山楂浆抽真空冻结的实验研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)东北大学机械工程与自动化学院 作者:彭润玲

实验设备及方法

       采用GLZ-0.4型实验室用冻干机,图4给出了该机的结构示意图。真空系统主泵为1台D16c型双级旋片式真空泵,抽速为17m3/h,开气镇阀极限压力为6×10-3Pa,关气镇阀极限压力为3×10-3Pa,泵内装N62油。制冷系统为复叠式制冷压缩机组;搁板为间冷式,最低温度控制在-60℃;捕水器为直冷式,最低温度可达-75℃。冻干室内装有压力调节阀,可调节真空度;室内装有3 块搁板,总面积为0.4m2,每块搁板上均装有测温探头,物料内留有测温探头。压力测量选用两块仪表,CPCA-110Z 型电容薄膜式绝对压力变送器,量程为0.2~0.2×103 Pa,ZDR-I型数显电阻真空计,测量范围在1×105~1×10-1Pa之间。整机为计算机自动控制,具有设定冻干曲线,实时显示,记录存贮,随时调阅修改,彩色打印输出等功能。

      实验方法是将装有山楂浆的料盘放在搁板上,不必制冷搁板,只给捕水器制冷到-20℃之后,开启真空泵直接抽真空。随着压力降低,山楂浆内水分蒸发,外界不提供蒸发潜热,而物料本身自然降温而实现冻结。

物料厚度对真空冻结的影响

      图5 给出了山楂浆厚度分别为3mm,5mm,7mm,9mm和12mm的抽真空冻结过程时间与温度关系的实验曲线。从图中可以看出,山楂浆厚度不仅影响降温速率,还影响其最终冻结温度。厚度太小,降温速率快,而达到的最终冻结温度较高;厚度太大,降温速率慢,而达到最终冻结温度也高。显然,有一个最佳厚度,即7mm厚时,降温速率较快,可达4.9℃/min,最终冻结温度最低,可达-34.7℃。

冻干机结构示意图 

1.冻干箱2.水汽凝结器(冷阱) 3.阱泵阀4.真空泵5.箱阱蝶阀6.真空调节阀7.循环泵8.电加热器9.板式换热器10.高温调温阀11.箱供液阀12.阱供液阀13.蒸发冷凝器14.供液阀15.低温机16.高温机

图4 GLZ-0.4型冻干机结构示意图

 

图5 山楂浆厚度对抽真空自冻结的影响

物料初始含水率对真空冻结的影响

      选用浆料厚度为7mm,含水量分别为75.62%、73.60%、66.85%、58.93%的鲜山楂浆,装在玻璃皿中,放在冻干箱的搁板上,测温探头放在物料中,偏于物料底部,关好冻干箱门。待捕水器制冷到-20℃之后,开启真空泵。在抽真空过程中记录下物料温度随时间的变化如图6所示。结果表明,山楂浆初始含水率不仅影响降温速率,而且还影响最终冻结温度。初始含水率越低,降温速率越慢,最终温度越高,越不易冻结。

抽真空冻结实验现象分析

      观察抽真空冻结实验发现,抽真空开始后物料表面有起气泡和飞溅现象。起泡和飞溅的激烈程度与物料厚度和含水率都有关系。厚度越厚,起泡和飞溅越小,几乎成正比关系;含水量越高,起泡和飞溅越强烈。物料厚度太薄(图5中3mm),含水率太低(图6中58.93%),冻结最终温度高于山楂浆共晶点温度时,不能够采用抽真空法自冻结,否则冻干产品的品质会受到影响。

图6 初始含水率对山楂浆液抽空冻结的影响

      在抽真空自冻结过程中,物料所含自由水分迅速蒸发,实际上已经开始了干燥过程,使得整个干燥时间缩短,同时节省了制冷压缩机的能量消耗,实现了节能的目的。

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