一种新型食品真空冷冻干燥的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种新型食品真空冷冻干燥机，包括制冷系统、真空系统、加热系统、循环系统和电控系统，其中制冷系统中的压缩机分别连接第一冷却换热器和冷阱室，真空系统中的真空泵组通过管道与冷阱室连接，加热系统中的循环热水泵分别连接干燥仓和加热换热器，加热系统中的第二冷却换热器与循环系统中的第一循环水泵连接，循环系统中的第二循环水泵与所述的第一冷却换热器连接，循环系统中的冷却塔分别连接第一循环水泵和第二循环水泵，电控系统中的工控机分别连接前述的制冷系统、真空系统、加热系统、循环系统。本实用新型提供的新型食品真空冷冻干燥机制冷迅速、真空度高，能够快速的实现冻干，而且利用工控机可以对系统进行可编程化控制。
【专利说明】一种新型食品真空冷冻干燥机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及化工设备【技术领域】，具体涉及一种新型食品真空冷冻干燥机。
【背景技术】
[0002]传统的干燥会引起材料皱缩，破坏细胞。而冷冻干燥是指通过升华从冻结的生物产品中去除水分或其他溶剂的过程。升华指的是溶剂，比如水，象干冰一样，不经过液态，从固态直接变为气态的过程。冷冻干燥得到的产物称作冻干物(Iyophilizer)，该过程称作冻干。在冰冻干燥过程中样品的结构不会被破坏，因为固体成份被在其位置上的坚冰支持着。在冰升华时，它会留下孔隙在干燥的剩余物质里。这样就保留了产品的生物和化学结构及其活性的完整性。在实验室中，冻干有很多不同的用途，它在许多生物化学与制药应用中是不可缺少的。它被用来获得可长时期保存的生物材料，例如微生物培养、酶、血液、与药品，除长期保存的稳定性以外，还保留了其固有的生物活性与结构。为此，冻干被用于准备用做结构研究(例如电镜研究)的组织样品。冷冻干燥也应用于化学分析中，它能得到干燥态的样品，或者浓缩样品以增加分析敏感度。冻干使样品成分稳定，也不需改变化学组成，是理想的分析辅助手段。冷冻干燥可以自然发生。在自然情况下，这一过程缓慢而且不可预测。通过冷冻干燥系统，人们改进、细分了很多步骤，加速了这一过程。
[0003]真空冷冻干燥机将制冷系统，真空系统，导热油加热系统，排湿系统组合一体，较大地利用箱体内存放物料空间进行干燥的冷冻真空干燥。
[0004]1.冻干的优点:
[0005]冻干与通常的晒干、煮干、喷雾干燥及真空干燥相比有如下突出的优点。
[0006]a.冻干是在低温下干燥的，不会使蛋白质产生变性，但可使微生物等失去生物活力。这对于那些热稳定性能差的生物活性制品、生物化学类制品、基因工程类制品和血液制品等的干燥保存特别适用。
[0007]b.由于是低温干燥，使物质中的挥发性成分和受热变性的营养成分和芳香成分损失很小，因此是化学制品、药品和食品的优质干燥方法。
[0008]c.在低温干燥过程中，微生物的生长和酶的作用几乎无法进行，从而能最好地保持物质原来的性状。
[0009]d.干燥后体积、形状基本不变，物质呈海绵状，无干缩，复水时与水的接触面大，能迅速还成原来的形状。
[0010]e.因一般是在真空下干燥，故氧气极少，使易氧化的物质得到了保护。
[0011]f.能除去物质中95%?99.5%的水分，制品的保存期长。
[0012]2.冻干的应用
[0013]冻干是一种优质的干燥方法。但是它需要比较昂贵的专用设备，干燥过程中的能耗较大，因此加工成本较高，目前主要应用在以下几个方面。
[0014]a.生物制品、药品方面:如抗菌素、抗毒素、诊断用品和疫苗的保存。
[0015]b.微生物和藻类方面:如各种细菌、酵母、酵素、原生动物、微细藻类等的长期保存。
[0016]c.生物标本、生物组织方面:如制作各种动植物标本，干燥保存用于动物异种或同种移植的皮肤、骨骼、主动脉、心瓣膜等边缘组织。
[0017]d.制作用于光学显微镜、电子扫描和透射显微镜的小组织片。
[0018]e.食品的干燥方面:如咖啡、茶叶、肉鱼蛋类、海藻、水果、蔬菜、调料、豆腐、方便食品等。
[0019]f.高级营养品及中草药方面:如蜂王浆、蜂蜜、花粉、中草药制剂等。
[0020]g.超细微粉的制备方面:如制取 A1203、Zr02、Ti02、Ba2Cu307 ?8、Ba2Ti9020 等超细微粉。
[0021]h.其他方面:如化工中的催化剂，冻干后可提高催化效率5?20倍；将植物叶子、土壤冻干保存，用以研究土壤、肥料、气候对植物生长的影响及因子的作用；潮湿的木制文物、淹坏的书籍稿件等用冻干法干燥，能最大限度地保持原状等。
[0022]3.冷冻干燥的基本过程如下:
[0023]a.制品的制备(前处理):如药物的培养、灭菌、分装、洗瓶、半加塞等，食品原料的挑选、清洗、切分、灭酶、分装等。
[0024]b.制品的冻结(预冻):将制品冻结成固态。
[0025]c.第一阶段干燥(升华干燥):将制品中的冰晶以升华方式除去。
[0026]d.第二阶段干燥(解吸干燥):将残留于制品的水分在较高温度下蒸发一部分，使残余水分达到预定要求。
[0027]e.密封包装:已干制品一般应在真空或充惰性气体条件下密封包装，以利于储存。
实用新型内容
[0028]本实用新型的目的是提供一种新型食品真空冷冻干燥机，该真空冷冻干燥机降温迅速，真空度高，板层温度均匀，而且使用可编程的电控系统。本实用新型采用的技术方案如下所述。
[0029]一种新型食品真空冷冻干燥机，包括制冷系统、真空系统、加热系统、循环系统和电控系统，其中制冷系统中的压缩机分别连接第一冷却换热器和冷阱室，真空系统中的真空泵组通过管道与冷阱室连接，加热系统中的循环热水泵分别连接干燥仓和加热换热器，加热系统中的第二冷却换热器与循环系统中的第一循环水泵连接，循环系统中的第二循环水泵与所述的第一冷却换热器连接，循环系统中的冷却塔分别连接第一循环水泵和第二循环水泵，电控系统中的工控机分别连接前述的制冷系统、真空系统、加热系统、循环系统。
[0030]其中，所述的工控机是带人机交互界面的可编程逻辑控制器(PLC)。
[0031]本实用新型提供的新型食品真空冷冻干燥机制冷迅速、真空度高，能够快速的实现冻干，而且利用工控机可以对系统进行可编程化控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本实用新型实施例中一种新型食品真空冷冻干燥机的示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面给出本实用新型的较佳的实施例，这些实施例并非限制本实用新型的内容。
[0034]实施例
[0035]请见图1所示，本实用新型实施例提供一种新型食品真空冷冻干燥机，包括制冷系统、真空系统、加热系统、循环系统和电控系统，制冷系统中的压缩机2分别连接第一冷却换热器3和冷阱室I，真空系统中的真空泵组4通过管道与冷阱室I连接，加热系统中的循环热水泵6分别连接干燥仓5和加热换热器7，加热系统中的第二冷却换热器8与循环系统中的第一循环水泵10连接，循环系统中的第二循环水泵11与所述的第一冷却换热器3连接，循环系统中的冷却塔9分别连接第一循环水泵10和第二循环水泵11，电控系统中的工控机(图中未画)分别连接前述的制冷系统、真空系统、加热系统、循环系统。所述的工控机是带人机交互界面的可编程逻辑控制器(PLC)。
[0036]在本实用新型中，真空系统采用水封泵加油封泵的组合方式，初期排除空气由大功率油封泵组快速预抽，维持工作真空用小功率的罗茨泵组工作，可降低能耗，同时水封泵组又可以抽除水蒸汽，避免了油封泵的排水性能差，水汽使泵油乳化变质进而造成系统真空不稳定的弊端。加热系统为封闭式自动加压水循环系统，采用三通调节阀自动控制调节水循环系统的供热量，自动定压系统可以保证热水温工作度至120摄氏度，提高导热效率。制冷系统中小型设备采用氟利昂制冷，由膨胀阀自助调节供液流量，大型设备采用氨单相循环制冷的特有方式，制冷供液稳定性好，易操作。采用后置式捕水冷阱，通路短，阻力小，水汽通路设计流畅，捕水均匀，提高捕水效率，节约能耗。电控系统采用PLC - HMI 一工业PC控制和监控，加装GRM400系列远端控制模块，可实现远程维护、远程实时控制和监控。由于冻干机最重要的性能之一为“冻干曲线控制”，本实用新型特有针对食品冻干机的冻干曲线10段时间和温度的自动控制运行系统，使曲线设定、操作非常简便，且可靠性高。温度调节阀采用含正负PID算法的温度自动调节系统，不但可以精确控制曲线温度和速率，还可以延长调节阀的使用寿命。
[0037]本实用新型中的电控系统是真空冷冻干燥机的核心控制系统，对冻干机的机械、电器设备的控制和保护，对产品生产加工工艺的精度起着决定性的作用，一套好的控制系统是实现安全可靠，操作方便，自动化生产的保证。PLC(可编程逻辑控制器)是一种专用于工业控制的计算机，在工业应用具有可靠性高，抗干扰能力强，能适应各种恶劣的运行环境，且系统构成灵活，扩展容易，能与上位机构成复杂的控制系统，实现生产过程的综合自动化。HMI (人机界面)是PLC系统和用户之间进行信息交换的媒介，具有操作方便，性能可靠，功能强大，很适合工业现场设备运行的监视和控制。工业级PC(工业电脑)具备坚固、防震、防潮、防尘、耐高温多插槽和易于扩充等特点。是各种工业控制和自动化领域应用的最佳平台。
[0038]以下是本实用新型真空冷冻干燥机对“冻干榴莲过程”的较佳的操作实例。
[0039]1.确认物料已经在速冻库冻结好，一般在速冻库_30°C下恒温冻结3小时左右(产品的预冻温度通常比产品共晶点温度低5-10°C )。
[0040]2.确认冷阱室I已经除霜干净，真空充气阀，除霜水阀彻底关好。
[0041]3.真空冷冻干燥机开始预冷，当冷阱室I温度达到_15°C左右时，就可以把速冻库冻结好的产品推入干燥仓5内。
[0042]4.插好物料传感器的探头，关好冻干机干燥仓门。
[0043]5.开启真空泵组4的冷却系统循环水泵，依次开启真空阀组，开始抽真空，待真空度达到70Pa以下，冷阱室I温度达到-30°C以下，便可开启加热系统开始加热。
[0044]6.通过加热系统，逐步提高板温至80_90°C，通过速率控制升华速度，在此过程中真空度不超过lOOPa，冷阱室I温度保持在_28°C以下。此过程一般在2_3小时左右。
[0045]7.通过温控曲线的设定，分阶段，逐步降低板温至40_50°C，过程控制在10小
[0046]时以内(根据产品不同有出入)，当产品温度接近板温说明升华已基本结束。
[0047]在此过程中真空度不超过lOOPa，冷阱温度保持在_28°C以下。
[0048]8.再运行2-3小时，此时因为升华已基本完毕，，在此过程中真空度120Pa以下，冷阱温度保持在_20°C以下就可以了。一般食品冻干过程在12-16小时左右。
[0049]9.确认温控曲线已经走完，产品已干，停止真空系统，加热系统，制冷系统，开启真空充气阀，破真空出仓。
[0050]10.出仓完毕后，产品入库封装。打开冲霜水阀，对冷阱彻底除霜，打印或储存相关数据。
[0051]显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，对本【技术领域】的普通技术人员而言，在没有做出创造性劳动的情况下，基于本实施例所做出的其他实施例都属于本实用新型的保护范围，本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种新型食品真空冷冻干燥机，包括制冷系统、真空系统、加热系统、循环系统和电控系统，其特征在于，制冷系统中的压缩机分别连接第一冷却换热器和冷阱室，真空系统中的真空泵组通过管道与冷阱室连接，加热系统中的循环热水泵分别连接干燥仓和加热换热器，加热系统中的第二冷却换热器与循环系统中的第一循环水泵连接，循环系统中的第二循环水泵与所述的第一冷却换热器连接，循环系统中的冷却塔分别连接第一循环水泵和第二循环水泵，电控系统中的工控机分别连接前述的制冷系统、真空系统、加热系统、循环系统。
2.如权利要求1所述的食品真空冷冻干燥机，其特征在于，所述的工控机是带人机交互界面的可编程逻辑控制器。
【文档编号】F26B5/06GK203928604SQ201420216112
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】徐国峰, 闵良 申请人:上虞冠峰食品机械有限公司