📧 sales@vacuum-fresh.com | 📞 +86 18825501449 | 💬 WhatsApp 🇬🇧 English🇨🇳 Chinese 🇻🇳Tiếng Việt🇹🇭ภาษาไทย✓🇲🇾Bahasa Melayu🇪🇸Español🇷🇺Русский🇩🇪Deutsch
🔬 วิจัยอุตสาหกรรม

พื้นฐานเทคโนโลยีการทำแห้งแบบเยือกแข็งในสุญญากาศ

พื้นฐานเทคโนโลยีการทำแห้งแช่เยือกแข็งสุญญากาศ — หลักการระเหิด การออกแบบอุปกรณ์ และการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม. วิธีการอบแห้งส่วนใหญ่ขจัดน้ำโดยการระเหย.

📅 2026-07-20
← กลับไปที่คลังเทคนิค

การทำแห้งแบบทั่วไปทำให้น้ำกลายเป็นไอ—การทำแห้งแบบเยือกแข็งไม่ผ่านสถานะของเหลวเลย ผนังเซลล์ไม่ยุบตัว สารอาหารไม่สูญเสีย


หลักการสำคัญ: การทำแห้งโดยไม่ผ่านสถานะของเหลว

วิธีการทำแห้งทั่วไปคือใช้ความร้อนทำให้น้ำกลายเป็นไอและระเหยออกไป—น้ำเปลี่ยนจากสถานะของเหลวเป็นก๊าซ การทำแห้งแบบเยือกแข็งแตกต่างออกไป: ก่อนอื่นทำให้วัสดุเป็นของแข็ง แล้วภายใต้สภาวะสุญญากาศให้น้ำแข็งระเหิดเป็นไอน้ำโดยตรง (ข้ามขั้นตอนสถานะของเหลว)

นี่คือข้อได้เปรียบหลักของการทำแห้งแบบเยือกแข็ง เนื่องจากไม่มีน้ำในสถานะของเหลวเกิดขึ้น จึงไม่มีแรงตึงผิวที่จะทำลายโครงสร้างผนังเซลล์ ผลิตภัณฑ์หลังการทำแห้งแบบเยือกแข็งคงรูปร่างและโครงสร้างสารอาหารเดิมไว้—สตรอว์เบอร์รีฟรีซดรายยังดูเหมือนสตรอว์เบอร์รี เพียงแต่มีน้ำหนักเบาลง กาแฟฟรีซดรายละลายทันทีเมื่อเติมน้ำ เพราะโครงสร้างคล้ายฟองน้ำภายในยังคงอยู่ครบถ้วน

พูดง่าย ๆ คือ: น้ำเปลี่ยนจากน้ำแข็งในสถานะของแข็งเป็นก๊าซโดยตรง โดยไม่ผ่านสถานะของเหลวในระหว่างนั้น


สามขั้นตอนของการทำแห้งแบบเยือกแข็ง

ขั้นตอน อุณหภูมิ ความดัน เวลา คำอธิบายกระบวนการ หลักฟิสิกส์สำคัญ
① การแช่แข็งล่วงหน้า -25℃ ~ -45℃ ความดันบรรยากาศ 2–4 h วัสดุถูกแช่แข็งต่ำกว่าจุดยูเทกติก น้ำทั้งหมดกลายเป็นน้ำแข็งในสถานะของแข็ง ความเร็วในการลดอุณหภูมิกำหนดขนาดผลึกน้ำแข็ง: ยิ่งเร็ว→ผลึกน้ำแข็งยิ่งละเอียด→คุณภาพยิ่งดี
② การทำแห้งโดยการระเหิด (การทำแห้งขั้นที่หนึ่ง) ชั้นวาง-20℃ ~ +10℃ 10–30 Pa 8–14 h ความชื้นประมาณ 95% ถูกกำจัดออกโดยการระเหิด การระเหิดของน้ำแข็งดูดซับความร้อนแฝงประมาณ 2830 kJ/kg; อุณหภูมิวัสดุต้องไม่เกินอุณหภูมิการยุบตัว
③ การทำแห้งแบบคายซับ (การทำแห้งขั้นที่สอง) ชั้นวาง+20℃ ~ +50℃ 5–15 Pa 2–4 h กำจัดน้ำที่จับตัวอยู่ และลดความชื้นตกค้าง อัตราความชื้นสุดท้าย ≤3%

ตลอดกระบวนการ: 12–20 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุ ปริมาณความชื้น และข้อกำหนดของอุปกรณ์


จุดยูเทกติก—อุณหภูมิหลักในการออกแบบกระบวนการทำแห้งแบบเยือกแข็ง

จุดยูเทกติกคืออุณหภูมิที่วัสดุถูกแช่แข็งเป็นของแข็งทั้งหมด หากสูงกว่าอุณหภูมินี้ ยังคงมีน้ำในสถานะของเหลวอยู่ในวัสดุ หากดูดสุญญากาศขณะที่มีน้ำในสถานะของเหลว น้ำในสถานะของเหลวจะเดือดและเกิดฟอง ผลิตภัณฑ์จะเสียหายโดยตรง

ประเภทวัสดุ จุดยูเทกติกทั่วไป อุณหภูมิเป้าหมายการแช่แข็งล่วงหน้า หมายเหตุ
ผลไม้ (สตรอว์เบอร์รี, แอปเปิล) -18℃ ~ -24℃ -28℃ ~ -35℃ ปริมาณน้ำตาลสูง จุดเยือกแข็งจึงลดลง
ผัก (ผักโขม, บรอกโคลี) -20℃ ~ -33℃ -30℃ ~ -40℃ แตกต่างกันไปตามปริมาณของแข็งที่ละลายได้
เนื้อสัตว์ (เนื้อวัว, เนื้อไก่) -15℃ ~ -20℃ -25℃ ~ -30℃ จุดเยือกแข็งของน้ำที่จับกับโปรตีนสูงกว่า
กล้วย -55.5℃ -60℃ ปริมาณน้ำตาลสูงมาก ต้องมีการจัดการพิเศษ
พริกไทย -81.7℃ -85℃ ต้องใช้ระบบทำความเย็นแบบคาสเคด

อุณหภูมิของกับดักความเย็นต้องต่ำกว่าจุดยูเทกติกของวัสดุ 10–15℃ จึงจะรักษาความต่างของความดันไอที่จำเป็นสำหรับการระเหิดได้


ระบบทั้งหกของเครื่องทำแห้งแบบเยือกแข็ง

เครื่องทำแห้งแบบเยือกแข็งสุญญากาศหนึ่งเครื่องมีความซับซ้อนมากกว่าเครื่องทำความเย็นล่วงหน้าแบบสุญญากาศมาก ประกอบด้วยระบบย่อยหกระบบ:

1. ห้องทำแห้ง

ภาชนะสุญญากาศสำหรับใส่ผลิตภัณฑ์ ภายในมีชั้นวางที่ควบคุมอุณหภูมิได้ ชั้นวางเป็นแบบกลวง——มีสื่อกลางนำความร้อนหมุนเวียน (น้ำมันซิลิโคน) ไหลอยู่ภายใน สามารถทำความเย็นได้ถึง -45℃ และให้ความร้อนได้ถึง +120℃

  • วัสดุ: สแตนเลส 304 หรือ 316L
  • ความหนาแน่นในการบรรจุ: 8–12 kg/m² ต่อพื้นที่ชั้นวาง
  • ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ: ±1℃ (ชั้นวางทั้งหมด)

2. ตัวดักจับน้ำ (กับดักความเย็น)

ดักจับไอน้ำที่ระเหิดออกมา แล้วควบแน่นกลับเป็นเกล็ดน้ำแข็ง หากไม่มีมัน ปั๊มสุญญากาศจะเสียหายจนใช้งานไม่ได้ทันที

  • อุณหภูมิใช้งาน: -45℃ ~ -65℃ (ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของวัสดุ)
  • โครงสร้าง: ทรงกระบอกสแตนเลส + ขดท่อทำความเย็นภายใน
  • ความสามารถในการดักจับน้ำ: 80–100% ของปริมาณน้ำที่จัดการต่อแบตช์ (ตัวดักจับน้ำแบบคู่ช่วยให้ผลิตได้อย่างต่อเนื่อง)

3. ระบบทำความเย็น

วงจรทำความเย็นสองชุดที่แตกต่างกัน:

  • การทำความเย็นชั้นวาง: ลดอุณหภูมิลงถึง -35℃ ~ -45℃ สำหรับการแช่แข็งวัสดุล่วงหน้า
  • การทำความเย็นของกับดักความเย็น: รักษาอุณหภูมิ -45℃ ~ -65℃ สำหรับการควบแน่นไอน้ำ

สองชุดสามารถใช้ชุดคอมเพรสเซอร์ร่วมกันได้หนึ่งชุด แต่เส้นทางการขยายตัวแตกต่างกัน

4. ระบบสุญญากาศ

การออกแบบสองขั้น:

  • ปั๊มโรตารีเวนหรือปั๊มวงแหวนน้ำ: การสูบหยาบ (ความดันบรรยากาศ → 100 Pa)
  • ปั๊ม Roots (ปั๊มบูสเตอร์): การสูบละเอียด (100 Pa → 5–15 Pa)

ปั๊ม Roots ต้องเริ่มทำงานเมื่อระดับสุญญากาศต่ำกว่า 1,000 Pa เท่านั้น มิฉะนั้นจะเกิดโอเวอร์โหลด

5. ระบบทำความร้อน

ใช้น้ำมันซิลิโคนหมุนเวียนหรือการทำความร้อนด้วยไฟฟ้า ควบคุมอุณหภูมิตามโปรแกรมเส้นโค้งการทำแห้งแบบเยือกแข็ง

6. ระบบควบคุม

PLC + จอสัมผัส ฟังก์ชันประกอบด้วย:

  • เส้นโค้งการทำแห้งแบบเยือกแข็งที่ตั้งโปรแกรมได้ (สามารถตั้งค่าเส้นโค้งล่วงหน้าหลายชุดสำหรับผลิตภัณฑ์แต่ละชนิด)
  • การตรวจวัดอุณหภูมิแบบเรียลไทม์ของชั้นวางแต่ละชั้น
  • การควบคุมระดับสุญญากาศแบบวงปิด
  • สัญญาณเตือนอุณหภูมิเกิน/ความดันเกิน
  • การบันทึกข้อมูลและการส่งออกผ่าน USB

การเลือกคอมเพรสเซอร์——ทำไมเครื่องทำแห้งแบบเยือกแข็งจึงต่างจากเครื่องพรีคูล

อุณหภูมิการระเหยของเครื่องทำแห้งแบบเยือกแข็งต่ำกว่าเครื่องพรีคูลแบบสุญญากาศและเครื่องทำเย็นเร็วมาก:

พารามิเตอร์ เครื่องพรีคูลผักและผลไม้ เครื่องทำเย็นเร็วสำหรับอาหาร เครื่องทำแห้งแบบเยือกแข็ง
อุณหภูมิการระเหย -10 ~ -5℃ -10 ~ -5℃ -35 ~ -45℃ (กับดักเย็น -45 ~ -65℃)
อัตราส่วนการอัด 4:1–8:1 6:1–10:1 10:1–20:1
ประเภทคอมเพรสเซอร์ แบบสกรอลหรือลูกสูบขั้นเดียว แบบสกรอลหรือลูกสูบขั้นเดียว แบบลูกสูบสองขั้นหรือสกรู
สารทำความเย็น R404A / R449A R404A / R448A R404A / R507 / R23 (แบบคาสเคด)

ข้อควรระวังสำคัญ: สภาวะอุณหภูมิต่ำของเครื่องทำแห้งแบบเยือกแข็ง (อุณหภูมิการระเหย -35~-45℃) เกินช่วงการใช้งานของคอมเพรสเซอร์ลูกสูบขั้นเดียวส่วนใหญ่ ต้องใช้คอมเพรสเซอร์ลูกสูบสองขั้นหรือคอมเพรสเซอร์สกรู มิฉะนั้นอุณหภูมิทางออกจะสูงเกินไป อัตราส่วนการอัดเกินขีดจำกัด และอายุการใช้งานคอมเพรสเซอร์จะลดลงอย่างรวดเร็ว


ข้อมูลจำเพาะของเครื่องทำแห้งแบบเยือกแข็งซีรีส์ CVD

รุ่น พื้นที่ชั้นวาง ปริมาณการประมวลผลต่อแบตช์ จำนวนชั้นวาง ช่วงอุณหภูมิชั้นวาง อุณหภูมิคอลด์แทรป กำลังไฟฟ้า ขนาดเครื่องโดยรวม
CVD-100 1 m² 10 kg 8 -55℃ ~ +120℃ -55℃ 6 kW 2000×700×1700
CVD-500 5 m² 50 kg 12 -55℃ ~ +120℃ -55℃ 16 kW 3000×1500×1700
CVD-1000 10 m² 100 kg 18 -55℃ ~ +120℃ -55℃ 28 kW 3600×1700×2100
CVD-2000 20 m² 200 kg 39 -55℃ ~ +120℃ -58℃ 56 kW 5500×2200×2500
CVD-3000 30 m² 300 kg 55 -55℃ ~ +120℃ -60℃ 70 kW 6000×2600×2900

สามประเด็นทางวิศวกรรมในการออกแบบเครื่องทำแห้งแบบแช่เยือกแข็ง

ชั้นวาง vs คอลด์แทรป: ทำไมอุณหภูมิจึงไม่เท่ากัน

อัตราการระเหิดถูกกำหนดโดยความแตกต่างของความดันย่อยของไอน้ำระหว่างผิวหน้าผลิตภัณฑ์กับผิวหน้าคอลด์แทรป:

ΔP = P_product(T_product) − P_cold_trap(T_cold_trap)

เมื่อผลิตภัณฑ์กับคอลด์แทรปมีอุณหภูมิต่างกัน 10℃ อัตราการระเหิดจะเพิ่มขึ้นประมาณ 1 เท่า ในทางปฏิบัติทางวิศวกรรม คอลด์แทรปมีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดยูเทกติกของวัสดุ 10–15℃

สุญญากาศสองขั้น: ทำไมปั๊ม Roots จึงขาดไม่ได้

ไอน้ำที่ 10–30 Pa มีความหนาแน่นต่ำมาก (ประมาณ 0.05–0.2 g/m³) ปั๊ม Rotary Vane แบบเดี่ยวสูญเสียอัตราการสูบที่มีประสิทธิผล 80% ที่ต่ำกว่า 100 Pa ปั๊ม Roots (ปั๊มบูสเตอร์แบบแห้ง) สามารถฟื้นคืนอัตราการสูบ และรักษาปริมาณการสูบที่มีประสิทธิผล 500–2,000 m³/h ที่ 10–30 Pa

การสลับกับดักไอน้ำแบบคู่: การผลิตต่อเนื่อง 24 ชั่วโมง

รอบการทำแห้งแบบเยือกแข็ง 12–20 ชั่วโมง กับดักไอน้ำเดี่ยวต้องละลายน้ำแข็ง 1–2 ชั่วโมงหลังจบแต่ละแบตช์ การออกแบบกับดักไอน้ำแบบคู่ให้ตัวหนึ่งทำงานและอีกตัวละลายน้ำแข็ง เพื่อการผลิตต่อเนื่องแบบแบ็กทูแบ็ก สลับอัตโนมัติด้วยวาล์วผีเสื้อแบบนิวเมติก โดยมีรอบสลับทุก 30 นาที


คำถามที่พบบ่อย

ถาม: การทำแห้งแบบเยือกแข็งในสุญญากาศกับการพรีคูลแบบสุญญากาศ/การทำเย็นเร็วในสุญญากาศต่างกันอย่างไร? ตอบ: การพรีคูลแบบสุญญากาศและการทำเย็นเร็วคือการให้น้ำบนผิวผลิตภัณฑ์ระเหยภายใต้ความดันต่ำเพื่อพาความร้อนออกไป——ผลิตภัณฑ์ยังคงเปียกและเย็นตลอดเวลา การทำแห้งแบบเยือกแข็งคือการแช่แข็งผลิตภัณฑ์ให้เป็นของแข็งก่อน จากนั้นให้น้ำแข็งระเหิดเป็นไอน้ำ การพรีคูลแบบสุญญากาศ/การทำเย็นเร็วใช้เวลาเพียง 20–40 นาที ส่วนการทำแห้งแบบเยือกแข็งใช้เวลา 12–20 ชั่วโมง เป็นการใช้งานที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง อย่าสับสน

ถาม: วัสดุใดเหมาะสำหรับการทำแห้งแบบเยือกแข็ง? ตอบ: ผลไม้ (สตรอว์เบอร์รี แอปเปิล กล้วย สับปะรด) ผัก (ผักโขม บรอกโคลี แครอท เห็ด) เนื้อสัตว์ (เนื้อวัว เนื้อไก่ ปลา) อาหารสัตว์เลี้ยง ยา และผลิตภัณฑ์ชีวภาพ วัสดุที่มีน้ำตาลสูง (จุดยูเทกติกของกล้วย -55.5℃) และผักที่มีความชื้นสูง (แตงกวา -32℃) ก็ทำได้ แต่ต้องใช้เส้นโค้งการทำแห้งแบบเยือกแข็งที่แตกต่างกัน

ถาม: รอบการทำแห้งแบบเยือกแข็งใช้เวลานานเท่าใด? ตอบ: โดยทั่วไป 12–20 ชั่วโมง ไลน์สตรอว์เบอร์รีขนาด 50 m² ใช้เวลาประมาณ 16 h/แบตช์ (3h แช่แข็งล่วงหน้า + 10h ระเหิด + 3h คายความชื้น) วัสดุยิ่งหนาและมีความชื้นสูงขึ้น รอบการผลิตก็ยิ่งนานขึ้น

ถาม: เครื่องทำแห้งแบบเยือกแข็งและเครื่องพรีคูลใช้แทนกันได้หรือไม่? ตอบ: ในทางเทคนิคทำได้ แต่ประสิทธิภาพต่ำมาก เครื่องทำแห้งแบบเยือกแข็งถูกออกแบบสำหรับการระเหิดแบบช้าในระยะเวลานาน——หากใช้เพื่อทำเย็นอาหารปรุงสุกหนึ่งแบตช์ จะใช้ไฟฟ้าสูงและใช้เวลานาน ช้ากว่าเครื่องทำเย็นเร็วแบบสุญญากาศสำหรับอาหารโดยเฉพาะมาก แต่ละเครื่องได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับกระบวนการของตนเอง


บทสรุป

การทำแห้งแบบเยือกแข็งในสุญญากาศเป็นเทคโนโลยีการขจัดน้ำที่ล้ำสมัยที่สุดในปัจจุบัน——มันรักษาโครงสร้าง สารอาหาร และความสามารถในการคืนน้ำของผลิตภัณฑ์ได้ดีกว่าวิธีการอบแห้งอื่นใด ความท้าทายทางวิศวกรรมอยู่ที่การสร้างสมดุลระหว่างปัจจัยสามประการที่แข่งขันกัน: อุณหภูมิ (กับดักความเย็น vs ผลิตภัณฑ์) ความดัน (ระดับสุญญากาศ vs การไหลของไอน้ำ) และเวลา (ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ของรอบ vs คุณภาพ)

—— ทีมวิศวกรรมเครื่องจักร Yuanxian | yuanxianmachinery.com

เนื้อหาที่เกี่ยวข้อง