一、概述
仓式冷冻干燥机是一种通过冷冻、真空升华原理去除物料水分的设备,适用于食品、药品、生物制品等热敏性材料的干燥。其核心优势在于保持物料活性成分、形态结构及色泽,延长保质期,广泛用于制药、食品加工、科研等领域。
二、技术原理
原理是基于水的三态变化和升华原理。在真空条件下,冰可以直接从固态转变为气态,而无需经过液态,这个过程被称为升华。仓式冷冻干燥机正是利用这一原理,将物料中的水分以冰晶形式直接升华为水蒸气,从而达到干燥的目的。
具体而言,主要由以下几个部分组成:制冷系统、真空系统、加热系统和控制系统。制冷系统负责将物料迅速冷冻至共晶点以下,使水分凝结成冰晶;真空系统则为升华过程提供所需的低气压环境;加热系统向物料提供升华所需的热量;控制系统则负责整个干燥过程的自动化控制。
在干燥过程中,物料首先被送入制冷系统进行预冻,使物料中的水分全部凝结成冰晶。然后,物料被送入干燥室,在真空环境下,冰晶开始升华。随着升华的进行,物料中的水分逐渐被去除,最终达到干燥的目的。
三、核心结构与功能
模块 | 功能描述 |
干燥仓 | 不锈钢密闭腔体,耐压耐低温(-50℃~+80℃),内置多层物料托盘。 |
制冷系统 | 压缩机制冷(复叠式或单级),提供-80℃~-40℃冷冻条件。 |
真空系统 | 油扩散泵或干泵,维持0.1~10 Pa真空度,促进冰晶升华。 |
加热系统 | 电加热或硅油循环加热,提供可控升温(0~100℃),加速解析干燥。 |
控制系统 | PLC/HMI界面,设定冻干曲线(温度、压力、时间),记录数据并报警。 |
捕水器(冷阱) | 冷凝升华水汽,温度≤-50℃,防止水汽回流污染物料。 |
四、应用特点
保持物料原有结构和品质:由于仓式冷冻干燥机是在低温、真空环境下进行干燥,物料中的营养成分、活性成分以及微生物等都能得到较好的保留,使得干燥后的物料能够保持原有的结构和品质。
1、干燥效率高:采用低温和真空的联合作用,使得干燥速度更快,能够在较短时间内将物料中的水分去除。同时,由于其干燥过程是在真空环境下进行,避免了物料与空气的接触,从而减少了氧化反应的发生。
2、能耗低、环保:相比其他干燥设备,仓式冷冻干燥机的能耗更低,且没有废气、废热等产生,符合现代工业生产对节能环保的要求。
3、适用范围广:仓式冷冻干燥机适用于多种物料,包括固体、液体以及粘稠物料等。在食品、药品、生物制品等领域都有广泛应用。
五、应用案例
1、食品工业:用于制作各种冻干食品,如冻干水果、蔬菜、肉类等。这些冻干食品不仅保留了原有的营养和风味,而且具有重量轻、体积小、便于携带和保存等优点。
2、制药行业:用于制造药品和疫苗等生物制品。通过冷冻干燥技术,可以去除药品中的水分,使其能够在常温下长时间保存,并保持其生物活性。
3、生物技术领域:用于保存生物样本和细胞等。这些生物样本和细胞经过冷冻干燥处理后,可以在常温下长期保存,方便后续实验和研究。