[发明专利]食品真空冷冻干燥设备加热过程的温度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及真空冷冻干燥设备的控制技术，特别是一种食品真空冷冻干燥设备加热过程的温度控制方法。

背景技术

真空冷冻干燥（简称冻干）是将冻结物料放在保持真空的干燥仓内，通过加热使物料内的水分升华而得到干燥食品的方法。现有食品真空冷冻干燥设备（简称冻干机）一般都采用非接触式双面辐射加热的方法。即物料盘放置于加热板之间，物料盘与加热板不直接接触，加热板内有电加热器或者内部流通导热介质（如水或导热油等），加热板主要通过辐射换热的方式将热量传递给物料。

冻干机在干燥过程中需要控制加热板的加热功率。一方面加热功率越大则水分的升华过程越快。另一方面由于物料表层传热传质条件好，水分升华较快，而里层传热传质条件较差，水分升华也较慢，在干燥过程中必须使已经脱水的已干部分物料的温度不能超过最高允许温度，因此在物料出现已干部分后加热功率不宜过大，以防止表层物料的温度过高。物料的最高允许温度也叫崩解温度，是保证物料内部成分在干燥过程中不受破坏的温度，由物料自身成分特性及质量要求决定。根据上述分析，冻干机加热过程的控制策略应该是在保证物料温度不超过物料最高允许温度的前提下以尽可能大的加热功率进行加热。

控制加热板的加热功率通过控制加热温度来实现，冻干机的加热温度指加热板表面的温度或加热板内流通的导热介质的温度。加热温度越高，单位时间内为物料提供的热量越多，干燥速率越快。

目前，对冻干过程中加热温度的控制主要采取两种方法。第一种方法是手动设定加热温度，并在干燥过程中随时调整加热温度的设定值。第二种方法是事先预设若干段冻干工艺曲线，每段工艺曲线均包括设定温度和运行时长，当程序进入某段曲线时，加热温度按该段设定温度执行，直到在该段的运行时间达到设定运行时长后，程序自动进入下一段曲线运行。

前述第一种方法不能实现过程的自动控制，需要由操作人员对运行过程中的情况进行判断后及时地手动调整设定值。一般在被干燥的物料中预先插入若干只温度传感器探头以测量物料温度，干燥过程开始后操作人员根据物料温度的变化不断调整加热温度的设定值。整个过程需要保证物料温度不超过物料最高允许温度。这种方法操作人员的经验和主观判断起着很重要的作用，随意性较大，且过程中容易造成误操作。这种方法适用于样品实验或产品试制。

前述第二种方法可以实现过程的自动控制，但在预设曲线之前需要预先通过前述第一种方法经过若干次实验来确定工艺曲线的设定值。而且对新的冻干工艺过程，即针对不同的物料品种，或是物料的形状、厚度和装盘量等条件改变时，原来的冻干工艺曲线不能根据物料条件的改变自动进行相应的调整，需要再次通过第一种方法经过若干次实验来确定新的冻干工艺曲线。

现有食品冻干工厂对冻干机加热温度的控制常常将前述两种方法结合，利用一台小型冻干机通过第一种方法进行实验，得到物料的冻干工艺曲线，再在大型冻干机上使用该冻干工艺曲线通过第二种方法进行自动控制。这样可以避免直接用大型冻干机进行实验而可能出现的大量物料的浪费及能源的损耗。但这样不仅增加了实验设备的投资和实验过程，还因小型冻干机和大型冻干机的换热条件（如热源、加热板结构和散热环境等）有差别，利用小型冻干机实验得到的冻干工艺曲线对大型冻干机来说往往并不是最佳的，有可能影响产品品质、增加能源消耗或降低生产效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简便、容易控制、加热过程中无需操作人员判断手控操作、节能、对物料品质没有影响、工作效率高的食品真空冷冻干燥设备加热过程的温度控制方法，克服现有技术的不足。

本发明的食品真空冷冻干燥设备加热过程的温度控制方法，是利用真空冻干机进行加热干燥，步骤如下：

a、将干燥过程的加热温度进行分段控制，第一段加热温度为100℃～130℃，最后段加热温度为物料最高允许温度，在40℃～70℃之间，段数确定在4～12段之间，中间各段加热温度连续降低；

b、设定各段的物料温度阀值，第一段物料温度阀值为0℃～30℃，最后段物料温度阀值为物料最高允许温度，在40℃～70℃之间，中间各段物料温度阀值连续升高；

c、在每段加温过程中，当物料温度测量值达到所在段的物料温度阀值时所用的时间为该段时长，然后进入下一段加温过程；

d、当最后段物料温度测量值达到物料最高允许温度时维持20～150分钟，结束干燥过程；

e、相同物料按上述的加热温度、分段方式、各段时长进行加温控制即可对该种食品进行真空冷冻干燥。