zlg-04型试验用冻干机的设计(编辑修改稿)

zlg-04型试验用冻干机的设计(编辑修改稿)内容摘要：

如需要完整文档及 cad 图 等其他文件，请加球球：一九八五六三九七五五 1 绪论 1 1 绪论 真空冷冻干燥的原理、特点及其应用领域 真空冷冻干燥 (以下简称冻干 )技术是一门跨学科的复杂技术，技术含量比较高、涉及知识 面比较广的一种技术，也是一门实验性很强的技术。 它需要真空、制冷、流体、生物工程、传热传质和自动控制等方面知识，它是交叉学科发展的产物，它的发展推动着交叉学科的进步。 同时它还是一项高新应用技术，在、医药、化工等领域都有着广泛的应用，冻干是先将含水物质冻结，并在冻结状态下于真空中使冰结晶升华而将物料干燥的方法，即使在低温低压下干燥。 真空冷冻干燥是先将湿物料冻结到共晶点温度以下，使水份变成固态的冰，然后在适当的温度和真空度下，使冰升华为水蒸汽，再用真空系统的捕水器将水蒸气冷凝，从而获得干燥制品的技术。 干燥过程是 水的物态变化和移动过程。 由于这种变化和移动是发生在低温和低压下。 因此，真空冷冻干燥的基本原理就是低温低压下传热传质的机理。 真空冷冻干燥是物质脱水干燥的一种工艺措施，冷冻干燥的基本工艺流程为：前处理 → 预冻结 → 真空干燥 → 真空包装 → 成品。 一般分预冻、升华、解析 3 个主要过程。 其中升华和解析是在真空条件下进行的。 与其他干燥方法 (自然风干、晒干、热风干燥 )相比，具有以下特点：冷冻干燥在低温下进行，且处于高真空状态，因此对于许多热敏性的物质特别适用，如蛋白质、微生物之类不会发生变性或失去生物活力。 一些易氧化的物质得到了保 护，保留了新鲜食品的色、香、味及营养成分。 由于在冻结的状态下进行干燥，因此体积几乎不变，保持了原来的结构，不会发生浓缩现象。 干燥后的物质疏松多孔，呈海绵状，加水后溶解迅速而完全，几乎立即恢复原来的性状。 冻干产品脱水彻底，含水量低 (2%一 5%)，重量轻，贮运方便；冻干制品采取真空或充氮气包装和避光保存，可保持 5 年不变质。 由于重量轻，可室温贮运销售，对营销十分有利。 与速冻制品相比，免除了运输储存、销售过程中消耗很高的冷藏链。 在升华过程中溶于水中的可溶性物质就地析出，避免了一般干燥方法中的表面硬化和营养损失的现象。 冷冻干燥产品价格高，设备投资大，成本高 [1]。 真空冷冻干燥设备的工作原理是：先将湿物料冻结到共晶点温度以下，使水分变线达到规定的要求而停止供热和抽真空，完成冻干全过程。 化学热力学中的相平衡理论是真空冷冻干燥技术原理的基础。 在一定的压力和温度下，水的三种形态之间达到一定的相平衡，据此得到水的相图 (图 11)三相点显示毕业（论文） 2 了水的气、液、固三相共存的压力和温度条件。 图 1l水的相平衡图 当蒸汽压大于三相点压力 P0()时，冰首先融化为水然后再由水转化为水蒸气，其过程为蒸 发过程；如果低于三相点压力，冰可直接升华为水蒸气，这就是升华干燥的理论基础。 当干燥室内的真空度低于 6l0Pa 绝对压力，物料温度低于零度，物料内的冰晶才能直接升华成水蒸气。 一般采用预冻结的方法：先将含水物品快速低温冻结，然后在高真空的条件下，使物品中的冰晶升华，待冰晶升华后再除去物品中的吸附水，即成为冷冻干燥物品。 冷冻干燥物品的残留水量一般在 1％ 4％ 左右。 冻干历史和发展概况 真空冻干技术起源于 19 世纪初，但由于制冷技术与真空技术等限制，直 至 20世纪初人们才开始用于干燥生物制品，第二次世界大战中，由于急需人体血浆，真空冻干技术得以快速发展。 二战结束后，在一些发达国家中先后将此技术用于加工上。 一时间各种真空冻干厂蜂拥出现，有人当时预言，真空冻干将很快取代其它干制。 可成固态的冰，然后将经过前处理的预冻装入干燥仓内，在低温真空状态下，由加热板导热或辐射方式供给热能，使中的水分直接由冰升华成水蒸气，不断升华出的水蒸气，由于复杂的设备、巨大的能耗和很低的生产率，使其产品难以销售。 60 年代中期，某些真空冻干厂出现倒闭和转产。 70 年代人们对真空冻干重新认识 ，这个时期冻干研究报道与专利技术最多。 真空冻干理论也很深入，如循环压力法，均匀退却理论模型，交替工作冷凝装置，微波热源作为强化换热性能的试验探讨等。 80 年代至今，真空冻干设备已经商品化、系列化、标准化。 冻干面积从几平方米至上千平方米。 作业方式有间歇式和连续式。 自动控制程度高，有些真空冻干机实现微电脑管理，使真空冻干工艺更趋合理化 [2]。 毕业（论文） 3 真空冷冻干燥的发展概况 真空冷冻干燥是将物体冻结到共晶点温度以下，然后在较高的真空条件下通过升华 干燥除去物体中水分的一种干燥方法。 真空冷冻干燥技术是随制冷、真空、生物、电子等技术的发展而迅速兴起的多学科综合性应用技术，除了在传统的医学、生物学、药学、农业等领域得到广泛的应用外，目前已向分子生物学、基因工程学、新型生物医学、中药新制剂、高品质方便食品、考古学、粉末材料制造等领域发展。 随着我国社会主义市场经济的高速发展和人民生活水平的迅速提高，对冻干技术的应用和冻干产品的需求日益增长。 但在我国，冻干技术无论在理论研究还是工艺水平、设备制造等方面与国际水平比较均有很大差距，因而近年来对冻干技术和冻干设备性能 的研究已引起广泛的兴趣和重视。 我国已生产出多台冻干机，但其性能和功能仍不能满足市场的要求，与国外产品仍有很大的差距。 如何缩小差距，使我国生产的冻干机也能走出国门，走向世界，应该是我们真空冷冻干燥研究人员的责任和使命 [3]。 我国冻干的历史 解放前，我国的冻干技术和设备都是进口的，既没有从事冻干技术研究的大专院校和科研院所，也没有冻干设备的设计人员和制造工厂。 1951 年在上海由葛学煊工程师最先设计成功冻干机，并于 1953 年由上海合众、五昌机器厂和上海医疗器械厂分工制造， 20 世纪 50 年代共生产 10 套，当 时由于质量差、能耗大没有发展起来。 1965 年原北京人民厂、轻工部研究所和北京工业研究所合作对果蔬、肉类、对虾、鸡蛋粉等冻干进行试验研究，并设计制造了每日脱水 500kg的冻干设备，搁板面积为，于 1969 年在原北京人民厂试车并投产。 20 世纪 60 年代，北京、天津、南京、上海、大连等地相继建立了一些实验性冻干食品生产厂家并先后仿制了一批冻干机，特点是整体式，搁板温度不均匀，手动操作，能自动记录。 1965 年原北京人民厂、轻工部研究所和北京工业研究所合作对果蔬、肉类、对虾、鸡蛋粉等冻干进行试验研究，并设计制 造了每日脱水 500kg的冻干设备，搁板面积为 ，于 1969 年在原北京人民厂试车并投产。 1974 年上海梅林罐头厂对冻干进行开发，于 1978 年建成了年产 300 吨的冷冻升华干燥车间，这是当时我国最大的冻干装置。 该装置采用蒸汽喷射泵抽真空系统，加热方式采用平板式加热板，以水为载热体，加热板表面涂以黑色涂料，以增加辐射强度。 在国产冻于机中是首次采用辐射加热型式的机型。 1975 年，华中工学院的林秀诚、赵鹤皋和湖北省生物药品厂共同研制成功冻干面积为 m2的大型冻干机，采用单机双级压缩机，这是我国自行研 制的第一台能在冻干机内加塞的冻干饥。 1977年广东省江门冷冻 厂建成冷冻干燥车间，最大日处理鲜蘑菇可达 600kg，当时的冻干毕业（论文） 4 因加工费用高且未打入国际市场效益不佳而导致工厂停产。 为加快我国冻干技术的发展，机电部将工业真空冷冻干燥机列入 1988 年工业技术发展基金项目，由华中理工大学承担并与浙江真空设备厂协作进行研制，产品于 1989 羊通过部级鉴定，该机结构紧凑，功能齐全，搁板间距可调，采用微机程控。 80 年代后，冻干的生产在我国又有了较大的发展。 经济效益比较好的是青岛市第二厂 (青岛大洋股份有限公司 )，引进了日本冻干设备生产冻干香葱、姜片等，主要用于出口。 1990 年东北大学研制 了ZLC1 型人参真空冷冻干燥机，并于 1993 年获辽宁省政府科技进步三等奖。 万保馄真空技术 (深圳 )有限公司亦于 1992 年利用日本进口的制冷机、真空泵、控制系统，在深圳制造了干燥箱、水汽凝结器，研制了一台 ，安装在广东汕头市。 1994 年广州长城制冷设备厂与华中科技大学协作，研制开发 SZGD 型冷冻干燥设备，适合于加工蔬菜、肉类、水产品、调料及保健品，这些产品的开发，开辟了农副产品，开辟了农副产品加工出口的国际市场。 1997 年，上海浦东冷冻干燥设备厂与日本共和真空株式会社进行技术协作，研制了 2 台 100m2冷冻干燥机，安装在浙江宁波永进冷冻有限公司，至今运行良好。 1998 年，烟台冰轮集团有限公司引进俄罗斯技术成功地研制了 40m2的冷冻干燥机。 19962020 年，兰州科近真空冻干技术有限公司发展很快，共生产了 32 套 JDC 型冻千机。 烟台冰轮集团公司的 ZDG 冻干机被列入《一九九八年度国家火炬项目计划》， 2020 年获山东省科技进步二等奖；兰州科近真空冻。