山楂漿真空凍干的實驗研究與經(jīng)濟性分析
山楂漿凍干的實驗研究
選用含水量為73.6%的山楂漿,采用抽真空方法凍結(jié)后,繼續(xù)抽真空,并用擱板加熱,以補充升華熱。圖7中給出了抽真空凍結(jié)不同操作條件下的凍干曲線。從圖中可以看出三個實驗的初始溫度均為15℃ 左右,真空泵啟動后30min,裝5mm 厚物料的溫度達-24℃,7.5mm 厚的物料溫度達- 35 ℃,10mm 厚物料的溫度達-25℃,均達到了低于-20℃的共晶點溫度。然后以同樣的擱板溫度開始干燥, 在不調(diào)節(jié)真空度的條件下,進行真空干燥。5mm厚物料在300min時,物料含水率達到2.7%;7.5mm 厚物料500min時,物料含水率達到4.5%;10mm厚物料600 min時,物料底部仍有冰晶,上部大約7mm左右為已干物料。
圖7 抽真空凍結(jié)不同操作條件下的山楂漿凍干曲線
在山楂漿初始含水量為73.6%的條件下,采用表1所示四因素三水平的正交實驗,得出的綜合結(jié)果列于表2中。
表1 正交實驗表
表2 試驗結(jié)果直觀分析表
從表2可以看出,四個影響山楂漿凍干的因素主次順序是:物料厚度、凍結(jié)方式、加熱溫度、真空室壓力。對于抽真空凍干來說,試驗3干燥時間最短,其物料厚度5mm,真空室壓力75Pa,加熱溫度15℃,干燥時間4.5h,實現(xiàn)了節(jié)能目的。如果考慮物料在一次加載的干燥量和最終含水率, 試驗4 應(yīng)是較好的選擇。
山楂漿抽真空凍干的經(jīng)濟性分析
采用凍干過程的能耗(Kwh/kg)和干燥制品生產(chǎn)率兩個參數(shù)作為評價山楂漿抽真空凍干經(jīng)濟性的指標(biāo)。干燥制品生產(chǎn)率是指單位時間、單位擱板面積上所獲得的合格干制品的( kg/m2h) 。實驗結(jié)果如表3所示。
從表3可以看出,物料厚度是影響經(jīng)濟性的重要參數(shù)。對于山楂漿抽真空干燥,物料厚度不要超過7mm。從表3 還可以看到,山楂漿抽真空凍干總的能耗較高,分析其原因主要有三點。一是實驗設(shè)備為復(fù)疊式制冷機組,兩臺制冷壓縮機同時工作造成的,實際的生產(chǎn)設(shè)備可用1臺壓縮機,捕水器溫度達-35℃即可;二是沒做優(yōu)化實驗的能耗研究,如果進一步優(yōu)化抽真空預(yù)凍參數(shù),可能降低能耗; 三是凍干山楂漿時沒放添加劑,原漿含糖量較高,粘度大,致使傳質(zhì)系數(shù)低,如果放置合理的添加劑,會提高干燥速率,增加干燥制品的生產(chǎn)率,降低能耗。
表3 山楂漿抽真空凍干的經(jīng)濟性
結(jié)論
經(jīng)實驗研究得出如下結(jié)論:
(1)山楂漿可以采用抽真空凍結(jié)方法實現(xiàn)凍干,凍干時較好的工藝參數(shù)是裝料厚度7mm,物料含水率不能低于60%,擱板最高溫度控制15℃左右,凍干箱內(nèi)真空度高于75Pa。
(2)山楂漿抽真空凍結(jié)干燥節(jié)省了凍結(jié)時制冷壓縮機的能耗;抽真空凍結(jié)很快,30min內(nèi)即可達到山楂漿的共晶點溫度以下,節(jié)省了預(yù)凍時間;預(yù)凍時山楂漿內(nèi)水分開始蒸發(fā),干燥(濃縮)即已開始,縮短了干燥時間;一次性裝料,比冷庫凍結(jié)再轉(zhuǎn)凍干箱內(nèi)干燥節(jié)省了干燥過程的輔助時間,提高了產(chǎn)量。
(3)可以通過凍干工藝參數(shù)的優(yōu)化;研發(fā)合理的凍干添加劑,進一步降低能耗。
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