升華干燥時,將制冷系統(tǒng)切換到水氣凝結(jié)器上,待水氣凝結(jié)器溫度降至-20℃左右,即可開真空泵,對凍干箱抽真空。凍干箱真空度達到20Pa左右即可開始加熱,這時一定要注意控制加熱速率,應(yīng)保持山藥片內(nèi)的溫度在共熔點以下,以防止加熱過快造成制品熔化。實驗證明,真空度控制在50Pa左右時,傳熱、傳質(zhì)效果較好,升華速率較快。升華干燥時間為8h。
為保證產(chǎn)品質(zhì)量,在解析干燥階段擱板溫度不要超過50℃,山藥片溫度不要超過40℃。解析干燥時間為2.5h。曾試驗提高擱板溫度到80℃,以便提高干燥速率,縮短干燥時間,試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)有少量硬結(jié)小塊,顏色變黃,似有燒焦現(xiàn)象,造成質(zhì)量下降。實驗得出較好的凍干曲線如圖6-4所示,總計凍干過程耗費時間13h。
山藥凍干的傳熱、傳質(zhì)模型采用傳統(tǒng)的冰界面均勻退卻模型(簡稱URIF模型),如圖6-5所示。圖中Q為傳熱;m為傳質(zhì);1為干層;2為移動冰界面;3為凍結(jié)層,4為擱板。由于山藥片是通過墊一些小薄木片放在擱板上的,與URIF模型中假定下擱板(x=b)處是絕熱的相近似,忽略了下擱板通過冰界面的冰層的導(dǎo)熱。這種模型可采用直角坐標(biāo)系來分析計算。
式中,b為山藥厚度,實驗中b=0.008m;ρ為冷凍層冰的密度,ρ=800kg/m3;γ為冰升華潛熱,γ=2.8×106J/kg;ε為凍干物料孔隙率,定義為凍干物料孔隙體積與總體積之比,ε=0.7;λ為已干層熱導(dǎo)率,λ=0.03W/(m·℃)[即0.03J/(s·m·℃)];Tw為干層外表面溫度,Tw=40℃;Ts為升華界面溫度,Ts=-18℃;α為已干層導(dǎo)溫系數(shù),m2/s。
式中,c為已干層比熱容,c=1800J/kg;ρ為已干層密度,ρ=350kg/m3。經(jīng)計算得α=4.7×10-8m2/s,t=8.09h。計算結(jié)果與實驗值基本相符。
從式(6-4)、式(6-5)計算可知,山藥的鋪放厚度對升華干燥時間的影響很大。在其他參數(shù)相同的情況下,厚度從8mm增加到10mm時,所需升華干燥時間從8.09h增加到12.65h。厚度僅增加2mm,升華干燥時間卻增加了4.5h。厚度從8mm減少到5mm時,所需升華干燥時間從8.09h減少到3.17h。厚度減少3mm,時間卻減少了近5h。此計算值與實驗結(jié)果基本相符。隨著厚度的增加,預(yù)凍時間和解析干燥時間也有所增加,但不如升華干燥時間增加得多。其主要原因是厚度對傳熱的阻力比傳質(zhì)的阻力小。
為減少傳質(zhì)阻力,可將山藥片放置在帶網(wǎng)的托盤里,從山藥片的兩側(cè)同時抽除水蒸氣,相當(dāng)于山藥片的厚度減小1/2,升華干燥時間縮短1/2,既提高了生產(chǎn)效率,又實現(xiàn)了節(jié)能。
鮮山藥經(jīng)凍干后,不必人工粉碎,自動成粉。凍干后的山藥極易吸潮,特別是山藥粉,吸潮后能捏成團,壓成塊,容易變質(zhì)。因此,凍干山藥粉的貯運價值與凍干后處理密切相關(guān)。通常凍干產(chǎn)品出箱后,應(yīng)該采用真空包裝或真空充干燥氮氣包裝。在實驗過程中沒有及時真空包裝的凍干山藥在一夜之間就回潮了。采用磨口玻璃瓶,瓶中放入袋裝干燥劑后存放,效果很好。