[发明专利]冷冻干燥方法和设备

说明书

本发明涉及一种冷冻干燥设备，包括：一循环风道；位于该循环风道上的控温装置、捕水装置、样品冷冻干燥塔、负压源；对循环风道补气的外接气源。本发明中由于被冷冻物料水分是在常压状态下通过高速对流的干燥冷空气带走，对流冷空气中水分被捕水冷阱的蒸发器和除水过滤柱过滤后循环通过冷冻干燥塔，从而使得每次通过样品的冷风是干燥的，较传统真空冷冻干燥是通过扩散升华除水速度显著提高，干燥效率高，从而提高了冷冻干燥样品的速度。相较于传统真空冷冻干燥，本发明冷冻干燥过程是基本在常压下运行的，有较大的节能优势。

技术领域

本发明涉及一种冷冻干燥方法和设备，属于冷冻干燥技术领域。

背景技术

冷冻干燥是将含水物料预先低温冷冻，然后利用低温下固态物料表面冰升华后的水蒸汽分压差，不断把水份从固态物料表面传递至环境，实现在低温的情况下从固态物料中除去所含水分而干燥的方法。

真空冷冻干燥：一种常用于热敏药品和保鲜食品低温冷冻干燥的方法。该方法是先把待干燥含水物料预先低温冷冻，然后为提高冷冻物料表面的升华水蒸汽分压，增加其与环境的传质推动力，会把冰冻物料保持在一定的真空环境下，使固体物料表面水份移除有更高的传递速度，从而达到快速干燥含水物料的目的。

传统真空冷冻干燥技术已广泛应用于热敏药物与生物制品的制造和高品质食品干燥加工，其显著特点是在该干燥过程中，能最大限度的保存热敏药物和生物制品的生物活性及食品营养成分和品质(风味、形态、复水等性状)，但由于该干燥过程是在冷冻的条件下通过抽真空加热使冰升华的方式从物料中移除水分，往往需要几十小时或几天的时间，耗时长、能耗大，干燥速度非常低，属典型的高能耗低效率工艺。

我国是世界上第一大果蔬生产国，据国家统计局资料显示，2019年我国果蔬总产量为9.7亿吨，其中水果2.7亿吨，蔬菜7.0亿吨。但果蔬本身含有大量水分，易损伤，不耐贮藏，再加上我国果蔬产地多交通不便，加工水平低，产业链、供应链、价值链不健全，导致我国每年果蔬损耗率高达30％，损失超千亿元。冷冻干燥加工对减少新鲜果蔬损耗和保持果蔬的营养具有重要意义，果蔬是非常适合冻干加工的一类产品，开发快速节能的冻干装备和技术，降低生产成本，满足人们对冻干果蔬产品迫切需要，市场前景广阔。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷冻干燥方法和设备，克服现有真空冷冻技术的设备造价高、工艺时间长、能源消耗大和生产成本高等技术缺点，同时，为了解决冻干果蔬市场需求量大与缺少节能高效的冷冻干燥技术及设备的现实矛盾。本发明采用循环高速对流干燥冷风对冷冻物料进行干燥，基于对流过程中水分传质速率远大于传统真空冷冻升华过程的传质速率的原理，实现对冷冻物料中水分的快速移除。

本发明采取以下技术方案：

一种冷冻干燥设备，包括：一循环风道；位于该循环风道上的控温装置、捕水装置、带重量感知器的样品冷冻干燥塔8、循环风机、负压源；对循环风道补气的外接气源。

优选的，所述样品冷冻干燥塔8包括一电机86，所述电机86的输出轴与转轴82固定连接，所述转轴82上固定若干组可转动的样品悬挂吊盘84。

进一步的，所述样品冷冻干燥塔8部分结构正对所述循环风道，部分结构侧向伸出所述循环风道，随着转轴82的转动各所述样品悬挂吊盘84依次与所述循环风道的气流正对，且使得所述样品悬挂吊盘84的运动方向与气流的方向相向而对。

优选的，所述样品冷冻干燥塔8呈筒状，具有进气口810、出气口820；内部具有至少一层同时作为承载待干燥样品的气流分布板830；所述样品冷冻干燥塔8由气流分布板830隔成若干空腔，每个所述空腔的上部具有可控开闭的加料口850，下部具有可控开闭的卸料口860。

进一步的，所述气流分布板830的气孔孔径及分布呈均匀分布831或者向心渐变式非均匀分布832，所述气流分布板与冷冻干燥塔8内壁之间安装气密性垫圈。