臺式凍干機(jī)是一種用于將物質(zhì)通過冷凍和真空升華過程進(jìn)行脫水的設(shè)備。它廣泛應(yīng)用于食品、藥品、化妝品以及生物樣品的保存與處理。相較于工業(yè)型凍干機(jī)體積小，它更適合實(shí)驗(yàn)室及小規(guī)模生產(chǎn)。本文將從其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝流程兩個(gè)方面進(jìn)行分析。
一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
臺式凍干機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)核心部件：
1、冷凍系統(tǒng)：冷凍系統(tǒng)是其關(guān)鍵部分，主要由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器和冷凝器組成。冷凍系統(tǒng)的作用是將物質(zhì)在低溫環(huán)境下冷凍到指定溫度。這一過程確保物料中的水分凍結(jié)成冰，從而為后續(xù)的真空升華提供條件。
2、真空系統(tǒng)：真空系統(tǒng)是通過真空泵及其管道連接的設(shè)備，能夠?qū)龈墒覂?nèi)的氣壓降低至接近真空狀態(tài)。低氣壓狀態(tài)有助于物料中的水分通過升華而非融化直接從固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，從而避免了在傳統(tǒng)蒸發(fā)過程中的液態(tài)水分喪失，保證了物料的營養(yǎng)成分和活性物質(zhì)不被破壞。
3、升華室（凍干倉）：升華室是核心部分，它是一個(gè)密閉空間，內(nèi)設(shè)有溫控裝置和溫度傳感器，用于控制凍干過程中的溫度。升華室內(nèi)的溫度較低，保證了水分以升華的形式從物質(zhì)中去除。
4、加熱板：加熱板通常放置在升華室的底部，作用是提供熱量給凍結(jié)的物質(zhì)，幫助物質(zhì)在低溫條件下完成升華過程。通過精確調(diào)節(jié)加熱板的溫度，可以控制升華速度，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。
5、控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是重要的組成部分，它包括溫度、壓力、時(shí)間等參數(shù)的控制。用戶可以通過顯示屏或觸摸屏來設(shè)定和監(jiān)控凍干過程的各項(xiàng)參數(shù)。大多采用微電腦控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作。
二、工藝流程
凍干工藝的核心原理是將物質(zhì)中的水分通過冷凍和升華去除，從而延長物質(zhì)的保質(zhì)期，同時(shí)最大限度地保留物質(zhì)的營養(yǎng)成分和活性物質(zhì)。臺式凍干機(jī)的工藝流程通常包括以下幾個(gè)步驟：
1、預(yù)處理階段：在凍干前，物料需要進(jìn)行一定的預(yù)處理。食品一般需要進(jìn)行切割、清洗、浸泡等步驟，藥品或生物樣品可能需要凍存或調(diào)節(jié)其pH值等。這一階段的主要目的是去除不必要的雜質(zhì)并提高凍干效果。
2、冷凍階段：將物料放入升華室內(nèi)，啟動(dòng)冷凍系統(tǒng)使物料降溫至指定溫度，通常為-40℃至-80℃。在此溫度下，物料中的水分迅速凍結(jié)成冰。冷凍的速度應(yīng)適中，過快或過慢都會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。
3、初升華階段：冷凍完成后，啟動(dòng)真空泵將升華室內(nèi)的氣壓降低。此時(shí)，凍結(jié)的水分開始升華，即從固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，避免了物料中的水分形成液態(tài)水的情況。
4、二次升華階段：為了確保物料中水分去除，二次升華階段會(huì)進(jìn)行更加細(xì)致的真空和加熱過程。此時(shí)，物料的溫度會(huì)逐步上升，以促進(jìn)升華過程的進(jìn)行。此階段通常需要數(shù)小時(shí)至數(shù)天的時(shí)間，具體時(shí)間視物料種類和水分含量而定。
5、干燥完成與包裝階段：當(dāng)凍干過程完成后，系統(tǒng)自動(dòng)升溫至常溫，并逐漸恢復(fù)到常壓狀態(tài)。此時(shí)，可以取出干燥好的物料進(jìn)行包裝和存儲(chǔ)。凍干后的物料通常具有較長的保存期，并且形態(tài)結(jié)構(gòu)基本保持原狀。
臺式凍干機(jī)作為小型設(shè)備，具有操作簡單、設(shè)備緊湊的特點(diǎn)，適用于實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模生產(chǎn)。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和精確的工藝流程，能夠高效地去除物料中的水分，保留其營養(yǎng)成分和活性，廣泛應(yīng)用于食品、藥品等領(lǐng)域。在未來的研究和應(yīng)用中，凍干技術(shù)有望進(jìn)一步優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率并拓寬應(yīng)用范圍。
