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艾慕中试冻干机食品工业中的节能措施综述

时间:2018-02-23 点击次数:849

摘要:冻干食品具有多重优越性,是食品业未来的一个发展方向。但是,由于冻干过程能耗非常大,使得冻干食品的成本高,推广受阻。本文针对真空冷冻过程的节能问题,对近几年研究者提出的节能措施做出概述。 
中国论文网 http://www.xzbu。。com/1/view-5612260.htm
  关键词:真空冷冻干燥;冻干食品;节能措施 
  真空冷冻干燥(简称冻干)技术是将含水物料在低温状态下冻结,然后在真空条件下,使冰直接升华成水蒸气并排掉脱水物料中的水分使物料干燥的一门高新技术[1]。该技术已广泛应用于食品加工业,加工出的冻干食品既避免了食品在一般干燥方法中出现的体积形状改变、表面硬化和营养流失等现象,又保留了食品原有的口感,而且保质期长,便于运输。基于以上优点,冻干食品越来越受到人们的喜爱。但是,在冷冻干燥过程中进行的干燥时间较长,能耗大,这使得冻干食品的成本高,发展受到限制,目前仅在高附加值产品上有较多应用。另外,在能源紧缺的今天,节能降耗亦成为工业发展中不可忽视的问题。因此,国内外许多研究者对冻干过程中的节能问题进行不断的探索和研究,并取得了一定的进展。 
  一、冻干过程的节能措施 
  有关真空冻干过程的节能问题,研究者大都从冻干工艺、冻干技术以及冻干设备三个方向对过程进行优化改进。 
  (一)冻干工艺的节能措施 
  1.对物料的形状处理和浓度调整 
  对于固体物料,如果没有过高的形状要求,可通过切割处理来增大传热传质面积,从而加快冻干速率,减少冻干时间;如果物料的形状要求高,不允许切割,可采取穿刺处理,以利于物料内部的水蒸气逸出,通过强化传质过程来提高冻干速率。 
  对于液体原料,若含较多胶体物质,当浓度较高时,适当降低物料的浓度就有助于提高冻干速率。但是,物料浓度也不宜过低,否则会因除去的水分太多而增加能量消耗,且易造成水蒸气扩散孔道堵塞,降低冻结速率[2]。若液体原料含水量很高,如含水量高达80%以上,冻干前应尽可能先将其浓缩,以提高干燥速率[4]。 
  2.干燥工艺联合使用 
  依据物料的特性,将两种及两种以上的干燥方式按照优势互补的原则,分阶段干燥的复合干燥技术称为联合干燥。真空冻干与热风干燥组合干燥、先真空冻干再通风干燥、微波真空与真空冻干组合干燥等联合干燥技术,对一定物料,同仅用真空冷冻干燥技术相比,均体现出了节能优势[2~4]。 
  3.真空冷冻干燥系统 
  对于真空冷冻干燥系统,应从真空度的维持、制冷系统和干燥系统三个方面采取节能措施。首先,低真空度对热量向外扩散有利,但同时水汽向外扩散的阻力也会增加;高真空度时结果相反[5]。真空度越高,维持真空所需的能耗就比较大。因此,选择合适的真空度有利于降耗。其次,降低冷凝温度、提高蒸发温度、采用科学合理的传热方式、采用自动系统以及实现能量综合利用都利于冻干过程能耗的减少[6]。 
  4.改进加热方式和加热温度 
  冻干的传热方式大致可分为:传导、对流、热辐射和微波加热。对大厚度物料,冻干宜采用微波加热,而小厚度物料冻干,宜采用表面加热,即接触式传导和辐射加热;至于厚度的分界点,则视不同物料性质决定。 
  加热温度的控制包括冻结层和已干层的温度控制。在保证物料不发生融化的情况下,冻结层温度温度越高越好。在不使物料变性或已干层结构崩解的前提下,尽量采用较高的已干层温度,以缩短干燥时间[2]。 
  5.控制预冻速度和料盘装载量 
  王洁等在研究真空冻干工艺流程时发现,预冻速度影响冰晶的形成,较快的冻结速率冰晶较小,不利于升华,脱水时间长,但干后溶解快。较慢的冻结速率冰晶较大,,对干燥脱水有利,但干后溶解慢。另外,单位面积料盘上,物料堆积的厚度愈薄,传热和传质速度越快,干燥时间愈短。但是,物料厚度薄则单位冻干面积上每批次干燥的物料少,对提高单位冻干面积和单位时间产量不利。所以,选择合适的料盘装载量和降温速率可以降低能耗。 
  二、冻干技术的节能措施 
  1.控制冰点真空干燥法 
  控制冰点真空干燥法利用冻干与真空干燥的各自优点,在食品温度上严格控制其接近冰点,但不能结冰,这样不但节省了制冷能耗,更避免了食品的热变性问题,也避免了相变过程中对生物细胞的破坏[9]。 
  2.常压吸附流化冷冻干燥技术 
  常压吸附冻干技术的基本原理是用高性能的干燥剂吸附升华出来的水蒸汽,使冻结后的食品在常压下靠蒸气分压差达到升华干燥目的[10]。该技术与流态化技术结合后,物料与吸附剂之间获得了良好的传热、传质条件,有利于干燥过程的进行。此外,常压吸附流化冷冻干燥以吸附剂吸收水汽,不需额外制冷,可节省大量的制冷电能。 
  三、冻干设备的节能措施 
  1.在真空干燥箱内加装搅拌装置 
  在真空干燥箱内加类似风机等的搅拌装置,可通过搅动,气体分子的运动加强,传热速率提高,从而加速物料的干燥;也可在冻干机的干燥箱内安装刮板,当干燥层形成时就刮去,提高传热和传质速率。 
  2.改变物料托盘的结构 
  物料托盘可从托盘材料的导热性、料盘与物料的接触传热面、料盘内物料与外部的通气问题三个方面进行改进。选择导热性好的材料、将物料托盘由平板式改为网状托盘可有效地强化冷冻干燥过程。 
  3.采用热泵供热 
  林永进等发现采用以冷却水为低温热源的热泵供热可收到显著的节能效果。与此同时冷却塔的循环水量和风量降低,进一步起到节能环保的作用。 
  四、展望 
  冻干食品因满足人们对方便食品的多重要求而越来越受到人们的青睐,其发展前景不言而喻。真空冷冻干燥技术还有很大的节能潜力,相信通过广大研究者的不断努力,该技术将会被不断优化,如果其制作过程中高能耗问题能有效解决,那么冻干食品的成本将会降低,其必将得到更大的推广。 
  参考文献: 
  [1]周恒良,秦红平.浅谈食品的真空冷冻干燥.中国科技信息,2009,5:114―115. 
  [2]胡俊,蒲彪,何锦风.真空冷冻干燥过程中节能措施探讨.食品与机械,2007(3):122―125. 
  作者简介: 
  师维(1991.12―),女,河南洛阳人,郑州大学化工与能源学院2010级本科生,制药工程专业 
  郭月明(1991.11.23),女,河南洛阳,郑州大学化工与能源学院2010级本科生,热能与动力工程专业

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