SEO Block
| Field | Content |
|---|---|
| Title Tag | การออกแบบเส้นโค้งการทำแห้งแช่เยือกแข็ง: การวัดจุดยูเทกติกและข้อมูลล็อตจริง |
| Meta Description | จุดยูเทกติกของกล้วย -55.5°C ของสตรอว์เบอร์รี -22.6°C วิธีวัดจุดยูเทกติกและออกแบบเส้นโค้งการทำแห้งแช่เยือกแข็ง พร้อมข้อมูลการระเหิดจริงจากสายการผลิตเห็ดหอม 1 ตัน |
| Keywords | การวัดจุดยูเทกติก, เส้นโค้งการทำแห้งแช่เยือกแข็ง, อัตราการระเหิด, อุณหภูมิกับดักเย็น, CVD-10000, เครื่องทำแห้งแช่เยือกแข็งสุญญากาศ, กระบวนการทำแห้งแช่เยือกแข็ง |
| H1 | ออกแบบเส้นโค้งการทำแห้งแช่เยือกแข็งโดยเริ่มจากจุดยูเทกติก |
จุดยูเทกติกของกล้วยอยู่ที่ -55.5°C และของสตรอว์เบอร์รีอยู่ที่ -22.6°C ตัวเลขสองตัวนี้ชี้ว่าเส้นโค้งการทำแห้งแช่เยือกแข็งจะเดินได้หรือไม่ ในช่วงการระเหิด ถ้าอุณหภูมิวัสดุข้ามจุดยูเทกติก โครงสร้างการทำแห้งจะยุบตัวทันที และปรับอุณหภูมิชั้นวางเท่าไรภายหลังก็กู้คืนไม่ได้
บทความนี้พูดสามเรื่อง: วัดจุดยูเทกติกอย่างไร มันกำหนดอุณหภูมิกับดักเย็นอย่างไร และข้อมูลช่วงการระเหิดบนสายการผลิตจริงหน้าตาเป็นอย่างไร
จุดยูเทกติกคุมอะไร
จุดยูเทกติกคืออุณหภูมิที่ของเหลวหยดสุดท้ายในวัสดุแข็งตัวสมบูรณ์ สูงกว่านั้นผลึกน้ำแข็งกับของเหลวเข้มข้นอยู่ร่วมกัน ต่ำกว่านั้นทั้งมวลจึงเป็นของแข็ง
การทำแห้งแช่เยือกแข็งจะสำเร็จได้ก็ต่อเมื่อวัสดุคงสภาพแช่แข็งตลอดกระบวนการ น้ำแข็งระเหิดเป็นไอน้ำโดยตรง ถ้ายังมีของเหลวเหลืออยู่ ภายใต้สุญญากาศมันจะเดือด โครงสร้างที่มีรูพรุนยุบตัว และผลิตภัณฑ์กลายเป็นแผ่นบางแข็งและหดตัว
ดังนั้นจุดยูเทกติกกำหนดเป้าหมายการออกแบบสองข้อ:
- อุณหภูมิการแช่แข็งล่วงหน้าต้องต่ำกว่าจุดยูเทกติก และต้องมีส่วนเผื่อ
- อุณหภูมิกับดักเย็นต้องต่ำกว่าจุดยูเทกติก 10–15°C เพื่อให้ความต่างของความดันไอน้ำมากพอที่จะขับการระเหิด
วัดอย่างไร: วิธีวัดความต้านทานหรือ DSC
มีสองวิธี ขึ้นกับว่าลูกค้ามีอุปกรณ์อะไรอยู่ในมือ
วิธีวัดความต้านทาน
วิธีวัดความต้านทาน ใส่ตัวอย่างขนาดเล็กไว้ระหว่างอิเล็กโทรดสองขั้วแล้วเข้าเครื่องแช่แข็ง เมื่ออุณหภูมิลดลง ในจังหวะที่ของเหลวหยดสุดท้ายแข็งตัว ความต้านทานจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว จุดหักคืออุณหภูมิยูเทกติก วิธีนี้ถูกและเร็ว ห้องปฏิบัติการทั่วไปทำได้
DSC (การวัดความร้อนแบบสแกนดิฟเฟอเรนเชียล)
DSC (การวัดความร้อนแบบสแกนดิฟเฟอเรนเชียล) ใช้ตัวอย่างเพียงไม่กี่มิลลิกรัมสแกนผ่านช่วงอุณหภูมิแช่แข็ง จุดคายความร้อนสอดคล้องกับเหตุการณ์การตกผลึก แม่นยำกว่า และยังได้ข้อมูลการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วที่ต้องใช้ในการอบแห้งขั้นที่สอง
เราแนะนำให้วัดจากตัวอย่างของล็อตจริง อย่าคัดลอกค่าจากตำรา ความชื้น ปริมาณน้ำตาล และเส้นใย ล้วนทำให้จุดยูเทกติกเลื่อนได้ สตรอว์เบอร์รีจากต่างสวนต่างกันได้ 2–3°C
ข้อมูลวัสดุจริง (จากแฟ้มแผนงานของเรา)
| วัสดุ | จุดยูเทกติก | ข้อกำหนดกับดักเย็น | การกำหนดค่าระบบทำความเย็น |
|---|---|---|---|
| สตรอว์เบอร์รี | -22.6°C | -40°C | คอมเพรสเซอร์ลูกสูบขั้นเดียว R404A |
| น้ำว่านหางจระเข้เข้มข้น | -40°C ถึง -50°C | -55°C | คอมเพรสเซอร์ลูกสูบสองขั้น |
| กล้วย | -55.5°C | -65°C | แบบคาสเกต R404A + R23 |
| เห็ดหอม | -18°C ถึง -22°C | -40°C | คอมเพรสเซอร์ลูกสูบขั้นเดียว R404A |
กฎอุณหภูมิกับดักเย็นเหมือนกันบนเครื่องทำแห้งแช่เยือกแข็งสุญญากาศทุกเครื่องที่เราผลิต: กับดักเย็นต่ำกว่าจุดยูเทกติกของวัสดุ 10–15°C สตรอว์เบอร์รีใช้กับดักที่ -40°C ก็พอ ส่วนกล้วยต้องใช้ระบบคาสเกตที่ -65°C ไม่มีอุณหภูมิกับดักเย็นค่าเดียวที่ใช้ได้กับทุกอย่าง
ช่วงการระเหิดจริง: สายการผลิตเห็ดหอม 1 ตัน
ในการวิเคราะห์แผนงานชุดเดือนกรกฎาคม เราได้ตรวจทานสายการผลิตเห็ดหอมการทำแห้งแช่เยือกแข็งขนาด 1,000 kg/รอบ (CVD-10000 ชั้นวาง 100 m²) ผลการคำนวณทางกายภาพมีดังนี้:
- ความชื้นราว 90% ต้องดึงน้ำออก 855 kg ต่อรอบ
- ความร้อนแฝงของการระเหิด: 855 × 2830 = 2.4197 ล้าน kJ
- อัตราการระเหิดต่อเนื่อง: 42.75 kg/h (คำนวณจากการอบแห้งหลัก 20 h)
- ภาระต่อเนื่องของกับดักเย็น: 33.6 kW ที่ -40°C
- ทั้งรอบ: 16–24 h
ระบบทำความเย็นมีกำลังทำความเย็นตามพิกัด 95.4 kW (Hanbell RC2-230B ×2) ครอบคลุมทั้งภาระสูงสุด 34.1 kW ในช่วงแช่แข็งล่วงหน้าและภาระต่อเนื่อง 33.6 kW ของกับดักเย็น ส่วนเผื่อเพียงพอ ด้านสุญญากาศใช้ปั๊มใบหมุน Leybold + ปั๊มรูดส์สองชุด กำลัง 66 kW ดูดห้องขนาด 31.7 m³ ลงถึง 60 Pa ใช้เวลาราว 26 นาที
เทียบกับสายการผลิตสตรอว์เบอร์รี 175 m²: ต่อรอบดึงน้ำออก 1,764 kg อัตราการระเหิดต่อเนื่อง 88.2 kg/h ภาระกับดักเย็น 69.3 kW ที่ -40°C ขนาดเปลี่ยน ภาระกับดักเย็นก็เปลี่ยนตาม แต่ตรรกะของเส้นโค้งเหมือนกัน
กฎเหล็กของระบบทำความเย็น ห้ามข้าม
กับดักเย็นคือหัวใจของเครื่องทำแห้งแช่เยือกแข็ง ไอน้ำที่วัสดุระเหิดออกมาถูกมันควบแน่น ปั๊มสุญญากาศดูดเฉพาะก๊าซที่ไม่กลั่นตัว ถ้ากับดักเย็นเล็กเกินไปหรือระบบทำความเย็นเสีย ไอน้ำจะทะลักเข้าปั๊มโดยตรง น้ำมันอิมัลชัน และเครื่องเสียในไม่กี่นาที
ดังนั้นการเสนอราคาเครื่องทำแห้งแช่เยือกแข็งจึงมีระบบทำความเย็นเสมอ ไม่ใช่ตัวเลือกเสริม แต่เป็นชิ้นส่วนที่ทำให้การระเหิดเป็นไปได้ในทางอุณหพลศาสตร์
การออกแบบเส้นโค้งสามช่วง
เส้นโค้งการทำแห้งแช่เยือกแข็งระดับการผลิตแบ่งเป็นสามช่วง:
- การแช่แข็งล่วงหน้า ชั้นวางลดจากอุณหภูมิปกติลงต่ำกว่าจุดยูเทกติกด้วยอัตรา 1–3°C/h ความหนาแน่นการบรรทุกผลไม้ราว 7 kg/m² เนื้อสัตว์ 8–10 kg/m² การแช่แข็งเร็วให้ผลึกน้ำแข็งเล็กและโครงสร้างละเอียด ส่วนการแช่แข็งช้าได้น้ำออกต่อรอบมากกว่า นี่คือการตัดสินใจทางกระบวนการ
- การอบแห้งหลัก วัสดุคงอุณหภูมิต่ำกว่าจุดยูเทกติก กับดักเย็นดึงไอน้ำจากการระเหิดออกต่อเนื่อง ข้อมูลอัตราการระเหิดข้างต้นเกิดขึ้นในช่วงนี้ ใช้การควบคุมด้วยจุดตั้งความดันเพื่อให้ไล่ระดับความดันบางส่วนคงที่
- การอบแห้งขั้นที่สอง เพิ่มอุณหภูมิชั้นวางเพื่อสลายการดูดซับน้ำที่จับตัวอยู่ ให้ความชื้นสุดท้ายของผลิตภัณฑ์ต่ำกว่าหรือเท่ากับ 3%
FAQ
ถาม: อุณหภูมิกับดักเย็นค่าเดียวใช้ได้กับทุกวัสดุไหม? ตอบ: ไม่ได้ กับดักเย็นต้องต่ำกว่าจุดยูเทกติกของวัสดุ 10–15°C สตรอว์เบอร์รี (-22.6°C) ใช้ -40°C ก็พอ ส่วนกล้วย (-55.5°C) ต้องใช้การทำความเย็นแบบคาสเกตที่ -65°C
ถาม: การวัดจุดยูเทกติกต้องใช้ DSC เท่านั้นไหม? ตอบ: DSC แม่นกว่า แต่การวัดความต้านทานไฟฟ้าเร็วกว่าและถูกกว่า เพียงพอสำหรับวัสดุอาหารส่วนใหญ่ สิ่งสำคัญคือวัดจากล็อตจริง ไม่ใช่คัดลอกค่าจากตำรา
ถาม: สายการผลิตเห็ดหอม 1 ตันใช้เวลาการอบแห้งหลักนานเท่าไร? ตอบ: ประมาณ 16–24 h ต่อรอบ ดึงน้ำออก 855 kg อัตราการระเหิดต่อเนื่อง 42.75 kg/h และกับดักเย็นรับภาระต่อเนื่อง 33.6 kW ที่ -40°C
ผู้เขียน: ทีมวิศวกรรม Yuanxian Machinery | บริษัท Dongguan Yuanxian Food Machinery Co., Ltd. บันทึกทางเทคนิคเพิ่มเติมที่ www.vacuum-fresh.com อ่านเพิ่มเติม: การออกแบบกับดักน้ำ และ หน้าผลิตภัณฑ์ซีรีส์ CVD