射加熱流程1—水槽2—水泵3—蒸汽4—蒸汽噴射器5—加熱板6—真空泵（2）供熱系統(tǒng)供熱系統(tǒng)主要提供凍結(jié)制品水分不斷升華所需的熱量，其次是間歇性地提供低溫凝結(jié)器（冷阱）積霜熔化所需的熔解熱。傳熱方式主要采用傳導(dǎo)和輻射兩種。工廠常用噴射混合換熱法。加熱系統(tǒng)供熱不足：升華熱補(bǔ)充不上，造成凍干品溫度下降，飽和蒸氣壓隨之下降，在捕水器溫度不變情況下，水蒸氣驅(qū)動(dòng)壓差減小。供熱過多：升華界面容易融化，此外，升華干燥層可能出現(xiàn)塌陷。接觸加熱法輻射加熱法微波加熱法接觸、輻射混合加熱法（3）蒸汽和不凝結(jié)氣體的排除系統(tǒng)多采用低溫冷凝器（冷阱）。物料中升華的水蒸

8、汽在冷阱中大部分結(jié)霜除去后，還有部分的水蒸汽和不凝結(jié)氣體必須通過真空泵抽走。這樣就構(gòu)成了冷阱—真空泵的組合系