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真空冷凍干燥的基本原理
閱讀：1898 發(fā)布時(shí)間：2016-11-30
與其它干燥方法一樣，要維持升華干燥的不斷進(jìn)行,，必須滿足兩個(gè)基本條件,，即熱量的不斷供給和生成蒸汽的不斷排除。在開(kāi)始階段,，如果物料溫度相對(duì)較高,，升華所需要的潛熱可取自物料本身的顯熱。但隨著升華的進(jìn)行,，物料溫度很快就降到與干燥室蒸汽分壓相平衡的溫度,，此時(shí),，若沒(méi)有外界供熱,，升華干燥便停止進(jìn)行。在外界供熱的情況下,，升華所生成的蒸汽如果不及時(shí)排除,，蒸汽分壓就會(huì)升高,，物料溫度也隨之升高，當(dāng)達(dá)到物料的凍結(jié)點(diǎn)時(shí),，物料中的冰晶就會(huì)融化,，冷凍干燥也就無(wú)法進(jìn)行了。
供給熱量的過(guò)程是一個(gè)傳熱過(guò)程,，排除蒸汽的過(guò)程是一個(gè)傳質(zhì)的過(guò)程,，因此，升華干燥過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)傳熱,、傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程,。自然界中所發(fā)生的任何過(guò)程都有驅(qū)動(dòng)力，升華干燥中的傳熱驅(qū)動(dòng)力為熱源與升華界面之間的溫差,，而傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力為升華界面與蒸汽捕集器（或冷阱）之間的蒸汽分壓差,。溫差愈大，傳熱速率愈快,；蒸汽分壓差愈大,，傳質(zhì)（即蒸汽排除）速率愈快。
凍干時(shí),，既要保持產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì),，又要取得較快的干燥速率。升華所需要的潛熱必須由熱源通過(guò)外界傳熱過(guò)程傳送到被干燥物料的表面,，然后再通過(guò)內(nèi)部傳熱過(guò)程傳送到物料內(nèi)冰升華的實(shí)際發(fā)生處,。所產(chǎn)生的水蒸氣必須通過(guò)內(nèi)部傳質(zhì)過(guò)程到達(dá)物料的表面，再通過(guò)外部傳質(zhì)過(guò)程轉(zhuǎn)移到蒸汽捕集器（冷阱）中,。任何一個(gè)過(guò)程或幾個(gè)過(guò)程一起都可能成為干燥過(guò)程的“瓶頸”,，它取決于凍干設(shè)備的設(shè)計(jì)、操作條件以及被干燥物料的特征,。只有同時(shí)提高傳熱,、傳質(zhì)效率，增加單位體積凍干物料的表面積,，才能取得更快的干燥速率,。
水有固態(tài)、液態(tài),、氣態(tài)三種態(tài)相,。根據(jù)熱力學(xué)中的相平衡理論，隨壓力的降低,，水的冰點(diǎn)變化不大,，而沸點(diǎn)卻越來(lái)越低，向冰點(diǎn)靠近。當(dāng)壓力降到一定的真空度時(shí),，水的沸點(diǎn)和冰點(diǎn)重合,，冰就可以不經(jīng)液態(tài)而直接汽化為氣體，這一過(guò)程稱為升華,。食品的真空冷凍干燥,，就是在水的三相點(diǎn)以下，即在低溫低壓條件下,，使食品中凍結(jié)的水分升華而脫去,。