真空干燥原理

真空干燥原理:

在常壓下的各種加熱干燥方法，因物料受熱，其色、香、味和營(yíng)養(yǎng)成分會(huì)受到一定程度的損失。如果采用真空干燥的方法，由于處于負(fù)壓狀態(tài)下隔絕空氣使得部分在干燥過(guò)程中容易發(fā)生氧化等化學(xué)變化的物料能更好地保持原有的特性，就能減少品質(zhì)的損失。真空干燥就是將被干燥的食品物料放置在密閉的干燥室內(nèi)，在用真空系統(tǒng)抽真空的同時(shí)，對(duì)被干燥物料適當(dāng)不斷加熱，使物料內(nèi)部的水分通過(guò)壓力差或濃度差擴(kuò)散到表面，水分子在物料表面獲得足夠的動(dòng)能，在克服分子間的吸引力后，逃逸到真空室的低壓空氣中，從而被真空泵抽走除去。

真空干燥方式各種各樣究其根本而言可分為通過(guò)沸點(diǎn)和通過(guò)融點(diǎn)兩種。

一、通過(guò)沸點(diǎn)干燥

干燥過(guò)程中，液體水分汽化有軸蒸發(fā)和沸騰兩種方式。水在沸騰時(shí)的汽化速度比在蒸發(fā)時(shí)的汽化速度快得多，水分蒸發(fā)變成蒸汽可以在任何溫度下進(jìn)行。水分沸騰變成蒸汽，只能在特定溫度下進(jìn)行，但是當(dāng)降低壓強(qiáng)的時(shí)候，水的沸點(diǎn)也降低。例如，在19 .6kPa氣壓下，水的沸點(diǎn)即可降到60°C。真空干燥機(jī)就是在真空狀態(tài)下，提供熱源，通過(guò)熱傳導(dǎo)、熱輻射等傳熱方式供給物料中水分足夠的熱量，使蒸發(fā)和沸騰同時(shí)進(jìn)行，加快汽化速度。同時(shí)，抽真空又快速抽出汽化的蒸汽，并在物料周圍形成負(fù)壓狀態(tài)，物料的內(nèi)外層之間及表面與周圍介質(zhì)之間形成較大的濕度梯度，加快了汽化速度，達(dá)到快速干燥的目的。

真空干燥過(guò)程受供熱方式、加熱溫度、真空度、冷卻劑溫度、物料的種類和初始溫度及所受壓緊力大小等因素的影響，通常供熱有熱傳導(dǎo)、熱輻射和兩者結(jié)合三種方式。

二、通過(guò)融點(diǎn)干燥(又稱之為冷凍干燥)

干燥過(guò)程中首先將將濕物料(或溶液)在較低溫度下(-10--50℃)凍結(jié)成固態(tài)，然后在高度真空(130~0.1Pa)下，將其中固態(tài)水分直接升華為氣態(tài)而除去的干燥過(guò)程，也稱升華干燥。 實(shí)現(xiàn)這種真空干燥的必要條件是干燥過(guò)程的壓力應(yīng)低于操作溫度下冰的飽和蒸汽壓。?？刂圃谙鄳?yīng)溫度下冰的飽和蒸氣壓的1/2-1/4。如一40℃時(shí)干燥，操作壓力應(yīng)為2.7~6.7Pa。

濕物料也可以不預(yù)凍，而是利用高度真空時(shí)水分汽化吸熱而將物料自行凍結(jié)。這種凍結(jié)能量消耗小，但對(duì)液體物料易產(chǎn)生泡沫或飛濺現(xiàn)象而遭致?lián)p失，同時(shí)也不易獲得多孔性的均勻干燥物。

一般情況下，熱量由加熱介質(zhì)通過(guò)干燥室的間壁供給，因此，既要供給濕物料的熱量以保證一定的干燥速率,又要避免冰的溶化。

干燥過(guò)程中升華溫度一般為-35--5℃，其抽出的水分可在冷凝器上冷凍聚集或直接為真空泵排出。若升華時(shí)需要的熱量直接由所干燥的物料供給,這種情況下，物料溫度降低很快,以致于冰的蒸汽壓很低而使升華速率降低。

真空干燥，又名解析干燥，是一種將物料置于負(fù)壓條件下，并適當(dāng)通過(guò)加熱達(dá)到負(fù)壓狀態(tài)下的沸點(diǎn)或者通過(guò)降溫使得物料凝固后通過(guò)溶點(diǎn)來(lái)干燥物料的干燥方式。

真空干燥技術(shù)已廣泛應(yīng)用于保健食品的生產(chǎn)中，尤其是天然產(chǎn)物的提取物干燥，因天然產(chǎn)物中很多功效成分不耐高溫而廣泛采用真空干燥。真空干燥技術(shù)又稱減壓干燥。它是在密閉的容器中抽去空氣，減壓而進(jìn)行干燥的一種方法。

物料內(nèi)水分在負(fù)壓狀態(tài)下溶點(diǎn)沸點(diǎn)都隨著真空度的提高而降低，同時(shí)輔以真空泵間隙抽濕降低水汽含量，使得物料內(nèi)水等溶液獲得足夠的動(dòng)能脫離物料表面。真空干燥由于處于負(fù)壓狀態(tài)下隔絕空氣使得部分在干燥過(guò)程中容易氧化等化學(xué)變化的物料更好的保持原有的特性，也可以通過(guò)注入惰性氣體后抽真空的方式更好的保護(hù)物料。常見的真空干燥設(shè)備有:真空干燥箱，連續(xù)真空干燥設(shè)備等。

真空干燥的主要特點(diǎn)如下。

(1)真空干燥適用于熱敏性物料，或高溫下易氧化的物料，或排m的氣體有價(jià)值或有毒害、有燃燒性的物料。

(2)干燥時(shí)所采用的真空度和加熱溫度范圍較大，通用性較好。

(3)干燥的溫度低，無(wú)過(guò)熱現(xiàn)象，水分易于蒸發(fā)，干燥時(shí)間短，

(4)減少物料與空氣的接觸機(jī)會(huì)，能避免污染或氧化變質(zhì)。

(5)干燥產(chǎn)品可形成多孔結(jié)構(gòu)，呈松脆的海綿狀，易于粉碎，有較好的溶解性、復(fù)水性，有較好的色澤和口感。

(6)揮發(fā)性液體可以回收利用，但生產(chǎn)能力小，需間歇操作，干燥速度快。

(7)設(shè)備投資和動(dòng)力消耗高于常壓熱風(fēng)干燥。

1、原理:利用較低溫度，在減壓下進(jìn)行干燥以排除水分，樣品中被減少的量為樣品的水分含量。本法適用于在100℃以上加熱容易變質(zhì)及含有不易除去結(jié)合水的食品。其測(cè)定結(jié)果比較接近真正水分。

2、操作方法

準(zhǔn)確稱2.00~5.00g樣品→于烘至恒重的稱量皿→至真空烘箱→70℃、真空度93.3~98.6KPa(700~740mmHg)→烘5小時(shí)→于干燥皿冷卻→稱至恒重

計(jì)算:水分= G / W

G --樣品中干燥后的失重(g)

W --樣品重量(g)

真空干燥法測(cè)水分，一般用于100℃以上容易變質(zhì)、破壞或不易除去結(jié)合水的樣品，如糖漿、味精、砂糖、糖果、蜂蜜、果醬和脫水蔬菜等樣品都可采用真空干燥法測(cè)定水分。

真空干燥箱的過(guò)程就是將干燥物料置放在密閉的干燥室內(nèi)，用真空系統(tǒng)抽真空的同時(shí)對(duì)被干燥物料不斷加熱，使物料內(nèi)部的水分通過(guò)壓力差或濃度擴(kuò)散差到表面，水分子在物料表面獲得足夠的動(dòng)能，在克服分子間的相互吸引力后，逃逸到真空室的低壓空間，從而被真空泵抽走的過(guò)程。

在真空干燥過(guò)程中，干燥室內(nèi)的壓力始終低于大氣壓力，氣體分子數(shù)少，密度低，含氧量低，因而能干燥容易氧化變質(zhì)的物料、易燃易爆的危險(xiǎn)品等。對(duì)藥品、食品和生物制品能起到一定的消毒滅菌作用，可以減少物料染菌的機(jī)會(huì)或者抑制某些細(xì)菌的生長(zhǎng)。

因?yàn)樗谄^(guò)程中其溫度與蒸汽壓是成正比的，其比列關(guān)系如圖1-1所表示。所以真空干燥時(shí)物料中的水分在低溫下就能汽化，可以實(shí)現(xiàn)低溫干燥。這對(duì)某些藥品、食品和農(nóng)副產(chǎn)品中熱敏性物料的干燥是有利的。列如，糖液超過(guò)70℃部分成分就會(huì)

真空干燥器由干燥柜、冷凝器與冷凝液收集器組成的冷凝系統(tǒng)與真空泵三部分組成。將濕物料置淺盤內(nèi)，放到干燥柜的擱板上，加熱蒸氣由蒸氣人口引入，通人夾層擱板內(nèi)，冷凝水白干燥箱下部出口流出經(jīng)冷凝管至冷凝液收集器中;冷凝系統(tǒng)通過(guò)管道與閥門與真空泵緊密相連，組成一個(gè)完整的密閉系統(tǒng)，使干燥操作連續(xù)進(jìn)行。

目前，真空干燥的設(shè)備也隨著現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)以及電氣技術(shù)的發(fā)展而不斷更新，出現(xiàn)了真空盤式連續(xù)干燥機(jī)、雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)、真空耙式干燥機(jī)、板式真空干燥機(jī)、低溫帶式連續(xù)真空干燥機(jī)、連續(xù)式真空干燥機(jī)等多種形式的真空干燥設(shè)備。

影響真空干燥的因素主要有:濃縮液的相對(duì)密度、真空十燥溫度、真空干燥真空度、真空干燥時(shí)間等。

對(duì)于天然物料提取濃縮液的相對(duì)密度宜控制為1.30~1.35(60℃熱測(cè))的稠膏;真空干燥溫度一般不高于70℃，常控制在60℃左右;真空干燥真空度一般控制在一0.08MPa左右，真空度太低干燥速度會(huì)很慢，真空度太高物料易暴濺;真空干燥時(shí)間一般以完全干燥為度，或以水分含量進(jìn)行控制，不同物料干燥時(shí)間相差很大。

此外，浸膏等黏稠物料干燥時(shí)，裝盤量不宜太多，以免起泡溢出盤外，污染干燥器，浪費(fèi)物料，影響干燥效果;操作時(shí)真空管路上的閥門應(yīng)徐徐打開，否則也易發(fā)生泡溢現(xiàn)象。