[发明专利]可用于食品药品生产的红外真空冷冻干燥设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种干燥设备，尤其是指一种用于食品药品生产的红外真空冷冻干燥设备。

背景技术

众所周知，与其它方式干燥相比冷冻干燥具有：产品性质稳定、质量好、有效成分含量高，起效快、生物利用度高的优点。但是，由于冷冻干燥技术存在生产周期长、能耗高、单产能力小、生产成本高等缺点.从而限制了其广泛应用。

为了剖析问题，提高操作水平，缩短生产周期，降低能耗，阿力坎：浅谈真空冷冻干燥技术.真空.〔J〕.2002，(4)：43～45中给出了传统真空冷冻干燥的如下所述的升压与降压的两难：

“2.2.3升华阶段压力

在升华过程中，不仅搁板温度需要控制，仓内压力也是需要控制的参数。冻干仓压力大小影响升华干燥过程的传热传质。压力高，传热效果好，但不利于水蒸汽的逸出。压力低，传热效果差，有利于水蒸汽的逸出.整个升华过程就是一个传热传质过程，只有压力适当，才能有一个经济干燥速率。

当升华温度恒定，在仓内压力低于一定值时，压力降低升华速度也不再增加。而且升华压力低时，换热效果差，为提供相同的热量就需要高的搁板温度。前面我们知道高的搁板温度容易造成物料的融化崩解。通常应把压力控制在略低于最高升华温度所对应饱和蒸汽压的二分之一的压力值为干燥仓内控制压力。一般在30～90Pa之间。例如物料升华温度为零下20℃.其饱和蒸汽压为103.5Pa，干燥仓内压力应控制在52Pa。”

针对上述的两难，赵兰萍等.在冻结过程与冷冻干燥的关系.低温工程.1999，(4)：105～108中给出提高干燥速率的途径：

“4提高干燥速率的途径

冷冻干燥节能降耗研究的中心是缩短干燥时间，也就是提高干燥速率。最佳压力法、循环压力法、压力和加热量综合控制法及降低水汽凝结器温度是提高速率的常规途径。而将冻结过程考虑在内，也是冷冻干燥节能的途径之一。通过上文的分析.我们发现：在干燥之前.刮除制品表面浓缩层，可以减小水汽传递阻力；在保证质量的前提下，控制冻结过程中冻结界面的推进速度和温度梯度，使得冰晶尺寸尽可能大，可以提高干燥速率。

由于人们对冻结动态过程的了解还不清楚，想要通过优化冻结过程来提高干燥速率，就需要对冻结过程作更深入的研究。”

《水系统的磁处理》(苏)B.N.克拉辛：1988年9月第1版，第83页“结果表明，磁处理水的蒸发速度比未处理水的蒸发速度高11％”。第84页“在恒磁场中水变成冰的结晶时间缩短了25～40％”并在该页的图表中可以看到磁化水比未磁化水的结晶重量大一倍。

众所周知，传统冷冻干燥设备的加热方法基本上全都是以热能传递的形式进行的；先把热能通过加热管→搁板→托盘→物料开口外包装→物料表面，然后再以传导、对流或辐射的方式把热能慢慢地渗透到物料内部。

红外加热采用的是红外能量并且是把它直接辐射到物料上，物料内部分子吸收红外能量后转化成热能。

相关专利：

CN200320107364.7有强化水蒸气流动的双面红外辐射的真空冷冻干燥机，改变了加热方式，进而加快了升华干燥速率，缩短了干燥时间。

检索中国专利数据库，我们会发现将红外辐射用于真空冷冻干燥设备的专利申请仅此一个。然而，将红外辐射用于普通干燥的专利申请确有385个。本发明的研究者认为，这决不是人们忽视了红外与冷冻干燥的结合，一定有其技术上不可逾越的原因，并且上述专利的发明者也可能在此问题上也没有突破。

发明内容

本发明的目的是通过材料取代方法；打通真空冷冻干燥中热能的红外辐射的通路，为社会提供一种加热均匀、干燥周期短、能耗低、不损坏食品药品有效成分、能满足大规模生产要求的可用于食品药品生产的红外真空冷冻干燥设备。

本发明的研究者经研究发现：

红外辐射用于真空冷冻干燥设备的不可逾越的技术障碍是在现有技术条件下，搁板涂布红外辐射涂料后将严重地影响冷冻干燥设备的冷冻效果。其原因在于，在冷冻干燥的预冻过程中，物料及环境中的热能通过传递达到搁板，使搁板上涂布的红外辐射涂料获得能量而发出红外辐射，由于金属搁板对红外辐射完全反射，因此搁板上涂布的红外辐射涂料所获得的能量将完全的被反射回要进行预冻的系统中。换一句话说，在现有技术条件下，红外辐射的引入虽然有利于冷冻干燥中间环节的升华，但它将严重地影响冷冻干燥的第一步预冻环节使之无法顺利进行。