食品真空冷冻干燥机加热系统

加热温度
干燥仓压力 物料温度
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大冷阱 %# & !"# 加热温度下的冰冻干曲线
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加热板进口温度
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阀 ’# 阀门及管道组成 ! 原理见图 ! "
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本食品冻干机是由清华大学核研院和北美冻干 集团及大连冰山集团共同开发的第 " 代食品 冻干机的
#$%小型实验机型 " 其中加热系统是真 空冷冻干燥机
的主要组成部分! 它的功能是满足冻干过程冰升华 所需的热能 " 加热系统主要由加热板组件# 加热罐# 板式换 热器# 热媒泵# 三通合流调节阀&以下称三通调 节
图 !""" 加热系统原理图
加热系统采用 !#() 电加热器对 加 热 罐 内 的 介 质
& 无离子水以下称水 * 进行加热 " 在正常情况下 ! 当加
热罐中 "#+, 的水达到需要的温度 !"+! 后 ! 可 蓄 能 -. $ /! 在 #01$"2/ 的流量下 ! 可在 !+$34 内将加热板从 ()
!$%&’()*"$ 用 小 冷 阱 的 加 热 功 率 !+%%’(,*"$ 都 在 !$%’(,*"$ 达到了本系统预想的设计参数 #
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加热板温度与加热功率关系图
加热板进口温度
干燥仓压力 物料温度 "
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工艺技术
食品真空冷冻干燥机加热系统
0123 4563 789 7清华大学核能与新能源技术研究院 ! 北京 !+++1-*
:;+ 介绍了新一代食品真空冷冻干燥实验机 89:;+#< 加热系统的结构 # 设计的参数及计算过程 ! 并
通过一系列冰实验得到了加热板与加热功率的关系图 ! 从而验证了加热系统的性能要求 "
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加热系统从 !"! 升至 %""!时所需的热量 :为 #
$%& 加热板及回路管道内的水 $ 约 +"67& 从 !"! 升 至 %""! 时 所 需 的 热 量 # :% ;@%& B%& *A ;+,"%"C, ! 3=, ;
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工艺技术
的关系 # 经过一系列冰实验$ 具体数据省略$ 得到平均 数据见表 !#
表! 加热 温度8!9 加热功率 冰实验平均数据表 压力 平均 平衡 范围8=>9 压力 8=>9 压力 8=>9 冷阱 大冷阱 大冷阱 大冷阱 大冷阱 小冷阱 小冷阱
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大冷阱 !"#! 加热温度下的冰冻干曲线
结 论 % 在 !"#! 加 热 时 用 大 冷 阱 的 加 热 功 率 为
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’()*+ %++.5+15!% ,-./+ 陈海涛 &!61+5* ! 黑龙江哈尔滨人 ! 硕士研究生 ! 研究方向为食品真空冷冻干燥技术 "
ADB
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工艺技术
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加热板工作温度 # 常温至 %.,! $ 有效干燥面积 # & +4 $ 最大升华能力 # %.6754. 2’%8,(1’$ 水流进 ( 出
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干燥仓的温差控制为 !.!"
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& .6754. 2时的加热功率
图. 加热系统总装图
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在给定的条件下 ! 水温度相差 %/!! 的焓差 :;:%? & :.?:!;8/=.6> 2 流量 @;(5* & 2;3/"="!="" +/+;+/!A52" 泵的额定流量选定 +/34!52" 当在定额定流 量 下 ! 水的进出温差约 %! ! 考虑到加热板每层进出口相反 布置 ! 加热温度场是比较均匀的 ! 完全可满足 要求 "
!"!加热到#""!! 并可满足连续工作的要求 "
根据需要! 水在加热罐中被加热到一定的温度
$ 一般比工艺要求的最高工作温度高约 %"! 即 可 & ! 热
水顺管道流经三通调节阀! 与来自板式换热器的温 度较低的冷却回水相混合" 三通调节阀能自动调整 来自于加热罐的高温水和来自板式换热器的低温水 的比例! 达到工艺要求的合适温度! 然后由热媒泵 驱动进入干燥仓中的加热板" 热水在加热板内! 将 部分 热量通过板壁的传导和表面的辐射 $ 初 期 包 括 部 分的对流 & 传递给干燥仓内的物料和其 它 结 构 件 ! 从 加热板流出的降温水! 离开干燥仓后分成三部分! 一部分水 $与从加热罐流出的水等量 & 直接回到加热罐 ’ 一部分水经板式换热器冷却后变成更低温的水进入 三通调节阀! 与第三部分从干燥仓流出不经板式换 热器冷却直接到三通调节阀的水相汇合后! 再与来 自加热罐的热水混合! 达到符合工艺要求温度的水 给加热板加热! 如此循环" 此过程中板式换热器是 否进行冷却由 ()* 表根据工艺要求自动控制 " 根据冻干工艺的要求! 不同的物料! 加热板的 工作温度是不同的 ! 一般在 +,-%.,! 之间 ! 因此加热 罐工作温度一般不高于#!,! " 为了保持系统的稳定 ! 希望运行过程中系统内不出现沸腾现象! 所以加热 罐内正常工作压力应维持在,/.-,/+0(1 " 板式换热器的主要功能是用于加热板的降温! 及对流入加热板热水的温度进行调节" 在干燥过程 中! 当需要加热板降温时! 三通调节阀关闭来自于 加热罐热水的主路! 打开来自于板式换热器的低温 水的支路! 使板式换热器与热媒泵和干燥仓中的加 热板形成一个闭合回路! 靠循环冷却水通过板式换 热器的热交换将系统的剩余热量带走! 达到降温的 目的 " 在冷却水温度为 .,! 时 ! %2 以内 ! 可以把加热 板从 3,!降到 !,!" 为了提高干燥仓加热板的温度均匀性! 本系统 采用大流量小温差的设计方案" 在额定功率的工况 下 ! 回路流量 +/34!52 ! 加热板出入口温差小于 .! "
源自文库
乳饮料迎来 ! 营养! 吸收" 新时代
为强化营养吸收! 有效改善中国人的营养状况" 蒙牛乳业通过自主研发将蒙牛酸酸乳产品进行营养升 级 # 日前 " 添加了益菌因子的蒙牛酸酸乳升级产品受到 消费者的欢迎 $ 蒙牛酸酸乳升级产品的核心就是添加了益菌因子 $ 据国内食品检测专家金宗廉教授介绍 " % 益菌因子 & 可 增殖人体肠道有益菌 " 使体内有益菌增长 !"# " 同时促 进钙 ! 铁 ! 锌等营养素的吸收 " 加强人体对营养成份吸 收的功效 " 促进人们的身体健康 $ 益菌因子可以直达结 肠 " 能够直接被双歧杆菌 ! 乳酸杆菌等体内有益菌所利
真空冷冻干燥就是把含有大量水分的物质预先 速冻成固体! 然后在真空的条件下使水蒸气直接从 物料中升华出来的一种脱水方法" 一般的冻干机大 体由真空系统 # 制冷系统 # 加热系统 # 除霜系统及自 控系统组成! 其中加热贯穿于整个干燥全过程! 可 以说加热系统的性能已经成为影响冻干机能耗大小 # 成本以及冻干产品品质的核心! 迫切需要研究新一 代冻干机加热系统 "
:# E:! 加 热 罐 的 蓄 能 能 够 满 足 加 热 板 初 始 升 温
要求 $未考虑升华吸热及系统散热 &" 在热媒泵流量为 +/3A52 时 ! 能满 足 加 热 板 升 温 能 力 $ 从 !"! 到 %""! 的时间 !%"4FG& 的要求 " 当加热板 从 !,! 到 %,,! 的升温时间为 %,4FG 时 ! 所需加热功率 是 8/=. $=;.C/C.6>! 此 时 所 需 的 循 环 量 应 为 .C/C. %
<=>? 真空冷冻干燥 % 加热系统 % 加热功率 @ABCD+ 9=%!+0" EFGHI+ > EJKD+ !++#566167%++?*+"5+!-+5+"
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压力 ’=> (
温度 ’! (
介绍了新一代食品真空冷冻干燥机加热系统的 基本结构及设计参数计算过程$ 并通过大& 小冷阱 的冰实验绘制了加热板与加热功率关系曲线$ 验证 了系统的性能 $ 积累了数据 #
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童 建 民 / 李 新 秋 $01234%# "" 食 品 真 空 冷 冻 干 燥 装 置 $ 食 品工业科技 /!55678&9:6#;6! 童 建 民 7 徐 光 +01;34%% "" 食 品 真 空 冷 冻 干 燥 机 加 热 系 统 + 真空与低温 7"##!7<8!9
干燥仓压力
!$? !$& !$"&" !$" ! A #$6 #$?<" #$? B #$& C 4 #$" # # !# "# @# &# %# ?# <# 6# 5# !## !!# !"# !@# 加热温度 ’!(
加热功率 ’’(,*"(
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图?
小冷阱的冰冻干曲线
,/,C%.,"%/.A52 ! 热媒泵的流量远大于此流量 ! 所以
能满足加热板在%,4FG 内从 !,!到 %,,!的升温要求 "
! 345>34?@A!BC
研究加热板温度和加热功率之间的关系是为了 在给定的最大和最小的干燥对象温度和干燥仓内稳 定的工作真空度条件下控制加热 " 在本冻干设备中控制参数为加热板温度! 由于 加热板温度与冻干对象的加热功率之间关系不清 楚! 导致对过程控制困难! 无法优化控制! 所以在 实验过程中应首先确定加热板温度与加热功率之间