食品真空冷凍干燥設(shè)備加熱過(guò)程的溫度控制方法
【專利摘要】食品真空冷凍干燥設(shè)備加熱過(guò)程的溫度控制方法，利用真空凍干機(jī)進(jìn)行加熱干燥，干燥加熱溫度分段控制，第一段加熱溫度為100℃～130℃，最后段加熱溫度為物料最高允許溫度，段數(shù)確定在4～12段之間，中間各段加熱溫度連續(xù)降低；設(shè)定各段的物料溫度閥值，第一段物料溫度閥值為0℃～30℃，最后段物料溫度閥值為物料最高允許溫度，中間各段物料溫度閥值連續(xù)升高；在每段加溫過(guò)程中，當(dāng)物料溫度測(cè)量值達(dá)到所在段的物料溫度閥值時(shí)所用的時(shí)間為該段時(shí)長(zhǎng)，然后進(jìn)入下一段加溫過(guò)程；當(dāng)最后段物料溫度測(cè)量值達(dá)到物料最高允許溫度后維持20～150分鐘，結(jié)束干燥過(guò)程；相同物料按上述的加熱溫度、分段方式、各段時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行加溫控制即可對(duì)該種食品進(jìn)行真空冷凍干燥。
【專利說(shuō)明】食品真空冷凍干燥設(shè)備加熱過(guò)程的溫度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及真空冷凍干燥設(shè)備的控制技術(shù)，特別是一種食品真空冷凍干燥設(shè)備加熱過(guò)程的溫度控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]真空冷凍干燥(簡(jiǎn)稱凍干)是將凍結(jié)物料放在保持真空的干燥倉(cāng)內(nèi)，通過(guò)加熱使物料內(nèi)的水分升華而得到干燥食品的方法?，F(xiàn)有食品真空冷凍干燥設(shè)備(簡(jiǎn)稱凍干機(jī))一般都采用非接觸式雙面輻射加熱的方法。即物料盤放置于加熱板之間，物料盤與加熱板不直接接觸，加熱板內(nèi)有電加熱器或者內(nèi)部流通導(dǎo)熱介質(zhì)(如水或?qū)嵊偷?，加熱板主要通過(guò)輻射換熱的方式將熱量傳遞給物料。
[0003]凍干機(jī)在干燥過(guò)程中需要控制加熱板的加熱功率。一方面加熱功率越大則水分的升華過(guò)程越快。另一方面由于物料表層傳熱傳質(zhì)條件好，水分升華較快，而里層傳熱傳質(zhì)條件較差，水分升華也較慢，在干燥過(guò)程中必須使已經(jīng)脫水的已干部分物料的溫度不能超過(guò)最高允許溫度，因此在物料出現(xiàn)已干部分后加熱功率不宜過(guò)大，以防止表層物料的溫度過(guò)高。物料的最高允許溫度也叫崩解溫度，是保證物料內(nèi)部成分在干燥過(guò)程中不受破壞的溫度，由物料自身成分特性及質(zhì)量要求決定。根據(jù)上述分析，凍干機(jī)加熱過(guò)程的控制策略應(yīng)該是在保證物料溫度不超過(guò)物料最高允許溫度的前提下以盡可能大的加熱功率進(jìn)行加熱。
[0004]控制加熱板的加熱功率通過(guò)控制加熱溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)，凍干機(jī)的加熱溫度指加熱板表面的溫度或加熱板內(nèi)流通的導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度。加熱溫度越高，單位時(shí)間內(nèi)為物料提供的熱量越多，干燥速率越快。
[0005]目前，對(duì)凍干過(guò)程中加熱溫度的控制主要采取兩種方法。第一種方法是手動(dòng)設(shè)定加熱溫度，并在干燥過(guò)程中隨時(shí)調(diào)整加熱溫度的設(shè)定值。第二種方法是事先預(yù)設(shè)若干段凍干工藝曲線，每段工藝曲線均包括設(shè)定溫度和運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，當(dāng)程序進(jìn)入某段曲線時(shí)，加熱溫度按該段設(shè)定溫度執(zhí)行，直到在該段的運(yùn)行時(shí)間達(dá)到設(shè)定運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)后，程序自動(dòng)進(jìn)入下一段曲線運(yùn)行。
[0006]前述第一種方法不能實(shí)現(xiàn)過(guò)程的自動(dòng)控制，需要由操作人員對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的情況進(jìn)行判斷后及時(shí)地手動(dòng)調(diào)整設(shè)定值。一般在被干燥的物料中預(yù)先插入若干只溫度傳感器探頭以測(cè)量物料溫度，干燥過(guò)程開始后操作人員根據(jù)物料溫度的變化不斷調(diào)整加熱溫度的設(shè)定值。整個(gè)過(guò)程需要保證物料溫度不超過(guò)物料最高允許溫度。這種方法操作人員的經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷起著很重要的作用，隨意性較大，且過(guò)程中容易造成誤操作。這種方法適用于樣品實(shí)驗(yàn)或廣品試制。
[0007]前述第二種方法可以實(shí)現(xiàn)過(guò)程的自動(dòng)控制，但在預(yù)設(shè)曲線之前需要預(yù)先通過(guò)前述第一種方法經(jīng)過(guò)若干次實(shí)驗(yàn)來(lái)確定工藝曲線的設(shè)定值。而且對(duì)新的凍干工藝過(guò)程，即針對(duì)不同的物料品種，或是物料的形狀、厚度和裝盤量等條件改變時(shí)，原來(lái)的凍干工藝曲線不能根據(jù)物料條件的改變自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，需要再次通過(guò)第一種方法經(jīng)過(guò)若干次實(shí)驗(yàn)來(lái)確定新的凍干工藝曲線。[0008]現(xiàn)有食品凍干工廠對(duì)凍干機(jī)加熱溫度的控制常常將前述兩種方法結(jié)合，利用一臺(tái)小型凍干機(jī)通過(guò)第一種方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到物料的凍干工藝曲線，再在大型凍干機(jī)上使用該凍干工藝曲線通過(guò)第二種方法進(jìn)行自動(dòng)控制。這樣可以避免直接用大型凍干機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)而可能出現(xiàn)的大量物料的浪費(fèi)及能源的損耗。但這樣不僅增加了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的投資和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，還因小型凍干機(jī)和大型凍干機(jī)的換熱條件(如熱源、加熱板結(jié)構(gòu)和散熱環(huán)境等)有差別，利用小型凍干機(jī)實(shí)驗(yàn)得到的凍干工藝曲線對(duì)大型凍干機(jī)來(lái)說(shuō)往往并不是最佳的，有可能影響產(chǎn)品品質(zhì)、增加能源消耗或降低生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種操作簡(jiǎn)便、容易控制、加熱過(guò)程中無(wú)需操作人員判斷手控操作、節(jié)能、對(duì)物料品質(zhì)沒(méi)有影響、工作效率高的食品真空冷凍干燥設(shè)備加熱過(guò)程的溫度控制方法，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0010]本發(fā)明的食品真空冷凍干燥設(shè)備加熱過(guò)程的溫度控制方法，是利用真空凍干機(jī)進(jìn)行加熱干燥，步驟如下:
a、將干燥過(guò)程的加熱溫度進(jìn)行分段控制，第一段加熱溫度為100°C?130°C，最后段加熱溫度為物料最高允許溫度，在40°C?70°C之間，段數(shù)確定在4?12段之間，中間各段加熱溫度連續(xù)降低；
b、設(shè)定各段的物料溫度閥值，第一段物料溫度閥值為0°C?30°C，最后段物料溫度閥值為物料最高允許溫度，在40°C?70°C之間，中間各段物料溫度閥值連續(xù)升高；
C、在每段加溫過(guò)程中，當(dāng)物料溫度測(cè)量值達(dá)到所在段的物料溫度閥值時(shí)所用的時(shí)間為該段時(shí)長(zhǎng)，然后進(jìn)入下一段加溫過(guò)程；
d、當(dāng)最后段物料溫度測(cè)量值達(dá)到物料最高允許溫度時(shí)維持20?150分鐘，結(jié)束干燥過(guò)
程;
e、相同物料按上述的加熱溫度、分段方式、各段時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行加溫控制即可對(duì)該種食品進(jìn)行真空冷凍干燥。
[0011]干燥過(guò)程中，在脫水的已干物料出現(xiàn)之前，凍干機(jī)的加熱溫度按設(shè)備最大加熱能力進(jìn)行設(shè)定；在已干物料出現(xiàn)之后，則開始適當(dāng)控制物料溫度的上升速度，在工作過(guò)程中測(cè)得已干物料層的溫度，并將之與設(shè)定的物料溫度閥值進(jìn)行比較，物料溫度達(dá)到設(shè)定物料溫度閥值之后，降低加熱溫度，從而降低物料溫度的上升速度。設(shè)定的加熱溫度和物料溫度閥值采取分段設(shè)定，各段的設(shè)定加熱溫度依次降低，同時(shí)各段的設(shè)定物料溫度閥值則依次升高，最后一段設(shè)定加熱溫度與設(shè)定物料溫度閥值均等于物料最高允許溫度。當(dāng)所有物料溫度和加熱溫度在誤差范圍內(nèi)相等時(shí)，再維持一段時(shí)間后干燥過(guò)程結(jié)束。對(duì)于已經(jīng)至少運(yùn)行過(guò)一次凍干過(guò)程并得到了成熟加熱工藝曲線的情況，則可以不用測(cè)量物料溫度，各段加熱運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)分別按之前的實(shí)際運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)設(shè)定即可。
[0012]以下對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，方法如下:
將凍干機(jī)加熱工藝曲線分為若干段，一般為4?12段，每段包括設(shè)定加熱溫度、設(shè)定運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)和設(shè)定物料溫度閥值共三個(gè)設(shè)定值。
[0013]各段設(shè)定加熱溫度的數(shù)值按順序依次遞減，第一段設(shè)定加熱溫度的數(shù)值為使設(shè)備達(dá)到最大加熱能力的加熱溫度值，數(shù)值范圍一般為100°c?130°c，最后一段設(shè)定加熱溫度的數(shù)值為物料的最高允許溫度值，數(shù)值范圍一般為40°C?70°C。
[0014]各段設(shè)定物料溫度閥值按順序依次遞增，其值大于0°C，且不超過(guò)物料的最高允許溫度值。
[0015]每一段加熱工藝曲線運(yùn)行時(shí)，凍干機(jī)的加熱溫度按該段設(shè)定加熱溫度運(yùn)行，直到在該段的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間達(dá)到該段設(shè)定運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)時(shí)，程序判斷是否存在有效的物料溫度測(cè)量值。有效的物料溫度測(cè)量值是指通過(guò)物料溫度傳感器測(cè)量得到的在正常物料溫度范圍(一般為-30?70°C)之內(nèi)的溫度值，同時(shí)其在控制界面上被選擇為有效。如果不存在有效的物料溫度測(cè)量值，則程序自動(dòng)進(jìn)入下一段加熱工藝曲線運(yùn)行；如果存在有效的物料溫度測(cè)量值，則將有效的物料溫度測(cè)量值之中的最高值和設(shè)定物料溫度閥值進(jìn)行比較，如果有效的物料溫度測(cè)量值的最高值未達(dá)到設(shè)定物料溫度閥值，則加熱溫度繼續(xù)以該段設(shè)定加熱溫度運(yùn)行，直到有效的物料溫度測(cè)量值的最高值等于或大于該段的設(shè)定物料溫度值時(shí)，該段運(yùn)行結(jié)束，程序進(jìn)入下一段。
[0016]凍干機(jī)的加熱控制程序按順序依次運(yùn)行各段工藝加熱曲線，當(dāng)最后一段工藝加熱曲線運(yùn)行結(jié)束后，如果不存在有效的物料溫度測(cè)量值，則干燥過(guò)程結(jié)束；如果存在有效的物料溫度測(cè)量值，則在所有有效的物料溫度測(cè)量值和加熱溫度接近或相等后再維持一段設(shè)定的維持時(shí)間后干燥過(guò)程結(jié)束，以減少物料溫度不均勻性的影響，設(shè)定的維持時(shí)間一般為20?150分鐘。
[0017]干燥過(guò)程結(jié)束時(shí)，控制程序向操作人員發(fā)出相應(yīng)的提示，在結(jié)束加熱溫度自動(dòng)控制程序之前，凍干機(jī)的加熱溫度一直維持在最后一段的設(shè)定加熱溫度運(yùn)行。
[0018]在使用上述加熱溫度的控制方法時(shí)，如果針對(duì)的是新的凍干工藝過(guò)程，需要在被干燥物料被凍結(jié)之前，在物料水分升華較快的的表層和升華較慢的里層至少各插入一只溫度傳感器探頭。如果所加工物料已經(jīng)至少運(yùn)行過(guò)一次凍干過(guò)程，且物料的形狀、厚度和裝盤量等條件基本不變，則在凍干過(guò)程中不需要在物料內(nèi)插入溫度傳感器探頭。凍干工藝曲線的每段設(shè)定運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為已經(jīng)運(yùn)行過(guò)的加熱過(guò)程中的該段實(shí)際運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。
[0019]本發(fā)明提供的凍干機(jī)加熱溫度的控制方法滿足了在保證物料溫度不超過(guò)物料最高允許溫度的前提下以盡可能大的加熱功率進(jìn)行加熱的要求，并避免了現(xiàn)有凍干機(jī)在得到新的凍干工藝曲線時(shí)需要經(jīng)過(guò)手動(dòng)設(shè)定加熱溫度進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，使得凍干機(jī)加熱過(guò)程控制的自動(dòng)化程度更高、更易于操作，減少了人力資源成本。對(duì)于大型凍干機(jī)而言，通過(guò)本發(fā)明方法得到的加熱工藝參數(shù)與通過(guò)小型凍干機(jī)實(shí)驗(yàn)得到的加熱工藝參數(shù)相比，更符合食品工藝要求和實(shí)際運(yùn)行工況，有利于節(jié)省能源的消耗和提高設(shè)備的工作效率。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的食品真空冷凍干燥設(shè)備加熱過(guò)程的溫度控制方法，是利用真空凍干機(jī)進(jìn)行加熱干燥，步驟如下:
a、將干燥過(guò)程的加熱溫度進(jìn)行分段控制，第一段加熱溫度為100°C?130°C，最后段加熱溫度為40°C?70°C，段數(shù)確定在4?12段之間，中間各段加熱溫度連續(xù)降低；
b、設(shè)定各段的物料溫度閥值，第一段物料溫度閥值為0°C，最后段物料溫度閥值為40°C?70°C，中間各段物料溫度閥值連續(xù)升高；
C、在每段加溫過(guò)程中，當(dāng)物料溫度測(cè)量值達(dá)到所在段的物料溫度閥值時(shí)所用的時(shí)間為該段時(shí)長(zhǎng)，然后進(jìn)入下一段加溫過(guò)程；
d、當(dāng)最后段物料溫度測(cè)量值達(dá)到40°C~70°C時(shí)維持20~150分鐘，結(jié)束干燥過(guò)程；
e、相同物料按上述的加熱溫度、分段方式、各段時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行加溫控制即可對(duì)該種食品進(jìn)行真空冷凍干燥。
[0021]以蘋果的凍干加熱過(guò)程的溫度控制為例，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，蘋果經(jīng)過(guò)清洗、殺菌、去皮、去核、切片等前處理過(guò)程后，均勻鋪入凍干機(jī)托盤中，單位托盤面積的裝載量為10kg/m2。在其中一只托盤表層和底層的蘋果片內(nèi)分別插入兩只帶插撥式接頭的針狀溫度傳感器探頭。將物料盤放入凍結(jié)庫(kù)內(nèi)降溫，然后將凍結(jié)好的物料盤送入干燥倉(cāng)內(nèi)，待干燥倉(cāng)內(nèi)的真空度達(dá)到工作真空度要求后，使凍干機(jī)的加熱板升溫，開始加熱過(guò)程。
[0022]將加熱過(guò)程的凍干工藝曲線分為10段，各段的設(shè)定參數(shù)包括設(shè)定加熱溫度、設(shè)定運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)和設(shè)定物料溫度閥值，如表1所示，該蘋果片的最高允許溫度為50°c。
[0023]表1加熱參數(shù)設(shè)定(新工藝)
【權(quán)利要求】
1.一種食品真空冷凍干燥設(shè)備加熱過(guò)程的溫度控制方法，其特征在于:利用真空凍干機(jī)進(jìn)行加熱干燥，步驟如下: a、將干燥過(guò)程的加熱溫度進(jìn)行分段控制，第一段加熱溫度為100°C?130°C，最后段加熱溫度為物料最高允許溫度，在40°C?70°C之間，段數(shù)確定在4?12段之間，中間各段加熱溫度連續(xù)降低； b、設(shè)定各段的物料溫度閥值，第一段物料溫度閥值為0°C?30°C，最后段物料溫度閥值為物料最高允許溫度，在40°C?70°C之間，中間各段物料溫度閥值連續(xù)升高； C、在每段加溫過(guò)程中，當(dāng)物料溫度測(cè)量值達(dá)到所在段的物料溫度閥值時(shí)所用的時(shí)間為該段時(shí)長(zhǎng)，然后進(jìn)入下一段加溫過(guò)程； d、當(dāng)最后段物料溫度測(cè)量值達(dá)到物料最高允許溫度時(shí)維持20?150分鐘，結(jié)束干燥過(guò)程; e、相同物料按上述的加熱溫度、分段方式、各段時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行加溫控制即可對(duì)該種食品進(jìn)行真空冷凍干燥。
【文檔編號(hào)】F26B25/00GK103727746SQ201310640102
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】盧允莊, 王一田, 張為民, 王恕清, 康平, 姜遠(yuǎn)新 申請(qǐng)人:大連冷凍機(jī)股份有限公司, 加拿大聯(lián)合凍干有限公司