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凍干技術(shù)的原理是什么？

來源：卡塞爾機(jī)械（浙江）有限公司   2025年07月21日 09:34   31
　　凍干技術(shù)，即真空冷凍干燥技術(shù)，其原理主要基于水在不同壓力和溫度條件下的相變特性，具體原理如下：
 
　　1. 水的相態(tài)變化基礎(chǔ)
 
　　• 在常壓下，水可以在固態(tài)(冰)、液態(tài)(水)和氣態(tài)(水蒸氣)之間相互轉(zhuǎn)化。當(dāng)壓力降低時(shí)，水的相變溫度也會(huì)隨之改變。例如，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的冰點(diǎn)是0℃，而在較低的壓力下，冰可以直接升華為水蒸氣，而不需要經(jīng)過液態(tài)階段。
 
　　2. 預(yù)凍結(jié)過程原理
 
　　• 低溫結(jié)晶：將含有水分的物料(如食品、藥品等)置于低溫環(huán)境中，使物料溫度快速下降至其共晶點(diǎn)以下。共晶點(diǎn)是指物料中水分和其他溶質(zhì)(如鹽分、糖分等)共同凍結(jié)的溫度。在這個(gè)過程中，物料中的自由水形成冰晶。這是因?yàn)樵诘蜏叵?，水分子的運(yùn)動(dòng)減緩，氫鍵作用使水分子排列成有序的晶體結(jié)構(gòu)，形成冰。
 
　　• 穩(wěn)定冰晶結(jié)構(gòu)：形成的冰晶結(jié)構(gòu)對于后續(xù)的升華過程非常重要。良好的冰晶結(jié)構(gòu)能夠提供較大的表面積，有利于冰的升華。如果冰晶結(jié)構(gòu)不均勻或冰晶過大，可能會(huì)影響升華效率和物料的質(zhì)量。
 
　　3. 升華干燥過程原理
 
　　• 真空環(huán)境的作用：將預(yù)凍結(jié)好的物料放入真空環(huán)境中，通常真空度要達(dá)到10 - 30Pa左右。在低氣壓下，冰的升華溫度顯著降低。根據(jù)克勞修斯 - 克拉佩龍方程，壓力降低，冰的升華溫度也會(huì)降低。這樣，在較低的溫度下，冰就可以直接從固態(tài)升華為氣態(tài)的水蒸氣。
 
　　• 熱量供應(yīng)促進(jìn)升華：通過加熱系統(tǒng)對物料進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜?，一般加熱溫度控制在物料的共熔點(diǎn)以下10 - 20℃左右。熱量的供應(yīng)是為了給冰的升華提供能量，使冰分子能夠克服氫鍵的束縛，從固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)。同時(shí)，由于是在真空環(huán)境下，水蒸氣能夠迅速地被抽出干燥室，從而實(shí)現(xiàn)物料的干燥。例如，在凍干水果片時(shí)，水果中的冰在真空和適當(dāng)加熱的條件下，直接變成水蒸氣被去除，而水果的固體成分則保留下來。
 
　　4. 解析干燥過程原理
 
　　• 結(jié)合水釋放：在升華干燥階段后，物料中還含有少量的結(jié)合水。這些結(jié)合水是通過物理或化學(xué)作用與物料中的固體成分結(jié)合在一起的。此時(shí)，適當(dāng)提高加熱溫度，破壞物料對水的吸附力，使結(jié)合水能夠解析出來。
 
　　• 持續(xù)真空保障：繼續(xù)維持真空環(huán)境，使解析出來的水蒸氣能夠被抽出，直到物料的含水量達(dá)到規(guī)定要求(一般小于5%)。這個(gè)過程需要精確控制溫度和真空度，以確保物料的質(zhì)量和性能不受損害。
 
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