山楂浆真空冻干的实验研究与经济性分析

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

山楂浆冻干的实验研究

       选用含水量为73.6%的山楂浆,采用抽真空方法冻结后,继续抽真空,并用搁板加热,以补充升华热。图7中给出了抽真空冻结不同操作条件下的冻干曲线。从图中可以看出三个实验的初始温度均为15℃ 左右,真空泵启动后30min,装5mm 厚物料的温度达-24℃,7.5mm 厚的物料温度达- 35 ℃,10mm 厚物料的温度达-25℃,均达到了低于-20℃的共晶点温度。然后以同样的搁板温度开始干燥, 在不调节真空度的条件下,进行真空干燥。5mm厚物料在300min时,物料含水率达到2.7%;7.5mm 厚物料500min时,物料含水率达到4.5%;10mm厚物料600 min时,物料底部仍有冰晶,上部大约7mm左右为已干物料。

图7 抽真空冻结不同操作条件下的山楂浆冻干曲线

      在山楂浆初始含水量为73.6%的条件下,采用表1所示四因素三水平的正交实验,得出的综合结果列于表2中。

表1 正交实验表

 

表2 试验结果直观分析表

       从表2可以看出,四个影响山楂浆冻干的因素主次顺序是:物料厚度、冻结方式、加热温度、真空室压力。对于抽真空冻干来说,试验3干燥时间最短,其物料厚度5mm,真空室压力75Pa,加热温度15℃,干燥时间4.5h,实现了节能目的。如果考虑物料在一次加载的干燥量和最终含水率, 试验4 应是较好的选择。

山楂浆抽真空冻干的经济性分析

       采用冻干过程的能耗(Kwh/kg)和干燥制品生产率两个参数作为评价山楂浆抽真空冻干经济性的指标。干燥制品生产率是指单位时间、单位搁板面积上所获得的合格干制品的( kg/m2h) 。实验结果如表3所示。

       从表3可以看出,物料厚度是影响经济性的重要参数。对于山楂浆抽真空干燥,物料厚度不要超过7mm。从表3 还可以看到,山楂浆抽真空冻干总的能耗较高,分析其原因主要有三点。一是实验设备为复叠式制冷机组,两台制冷压缩机同时工作造成的,实际的生产设备可用1台压缩机,捕水器温度达-35℃即可;二是没做优化实验的能耗研究,如果进一步优化抽真空预冻参数,可能降低能耗; 三是冻干山楂浆时没放添加剂,原浆含糖量较高,粘度大,致使传质系数低,如果放置合理的添加剂,会提高干燥速率,增加干燥制品的生产率,降低能耗。

 

表3 山楂浆抽真空冻干的经济性

结论

经实验研究得出如下结论:

       (1)山楂浆可以采用抽真空冻结方法实现冻干,冻干时较好的工艺参数是装料厚度7mm,物料含水率不能低于60%,搁板最高温度控制15℃左右,冻干箱内真空度高于75Pa。

       (2)山楂浆抽真空冻结干燥节省了冻结时制冷压缩机的能耗;抽真空冻结很快,30min内即可达到山楂浆的共晶点温度以下,节省了预冻时间;预冻时山楂浆内水分开始蒸发,干燥(浓缩)即已开始,缩短了干燥时间;一次性装料,比冷库冻结再转冻干箱内干燥节省了干燥过程的辅助时间,提高了产量。

      (3)可以通过冻干工艺参数的优化;研发合理的冻干添加剂,进一步降低能耗。

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