真空冷凍干燥技術及設備的現狀及發展趨勢

近幾年來, 真空冷凍干燥技術發展非常迅速, 國內尤為突出。十年前, 國內生產凍干設備的工廠只有3 家,現在已近30 家。凍干產品由生物制品到藥品,再發展到出口凍干食品。生產凍干食品的廠家從無到有,目前已有幾十家。凍干理論研究也活躍起來,有十幾所高等院校和科研機關在研究凍干過程的傳熱傳質,發表論文數十篇,出版了5 本專著[1～5 ] 。可以肯定地說,凍干設備、工藝和理論研究已經取得了可喜的成果,但也存在著不足。

　　 凍干設備的現狀及發展趨勢

　　醫藥用凍干機已經基本成熟, 國內也制定了相應技術標準。有關廠家生產的醫藥用凍干機,已能代替進口設備。其壓蓋、清洗、消毒滅菌等功能齊全,產品質量和自動化程度較高,只是水分在線測量儀和個別電器元件等尚需進口。食品凍干機發展較快,生產廠家較多,質量、性能、規格型號各不相同。前幾年多從國外引進,近幾年已經基本國產化了。

　　目前,國產食品凍干機還都是非標準化產品。大部分生產廠家走的是仿制道路。有的廠家在采用*技術的同時, 并且進行了很大的改進。如: 加熱板內采用了特殊導流裝置, 使板內流體的流量均勻, 保證了加熱的均勻和穩定; 捕水器在工作中可實現交替捕水和融冰, 捕水器盤管內氨液制冷方式由傳統的氨液相變制冷改為氨液無相變制冷, 使捕水器盤管內溫度均勻, 結霜性能良好。除仿制之外, 國內自己的研制能力也在提高, 有的單位已經脫離了仿制國外機型, 抽氣系統采用低架式水蒸汽噴射泵抽水蒸氣, 省去了捕水器和制冷系統, 使設備價格有所降低。設計采用地車式裝卸料, 地車采用萬向膠輪支撐運輸裝卸料盤的料車進出凍干箱。它與我國中國臺灣產地車運送料盤不同,與丹麥ATLAS 公司等引進的設備采用上吊車的結構也有區別, 是兩者優點的結合, 既省去了車間鋪吊軌、影響美觀、進出凍干室需搬道叉的麻煩,又克服了地車送料盤裝卸料時間長、傳導加熱溫度不均勻等缺點。這種設備結構簡單,制造容易,使用方便。

　　食品凍干機還存在著許多不足, 無論是國產還是引進設備其共同的缺點是價格貴, 耗能高,收回投資慢。因此,降低成本,減少能耗是食品凍干機今后的主攻方向。除此之外,國產凍干機還存在一些不足之處:

　　(1) 擱板溫度不均勻,造成凍干產品含水率不均勻,產品合格率受影響。造成溫度不均勻的原因各不相同。有的是擱板結構和材料質量不好;有的是加熱流體分流或流程有缺欠; 有的是捕水器在干燥箱內絕熱不好。

　　(2) 干燥速率低, 干燥箱內各點干燥快慢不一致,反映在產品上仍然是合格率受影響。其原因除擱板溫度不均勻外,還與真空系統配置得不合理有關。主要體現在捕水器配置得不合理;水蒸汽噴射泵性能不穩定;抽氣口位置不合理等。

　　(3) 無法判斷干燥何時結束,這是重要缺欠,因為它可能造成產品含水率高而不合格,也可能造成干燥時間過長而浪費能源。

　　(4) 捕水器效率低。主要體現在捕水器面積大而捕水量小,有部分無效面積,其根本原因是捕水器設計不合理。

　　(5) 真空度不穩定。除操作原因外,可能是真空系統設計不合理。對于水蒸汽噴射泵而言,可能出現的問題是蒸汽鍋爐壓力不穩定。

　　食品用凍干機的研究方向和發展趨勢應該是:

　　(1) 改進結構,優化設計,降低成本,減少能耗。國外有些凍干機不采用不銹鋼制造, 而采用低碳鋼涂覆食品用可烘干樹脂, 涂層厚度為0. 12～0. 20 mm ,在室溫下就會發出紅外線。擱板表面涂高性能遠紅外發射材料,增強其輻射能力, 料盤表面處理, 增強其吸熱能力。料盤在兩塊輻射擱板之間有一*位置, 而不是取中間位置,因此應優化設計。捕水器的結構、尺寸、結霜特性的優化,更有實際意義,因為它的造價目前幾乎相當于凍干箱的造價, 運轉功耗較大。對于凍干機而言, 加熱系統只是補充升華熱,功率消耗本不應太高,但現有設備并不盡如人意,應該通過結構優化,降低能耗。

　　(2) 保證質量, 提高性能。有的廠家生產的凍干機從安裝好之后, 一直不能投入正常生產; 有的凍干機雖然能生產,但能耗太高,生產的產品越多,賠錢越多; 還有的元器件不斷出現故障,影響正常生產。因此,今后生產的凍干機質量必須保證,可靠性要好。提高性能是指除加熱速率、抽氣速率、溫度均勻性、真空度穩定性之外,增強設備新的功能。例如增加凍干結束的判斷功能,簡單的辦法是稱重法。目前已經有人試驗,但都不太成功。原因是沒有離開天平和地秤的模式,致使小設備安裝困難,大設備笨重而不穩定。應該發展重量傳感器,用很小的一次元件給出重量隨時間的變化。

　　(3) 開發連續式凍干設備, 當前生產的凍干機都是間歇式產品, 隨著工業技術的發展,人民生活水平的提高,消費量會增大,因此發展連續凍干設備,增加凍干產品的產量是必然趨勢。