lg—0．2型雙聯(lián)式真空冷凍干燥設備的設計與試驗

1、第 1 2 期 ( 總第 3 0 1 期)2 0 1 2 年 l 2月農(nóng)產(chǎn)品加工 · 學刊 Ac a d e mi cPe r io d i c a lo fF a r m P r o d u c t sPr o c e s s i n gNo ． 1 2DC C ．文章編號 ：1 6 7 1 — 9 6 4 6 ( 2 0 1 2 ) 1 2 — 0 1 3 1 — 0 4L G —O ． 2型雙 聯(lián)式真 空冷凍干燥 設備

2、 的設計 與試驗 張玉嬌 ，車 剛 ，萬 霖 ( 黑龍江八一農(nóng)墾 大學 工程學院 ，黑龍江 大慶 1 6 3 3 1 9 )摘 要：結合 L G型凍干試驗機的工作原理及結構特點 ，優(yōu)化設計出雙聯(lián)式真空冷凍干燥設備 。采用一 臺電機帶 動 ，兩 個捕集器 內(nèi)置 的干燥倉體 結構 ， 可交替使用進行對照試驗 ， 避 免了等待融冰 的時 間。采用 3 因素 2 水平 ( 2)正交 試驗得 出草莓解析的優(yōu)化參數(shù) ：質量為 32 5 0g ，真

3、空度為 8 4P a ，擱板溫度為 7 5℃。并分 析了不 同干燥 溫度對凍 干 草莓含水率 的影響 。關鍵詞 ：雙聯(lián)式 ；結構設計 ； 草莓真空凍干 ； 最優(yōu)試 驗方 案 中圖分類號 ：T S 2 0 3文獻標志碼 ：Ad o i ：1 0 ． 3 9 6 9 ／ j i s s n ． 1 6 7 1 — 9 6 4 6 ( X) ． 2 0 1 2 ． 1 2 ． 0 3 7L G- 0 ． 2Do u b l eT y p eV

4、a c u u m F r e e z e - d r y i n gE q u i p me n tDe s i g na n dT e s tZ H AN GY u - j i a o ，’ C H EG a n g ，WA NL i n( C o l l e g eo fE n g i n e e r i n g ，H e i l o n g j i a n gB a y iA g r i c u l t u r a lR e

5、c l a m a t i o nU n i v e r s i t y ，D a q i n g ，He i l o n g j i a n g1 6 3 3 1 9 ，C h i n a )Ab s t r a c t ： T h ec o mb i n a t i o no ft h eL G— t y p ef r e e z e - d r ie dt e s tma c h i n ewo r k sa n ds t r u

6、 c t u r a lc h a r a c t e r is t i c s ， ad o u b l e — v a c u u m f r e e z ed r y i n ge q u i p me n ti sd e s i g n e d ．W i t hamo t o rd r i v e na n dt w ot r a p sb u i l t ， d r y wa re h o u s es t r u c t

7、u r ec a nb eu s e di n t e r c h a n g e a b l yf o rc o n d o n e dt r i a l st oa v o i dt het i m ew a i t i n gf o rt h ei c em e l t i n g ． T h r o u g hI J 8( 2) o r t h o g o n a lt e s t s ， t l 1 ep a ra me t

8、e r so fs t r a wb e r r ya n a ly s i sa y eo p t i mi z e da sf o l l o ws ： t hewe i g h tf o r32 5 0g ， v a c u u m f o r8 4P a ，s h e l ft e mp e r a t u r eo f7 5℃ ．Me a n wh i l e ，t h ei n f l u e n c eo fd i f

9、e r e n td r y i n gt e mp e r a t u r eo nf r e e z e — d ~i n gs t r a wb e r r ymo i s t u r ec o n t e n ti sa n a l y z e d ．Ke ywo r d s ： d o u b l et y p e ； s t r u c t u r a ld e s i g n ； t h es ~ a w b e r r

10、yv a c u u m f r e e z e - d r i e d； o p t i ma l t e s tp r o g r a m 0 引言 1 主要 結構 設計 凍干 技術 的發(fā)展 領域 很廣 泛 ，國內(nèi)外 涉及 生 物 、醫(yī)藥 、食 品、材料工程等。真空凍干技術起源 于 l 9 世紀初 ，直至 2 0 世紀初才開始用于干燥生物 制 品? 。我 國從 2 0 世紀 5 0年代 引進 真空冷凍 干燥 裝置_ 2 ] ，

11、9 0 年代初才開始應用于食 品行業(yè)1 ] 1 。結合真 空冷 凍干燥需要 的技術條件與實踐使用要求 ，其發(fā) 展形勢也從最初 的引進 、仿制 ，到 目前 的批量化工 業(yè)生產(chǎn) 。凍 干機按其凍于面積分 ：有小 、中、大型 凍干機l4 l 。 目前 ，國 內(nèi)在小型試 驗凍干機上還是 純 在不足 。由于小型試 驗凍干機 ，運作時間長 ，其 物 料容 易受到外界環(huán)境的影 響發(fā)生變質 ，以及凍干倉 體本 身受外 界氣 流干 擾 的壓力 等 ，對

12、于探 索性 試 驗 ，不能在 同一條件下試驗 ，極易產(chǎn)在誤差 。在此 基礎上 ，進一步優(yōu)化設計 出雙聯(lián)式真空冷凍干燥 設 備 ，彌補小 型試驗凍干機的不足 ，使凍干技術進 入 高精尖的行列 。L G _ 一 0 ． 2型真空冷凍干燥是科研與生產(chǎn)相結合的 小 型試 驗凍干裝 置 ，主要 由制冷 系統(tǒng) 、真空 系統(tǒng) 、控制系統(tǒng)等組成 。制冷系統(tǒng)由半封閉冷凝機組構成 ，為凍干箱和庫風箱提供冷源 。真空系統(tǒng)冷凍干 由凍 干箱 、冷凝器 、真空

13、閥門 、雙級旋片真空泵 、真空 管路等部分組成。控制系統(tǒng)一般由 P c機 、可編程序 控制器 、傳感器等設備組成。凍干機工作原理見圖 1 。1 ． 1 凍干箱總成 本設計倉體采用 圓筒式結構。用厚 4m m不銹鋼 板焊接而成。倉 內(nèi)部有貨架式 3 層加熱板 ，單 板功 率 5 0 0W，裝有內(nèi)置式冷阱。內(nèi)表面和箱 內(nèi)零件要求表面光滑 ，箱體 內(nèi)角均 為滿足 G M P 條件 的大圓角。箱 門配有玻璃試鏡以便 觀察凍干倉的情況 。箱體底面

14、略 向后方傾 斜 ，排水 口 設計在最低點 ，以利于排水。收稿 日 期 ：2 0 1 2 — 0 7 — 0 9基金項 目： 黑龍江省通高等學校新世紀優(yōu)秀人才培養(yǎng)計劃項 目 ( 11 5 5 一 N C E T 一 0 1 2 ) ；黑龍 江省骨干教師項 目 ( 5 0 4 0 2 9 9 0 6 1 3 ) 。作 者簡 介 ： 張玉嬌 ( 1 9 8 7 一 ) ，女 ，黑龍江人 ，在讀 碩士 ， 研究方 向：農(nóng)產(chǎn) 品加工工程 。E

15、— m a i l ：3 6 4 7 7 4 6 1 5 @ q q ． c o n 。為通訊作者 ：車 剛 ( 1 9 7 2 一 ) ， 博 士，副教授 ，研究方 向：干燥過程理論與設備工程。E — m a i l ：c h e g a n g 1 8 0 @1 2 6 ． t o m 。2 0 1 2 年第 1 2 期張玉嬌 ，等 ： L G —0 ． 2 型雙聯(lián)式真空冷凍干燥設備 的 設 計與試驗 ’ 1 3 3 ·

16、控制系統(tǒng)分別對加熱板 、真空泵壓縮機 以及各種 閥 門進行控制 ； 弱 電控制系統(tǒng)是本系統(tǒng)的核心 ，其 中心 組成為工業(yè)用 P C機一臺，其中包括各種控制板卡 ， 用 這一部分實現(xiàn)對整個小型凍干系統(tǒng)的自 動化控制。主要 電控系統(tǒng)見圖 4 。AB躲熱板 咖 熱板 2 草莓試驗設計與結果分析 圖 4 主要電控 系統(tǒng) 2 ． 1 試驗儀器及流程 儀器設備 ：L G —O ． 2型真空冷凍干燥設備 ，沈 陽航天新 陽速凍設備制造有 限公司提供

17、；J D 3 O 0 —3 型 電子天平 ，沈 陽龍騰電子有 限公 司提供 ；共 晶點測 試儀 ，北京海博飛科技有限公 司提供。工藝流程 ：新 鮮草莓一 清洗一去尾 切半一 預凍一升華 干燥一 解析干 燥一包裝一成 品。2 ． 2 凍干的階段分析 物料 的前處理 ：挑選含水率均為 7 0 ％的草莓清 洗 ， 其含水量測定采用 鹵素水分儀測定[ 6 1 。鋪滿托盤 1 ／ 2 處 ， 插入傳感器 ；預凍 ：把物料放入 一 3 0℃的低 溫

18、冰箱進行 2h的恒溫速凍 ，溫度要低于草莓共 晶點 一 1 5℃；升華干燥 ：必須保持升華界面的溫度低于 或趨近于物料的共熔點 ，本次試驗升華溫度所用時 間是 7 ～ 1 1h ；解析干燥 ：把吸附于物料細胞壁和細 胞基等 1 0 ％的結合水 ，抽離出來 ，其解析時間是 2h左 右 。凍干曲線變化見 圖 5 。按線條順序標注 ：最上面 的綠線表示物料質量 變化 ；其次相近的紅藍 曲線為設定溫度與時間擱板 溫度 ；其下三條藍黑黃線為物料

19、的上 、中、下的溫 度 ；最后紅粉兩線為設定真空度與實踐真空度 。2 - 3 草莓正交試驗設計及其結果 的直觀分析 對草莓 ，依據(jù) 3因素 2 水平 L 8( 2)進行正交試 驗 ，并作直觀分析 ，具體做法如下。( 1 )本試驗指標 ，選定草莓的濕基含水率 。物 料濕基含水率公式[ 跚 如下 ：圖 5 凍干曲線變化 × 1 0 0 ％ ．， n l式 中：P 一 物料濕基含水率 ，％；m——原料質量 ，g ；m——干制品質量