PLC在冷冻干燥机中的应用

1、毕 业 设 计 论 文题 目 PLC在冷冻干燥机中的应用 （院）系 电气与信息工程系 专业 电气工程及其自动化 班级 0005班 学号 0001120304 学生姓名 丁祝元 导师姓名 杨 青 完成日期 2004年6月16日 湖南工程学院毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： PLC在冷冻干燥机中的应用 姓名 丁祝元 系别 电气系 专业 电气工程及其自动化 班级 0005班 学号 17号 指导老师 杨 青 教研室主任 石安乐 一、 基本任务及要求：PLC在冷冻干燥机中的应用主要研究设计方面： 1、进行冷冻干燥机的自动控制系统的设计。 2、控制系统应具有冻干曲线设定、除霜、灭菌、在线清洗、真

2、空控制等功能。 3、控制系统与上位管理机通信具备干燥状态检测、故障报警和维修检查的功能。4、冻干流程显示可用荧光屏或模拟板两种方式。 5、在编程器上可显示温度、压力、时间、周期、状态等。 二、 进度安排及完成时间：2月16日3月6日，查阅资料、撰写文献综述、撰写开题报告。 3月7日3月21日，毕业实习、撰写实习报告。 3月22日4月22日，进行冷冻干燥机的自动控制系统的设计。控制系统应具有冻干曲线设定、除霜、灭菌、在线清洗、真空控制等功能。 4月22日5月29日，控制系统与上位管理机通信具备干燥状态检测、故障报警和维修检查的功能。 5月30日6月15日，撰写毕业设计说明书（毕业论文）。 6月1

3、6日6月20日，修改、装订毕业论文。 6月20日6月26日，毕业设计答辩（公开答辩、分组答辩）。 目 录摘要1Abstract2第一章 绪论.31.1 可编程控制技术的现状及发展趋势.31.2 冷冻干燥机的简介和冷冻干燥的基本原理91.3 国内外干燥设备的现状与发展趋势11第二章 冷冻干燥技术的现状及发展趋势.142.1 食品冻干机的发展.142.2 冻干工艺的现状及发展趋势.152.3 冻干理论的研究现状及发展趋势.162.4 结论.17第三章 PLC技术.183.1 PLC概述.183.2 PLC的基本组成与各部分的作用.183.3 A/D和D/A转换概念.203.4 PLC的主要特点.2

4、2第四章 控制系统总体设计.234.1 系统的基本任务和要求.234.2 冷冻干燥机的控制系统设计的总体方案选择.234.3 冷冻干燥机工艺流程.254.4 冷冻干燥机的系统保障.284.5 以PLC为核心的冷冻干燥机控制系统.30第五章 硬件设计345.1 系统概况.34 5.2 PLC与其它工控装置比较.34 5.3 PLC处理器选型.36 5.4 传感器.38 5.5 触摸式图形显示操作终端选择.42 5.6 确定I/O点.43 5.7 PLC的选择.44 5.8 PLC及其扩展板.46第六章 控制系统软件设计.49 6.1 系统软件设计系统总流程图.496.2 软件的组成.49 6.3

5、 软件的结构.50 6.4 系统监控软件.51第七章 冷冻干燥机系统的通信567.1 PLC通信概述.567.2 PLC的通信方式.567.3 RS422/RS485串行通信接口及通信介质.577.4 VB6.0在PLC与上位机通讯中的应用.58第八章 三菱FX 系列列PLC运行调试及故障诊断648.1 使用环境.648.2 安装接线.64 8.3 电源规格.658.4 输入输出电路联接.65第九章 PLC控制系统抗干扰措施.67 9.1 干扰源.67 9.2 抗干扰措施.67 9.3 对外界环境抗干扰措施.69小结与致谢.70参考文献.71 PLC在冷冻干燥机中的应用摘要:论文介绍了可编程控

6、制器在冷冻干燥机的应用。传统的冷冻干燥机由程序步进器进行机械控制，其触点繁多，故障频繁，维修不便， 严重影响冷冻干燥机的正常工作，对产品的质量也产生了很大影响。采用三菱的小型PLC对整个冷冻干燥机运行系统进行控制，可实现较高的自动化程度，并完成智能控制、状态显和故障报警等任务，同时还提供良好的人机界面与操作员进行交互，使得修改各种参数简单、易行，对于机械设备的运行能及时、快速、准确的反映。其控制系统结构清楚、线路简单、工作可靠、同时设置了受动/自动控制开关，使得系统维护更加方便，减轻了工人的劳动强度，提高了系统的稳定性和可靠性。本控制系统具有干燥机冻干曲线设定、除霜、灭菌、在线清洗、真空控制、

7、干燥状态检测、故障报警和维修检查的功能。控制系统能进行全自动的冻干控制，包括预冻、加热、抽真空、压塞、放气、除霜、灭菌等。在编程器上可以显示温度、压力、时间、周期、状态等，也可以显示报警信息。采用冻干曲线和设备运行全自动方法时，可由微机编程，冻干流程显示可用荧光屏或模拟板两种方式，可在微机上对PLC编程，并能提供所有软件设备。软件可记录各运行设备运行的时间和历史记录，随机和定时打印数据、报表、曲线等，同时记录多项故障和事件发生。多点记录仪可显示制品、导热液、真空冷凝器的温度和干燥腔室、真空泵的真空度，同时还对冷凝器的温度进行报警。必要时能够进行人工干预。关键词：PLC ：冷冻干燥机：应用APP

8、ICATION OF PLC ON THE SYSTEM OF FROZEN DRYERSAbstract :The thesis introduced application of programmable logic controller (PLC) on the system of frozen dryers . The traditional frozen dryer is carried on machinery to control by the procedure walking into device, its contact is various, the trouble i

9、s frequent, maintain inconvenient. The traditional frozen drye not only influence the normal work of the frozen dryer seriously, but also have severe effect on the quality of the products .Small-scale PLC which adopt Mitsubishi runs the system to control to the whole frozen dryers , can realize high

10、er automatic degree , such tasks as it is apparent to finish the intellectual control , stating and fault alarm ,etc. at the same time and the operator proceeds hand over with each other, make modify every kind of parameter simple, easy line, reflect the movement of the machine equipments can on tim

11、e, fleetness. Its control system construction is clear, the circuit is simple and work dependable, establishes to suffer to move at the same time/ automatic control switch, which make system maintenance more convenient, alleviated the worker's labor strength, increases the stability of the syste

12、m with dependable.The control system has the frozen dryers jelly fucks the curve sets up, divided by frost, put out the germ, on-line wash, the vacuum control, dry appearance examination, break down to report to the police with maintain the function of the check. The control system can proceed the f

13、ull-automatic jelly fucks the control, including prepare the jelly, heating, take out the vacuum and press to fill, put the spirit, divided by frost and put out germ etc. The weave of the control system can show temperature, pressure, time, period, appearance.etc. it lso can show to report to the in

14、formation of the alarm. Adoption the jelly fucks the curve to circulate the full-automatic method with the equipments, can be woven by tiny machine distance, the jelly fucks the process manifestation can hold or imitate plank two kinds of methods with the fluorescence, can at tiny and on board weave

15、 the distance to PLC, which also can provide all software equipments. The software can record the each circulating time that equipments circulate to record with the history, with machine and with settle print data, statement, curve.etc., record at the same time many the item breaks down with affairs

16、 occurrence. At the same time returning to congealed machine of the dry the room of the machine, vacuum pump. The necessary time can proceed the artificial interferes.Keyword:PLC；frozen dyers；application第一章 绪论1.1可编程控制技术的现状及发展趋势 自1969年世界上第一台可编程控制器在美国12月公司诞生以来，PLC走过了30余年的发展历程。随着计算机技术的飞速发展，PLC软、硬件水平与规模

17、也发生了质与量的变化。随着PLC控制技术朝智能化方向的不断发展，也推动了先进制造技术的相应发展，将工业、国防等领域的控制水平提到了一个新的高度。可编程控制器有一个产生、发展、完善不断提高的过程，我国从1985年开始使用，在工业自动控制领域作出重要贡献1.1.1 PLC的应用和发展 1969年，美国通用汽车公司根据生产需要，提出设想： 把计算机功能的完善性、灵活性和能用性等优点和继电器控制系统的简单、易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，作为通用控制装置，取代传统的断电接触控制系统计算机编程方法和程序输入简化，用自然后编程，使不熟悉计算机的人也能方便使用它不仅具有存贮、记忆、运行等功能，还要抗

18、干扰能力强，可靠性强，适应于恶劣环境，接口简单。美国12月公司首先响应。于1969年研制出了第一台可编程序逻辑控制器，简称PLC，型号PDP14，接着美国GE公司在汽车自动装置上用它代替传统断电器控制系统，并获得成功 因此，它实际是在继电器控制技术和计算机控制技术基础上开发出来一种工业计算机，虽PLC采用的是计算机的基本构成部分，但其组成部件也广泛使用了计算机的构成元件，但它的结构与工作原理与计算机有很大差别，如采用光电隔离技术，输入和输出采用映象寄存器，周期性刷新方式，循环扫描和集中刷新的工作方式是它突出工作特点 可编程逻辑控制器自从问世以来，近三十年来凭借其独特优势得到了迅速发展，从最初只

19、具备逻辑控制、定时、计收、存贮记忆、运算等功能到现在成为种类繁多，功能强大，性能多样化的一项技术越来越显示其在工业控制中的重要地位，成为20世纪对传统的断电器、接触器控制是一场有深远意义影响的工业革命，它(PLC)是计算机技术与继电器、接触器控制技术相结合的产物，因此，PLC与继电器、接触器控制系统，具有相同的逻辑关系，但P比是用计算机技术实现的，而其逻辑关系是用程序实现的，而不是实际电路实现的，可以用各种形式编成PLC用户程序，而梯形固和语句表是两种最常用PLC编程语言因而它不仅替代大量中间继电器、时间继电器、计数器、步进选线器等等，其应用软件梯形图语言替代及简化大量自动控制线路，使自动控制

20、系统大大减少使用的元器件、线路，同时线路接头也大大减少，使故障率大大降低，由于采用计算机扫描技术和存贮原理，对于一般控制线路更改，可以通过改变存贮器中应用软件来实现，由于软件的更改极易实现，从而在实现方式上有本质的飞跃，其通用性和灵活性进一步增强 1971年日本从美国引进这项技术，19731974年前联邦德国和法国也开始研制，我国从1974年开始在北京、上海组织研究机构进行研制。 PLC技术发展很快，美、日、德、法等国厂家已达200多家，产品几百种，尤其日本美国引进该项技术后，加以改进，使之功能更加强大、种类齐全，多样化。小型并以较便宜化迅速占领中国市场及世界市场的相当份额(如市场上东芝、光洋

21、、三菱、欧姆龙、富士、松下等)而我国进步较早，但由于种种原因在此技术领域进展很慢，大大落后于以上国家随微电子技术的发展，和开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元，即CPU(中心的Proceing个体)PLC产品已使用了16位、32位的高性能微处理器，而且实现了多处理器的多道处理，不仅可进行逻辑控制、顺序控制、算术运算、数据转换、通信等强大功能，还可对模拟量进行控制，使指令系统更丰富，程序结构更灵活，集中了工业专用机和通用计·算机的优点，它即可以单独构成控制系统，也可作为DCS(分布式计算机控制系统)主要现场控制系统，因此美国电气制造协会于1980年将它正式命名为可编程控制器，198

22、5年国际电工委员会IEC对可编程序控制器作了以下规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计它采用可编程的存贮器，用来在其内部存储执行进逻辑运算、顺序控制、实时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式模块式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程简称PC为了区别个人计算机，人们仍习惯称可编程控制器为PLC.。1.1.2 可编程控制技术的现状在现代工业设备及自动化项目中，我们会遇到大量的开关量、脉冲量以及模拟量等控制装置。如电机的启动与停止：电磁阀的开闭：工件的位置、速度、加速度等的测定：产品的计数以及温度、压力、流量等物理量的设定和控制等等。 传统的工业自动控制

23、主要是由继电器或分离的电子线路来实现的。众所周知，这种控制方式虽然造价便宜，但却存在着许多致命弱点：如只能适用于简单的逻辑控制；仅适用于某种控制项目，缺乏通用性，一旦要实现改动或优化，只能通过硬件的重新组合来实现。目前工业界比较有代表性的控制方式主要由下几个类别：1单板机控制系统 单板机控制系统仅适用于较简单的自动化项目。硬件上主要受CPU、内存容量及I/0接口的限制：软件上主要受限于与CPU类型有关的汇编语言。一般说来单板机或单片机系统的应用只是为某个特定产品服务的。其通用性、兼容和扩展性都相当差。 2工业控制机（ IPC） 工业控制机是从PC（个人电脑）的基础上通过应用推广发展起来的。由子

24、它是由微机及芯片的专业厂家开发出来的，所以其硬件品种兼容性强并总线标准化程度高，其软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，运行速度快、实时性强，可适用于模型复杂的项目。能把控制任务和图文显示功能在一起。但工业控制机有两个方面的缺点：第一有较长的装置访问时间；第二我/O控制点数不能随意扩展。 3计算机集散控制系统 计算机集散控制系统是由回路仪表控制系统发展起来的。它的优势在于模拟量的处理和回路调节功能。自70年代初期问世以来，得到了迅速的发展。微处理器特别是单片机的出现和通信技术的成熟，使得计算机集散控制系统把顺序控制装置、数据采集装置、过程控制的模拟量仪表有机地结合在一起，形成了满足各种不同

25、要求的集散型控制系统。 4传统的可编程逻辑控制器（PLC） 传统的可编程逻辑控制器的最初控制概念和设计思想是将计算机软件的控制思想代替继电器逻辑。其硬件的构成与微机相似。在可编程逻辑控制器发展的初期，其主要的开发意图和应用领域是数字式控制，它按照用户程序存储器里的指令安排，通过输入接口输入现场信息，执行逻辑或数值运算，然后通过输出接口去控制各种执行机构动作。然而经历了近30年的发展之后，使传统的PLC也具有了逻辑顺序控制、模拟量处理、回路调节技术等三个功能。1.1.3 可编程控制技求的发展趋势随着计机算机科学的发展和工业自动化的愈来愈高的需求，可编程控制技术得到了飞速的发展。仅仅将PLC理解为

26、开关量控制的话，那就是一个错误的概念了。综合国外特别是欧洲及国内的发展动态，其发展趋势主要有以下几个方面：1可编程控制技术的标准化 在工业自动化产品繁花似锦的今天，一家独霸天下的局面己不复存在，因而各生产厂商既互相竞争又要互相合作。 一种自动化产品的竞争力除表现在其技术上的个性外，更重要的还在于其满足国际标准化的程度和水平。标准化一方面保证了产品的出厂质量，另一方面也保证了各个厂家产品的互相兼容。出厂检验时各可编程控制产品的厂家都有相应的技术标准作依据。例如，美国有NEMA标准、日本有JIS标准、德国、奥地利有喧嚣标准。按照这些标准，各种型号的PLC产品对工业应用环境、抗干扰性等条目都给出了明

27、确的规定。但是，这些标准目前只能是统一区域性的产品，而不能实现全球的统一性。在PLC的发展过程中，特别是给工业自动化带来的困扰是，虽然PLC的基本语言梯形图和指令表分别是在接触器、继电器以及汇编语言的基础上建立起来的，但是各厂家无论是从语言结构、语言功能还是从语言表述L都有不同程度上的较大区别。为了使各PLC厂家的产品有一个共同的参考平面，制定了国际标准。2大型计算机特点的集成 传统的PLC仅凭单纯的逻辑顺序控制功能己远远不能适应当今工业控命任务的需求，要处理一些复杂的任务，使控制系统具有较高的智能度，可编挡控制系统必须具备大型计算机的分析计算能力。这种对大型计算机特点的集息主要表现在以下几个

28、方面： (1)系统的高速响应性 这里有一个概念要澄清，那就是：系统速度不是仅由CPU来决定，而且还要考虑I/0数据的传输速度。当然CPU的速度起着决定性的作.判断CPL的速度主要是看每条指令的执行时间。如 Siemens 57200 PLC的每条逻辑挂令的计算速度为0.13us，三菱的 FX2C的每条指令执行时间为从0.2us；贝加菜（BR）的 BR2010的每条指令执行时间为 0.125us。要提高整个系统的速度就要考虑 CPU模块的多处理器结构。如 Siemens公司的 T1555PLC、贝加莱的PCC图1-1出示了贝加莱PCC的CPU模块结构图1-1 BRCPU模块结构 图1-l中的1O

29、处理器主要负责独立于CPU的数据传输工作。DPR.Controller即双向口控制器主要负责网络及系统的管理。可见一个模块上有三个处理器，它们既互相独立，又相互关联（通过DPR），从而使主CPU的资源得到合理使用，同时又最大限度的提高整个系统的速度。(2)定性的多任务分时操作系统多任务分时操作系统来自于大型计算机，如 UINIX机。它可以将整个操作界面分成数个分别具有不同优先权的任务等级（Task Class）。其中优先权高任务等级，有着较短的巡回扫描周期，而且每个任务等级可包含多个具体任务。在这些任务中间可再细分其优先权的高低。在这种操作系统的管理下，优先权高的任务等级总是被首先执行，剩余的

30、时间里可执行优先权较低的任务等级。这样一个操作系统使得可以将比较重要的任务定义任务等级高一些，如调节器（由用户定义），例外任务（EXCEPTIOTASK，由系统定义），中断任务（INTERRUPTTASK，由系统定义），而一些较一般的任务可以定义得任务等级低一些，如报警处理任务、结果处理任务等。这样整个控制系统便得到了优化，具有较好的实时性。 （3）编程语言高级化 对一个电气工程师来说，梯形图和指令表两种编程方式是比较常见和习惯的。因为这两种方式都有着明显的优点。例如梯形图靠近电器线路比较直观。而指令表是由汇编语言演绎过来的，比较靠近计算机硬件结构，然而，在控制思想日趋复杂的今天，用梯形图和指

31、令表来表达就显得过于复杂和繁琐。随着C语言、FORTRAN、PASCAL等高级语言加入到PLC中去，使复杂思想的表达就显得方便简洁得多了。 （4）较大的应用程序存储空间 较高的系统分析计算能力当然要求有足够的程序存储空间。同时足够的程序存储空间是系统具备较强的数据处理能力的先决条件。应用程序存储空间的大小在某种意义上说明了其硬件系统的先进程度。贝加菜PCC的内存容量为100KB16MB;Siemens的S7-400的内存容量为4KB16MB等等。3系统的开放性和兼客性 开放性和兼容性是不可分割的而且是相辅相成的概念。这里一方面是某一产品和第三家同类产品在通信上的兼容程度，另一方面是指某系统尤其

32、是软件上的开发平台对使用者有多大的开放程度。当今可编程控制产品的种类繁多加上自动化项目越来越大，致使常常在一个工程项目中出现不同厂家的产品做主从站的现象，这就要求每一厂家的产品族中，都要考虑到和其他厂家产品的兼容性问题；另一方面，可编程控制器与工业控制机等其他装置的通信难易也体现了其开放性的特点。除此之外，同一厂家产品族中的各系列产品兼容性也代表了可编程控制产品的水平。 4通用性和专业化的结合 控制产品是通用的。但是工业的每一领域都有其自己的特点。怎样才能使一个系统既具有通用性又具备专业化呢？硬件系统的模块化便是解决这一矛盾的钥匙。这样，适合于某个行业或某些特殊问题的专用模块就可以很容易地集成

33、到通用系统中去。 常用的专用模块包括：定位或CNC模块、温度测量模块、称重模块、电力行业用的高速采样模块、网络接口模块等等。 5可编程控制技术的智能化提高一个系统的智能程度不仅提高系统的品质，在某种意义上也提高了系统的可靠性。其智能化发展的特点主要体现在如下几点： 1）开发环境的智能性这包括可编程控制系统的自诊断功能、监控功能以及在线帮助等功能。同时丰富的功能库也是判断一个系统智能性的重要依据。 2）硬件的智能集成度 现场总线的智能分布式结构是突出的一点。另外，多处理器技术（MPU）和智能外设技术（I）并列于CPU的智能硬件也是不可忽略的发展趋向。3）模糊逻辑和神经网络的应用 模糊逻辑的应用分

34、为硬件和软件的实现，主要用于模糊调节技术，神经网络的应用有待于进一步发展。 6可靠性与冗余 所谓冗余即容错，就是功能的备份、安全及可靠性的备份。因为特定的环境和条件要求自动化系统有较高的可靠性。冗余基本上可以划分为：CPU和电源冗余、网络冗余，以及1O冗余三个层次。同时冗余又可分双冗余和多冗余的结构。但从根本上来讲，系统的可靠性取决于系统各单元的可靠程度。要保证整个系统的可靠运行，首先要求系统各单元的质量要得到保证。MTBF（平均无故障时间）是衡量产品质量的重要指标。纵观各著名厂商，其PLC产品都有不同程度的冗余功能，而且发展越来越完善。通过综上所述，我们可以了解到，用PLC编程逻辑控制器这个

35、词来表达当今可编程控制系统，己经不再合适了。因为在其中己融入了工业计算机和计算机集散系统的特点。贝加莱公司于1994年首先提出了“ PCC可编程计算机控制器（Programmble Computer Controller）”的概念。 Siemens提出了PCS过程控制系统（Process Control System）的概念。基于现场总线技术人们也提出了FCS现场总线控制系统（Field Bus Control of System）的概念。这些系统虽然名称不同，侧重面不一，但系统的技术水平是近似的。因此，我们不难得出下面几个结论：l）工业控制机（ IPC）及计算机集散控制系统（ DCS）以及P

36、LC正在走着一条相互融合的道路。PCC、PCS以及FCS就是集中的代表。2) 智能分布式控制是可编程控制系统基于现场总线的新型控制思想。3) 系统的智能性将越来越重要，因此系统的分析运算能力将越来越强。4) 基于标准化的开放性和兼容性是衡量系统质量的重要判据。5）通用性、高度专业化的融合是可编程控制系统的新特征。 1.2 冷冻干燥机的简介和冷冻干燥的基本原理1.2.1 冷冻干燥机的简介冷冻干燥是将含水物质冷冻结成固态，而后使其中的水分从固态升华成气态，以除去水分而保存物质的方法。这种干燥方法与通常的晒干、真空干燥等方法相比有许多突出优点是一种优质的干燥方法。冷冻干燥能保存许多物品（如食品）虽然

37、很早就为人们所知，但是由于当时科技水平较低，直到 1935年第一台商用冻干机问世以后腐方法才开始在物品干燥过程中应用。随着冻干基础理论的发展、冻干工艺和设备的不断改进和完善，物品冷冻自动化、大型化、工业化方向发展；现在，一些经济发达的国家己经实现了物品冷冻干燥加工过程的计算机控制。在我国，物品冻干事业起步较晚，与国外相比存在较大的差距特别是在冻干设备和冻干过程的自动化水平这两个方面。药品.食品生产中遇到产品需要干燥的问题，随着科学技术的进步，干燥的方法越来越多，有常压干燥、减压干燥，以及近年来又兴起的喷雾干燥、冷冻干燥、红外线干燥等等。其中冷冻干燥是用来干燥热敏性物料和需要保持生物活性的物质的

38、一种有效方法。此法是将被干燥的药液在低温下冷冻使其所含的水分结冰，然后放在真空环境下加热，让水分由、固态升华为气态并移走使物料得以干燥。冷冻干燥是将含水物质先冻结成固态，然后使其中水分从固态升华成气态，以除去水分而保存物质的方法。由于这种干燥方法具有许多优点，因此在生物制品、药品的保存等方面具有重要的意义和广阔的应用前景。1.2.2.冷冻干燥的基本原理1.冻干过程的原理是以水的三相平衡图为基础的,如图ll所示。纯水的三相平衡压力pO=610.5pa，温度To= 0.0098 OC 。当压力低于pO时，水就从固态直接转化为气态，冻干的基本原理就是AB线上的汽固转化过程。真空冷冻干燥过程一般分为预

39、冻结、升华干燥、解析干燥3个阶段。冷冻干燥在冷冻干燥设备（简称冻干机）中实现。冻干机的结构形式多种多样，但一般包含冻干仓、制冷系统、真空系统、加热系统、水汽凝结器、自动加塞系统、自动清洗系统、控制系统等几个部分.操作过程冷冻干燥过程分为预处理、预冻、升华、干燥4个过栓冻干操作前药液要经过滤过处理，最后把处理好的药液灌装在小安瓶内进行冷冻干燥。（1）预处理 预处理其目的是保证优质原料以及利于冻干与贮藏.对于固态食品，应进行清洗、筛分、漂烫、切分清洗与筛分是保证冻干原料为合格品；漂烫是钝化酶活性的最有效方法,同时漂烫也能除去部分水，以减少干燥负荷；切分利于包装、食用，同时切分尺寸及切口方位也会影响

40、冻干速率。对于液态食品应进行灭菌与浓缩，浓缩利用真空或冻结方法进行。浓缩程度合理与否，将直接影响冻干速率及生产效率。图12纯水的三相平衡图 lmmHg-133.32Pa（2）预冻 预冻是恒压降温过程，药液随温度的下降冻结成固体，温度应降低至产品共熔点以下 1020oC，共熔点是指水溶液随温度下降，冰和溶质同时析出固体结晶时的混合物的温度。（3）升华 升华干燥首先是恒温减压过程，然后是在抽真空条件下，恒压升温使固态冰升华逸去。可以一次升华，也可以多次升华。（4）再干燥 升华完成后，温度继续升高至10 oC或室温，并保持一段时间可使己升华的水蒸汽或残留的水分被除尽，即再干燥过程，再干燥可减少制品冻

41、干后回潮。 2.通过冷冻干燥得到的产品所具有的优点 1可避免药品因高温分解变质，如可使产品中的蛋白质不发生变性。 2所得产品质地疏松，加水后迅速溶解，恢复药液原有特性。 3含水量低，一般在 1 3左右，同时干燥在真空中进行，故不易氧化，有利于产品长期贮存。 4产品中的异物比用常规方法产生的少，因为污染机会相对减少。临床应用效果好，过敏现象，副作用少。5产品剂量准确，外观优良.1.3国内外干燥设备的现状与发展趋势 干燥技术是一种古老而通用的单元操作技术，然而它又是很复杂的、人类对其了解还很浅的技术。目前大多数干燥设备设计仍然依赖于小规模试验和实际操作经验。换句话说干燥器设计尚属非标设计。自70年

42、代以来，随着科学技术的迅猛发展以及各技术领域的交叉、渗透，干燥设备、干燥过程和干燥理论的研究有较大进展。尤其是近10多年来，有许多新型干燥器投放市场，但其主要是在原有结构的基础上作了某些改进。 干燥技术随着有关产业的发展有较大进展。干燥技术涉及不同类型产品的品质、形状、干燥前后的物态。干燥设备的能耗在工业发达国家超过其能耗总量的 10，因此，降低干燥设备能耗是涉及面广的长远课题。目前，工业生产对干燥技术的需求剧增，这就促进了干燥设备的发展，尤其是机电一体化、制造加工标准化、提高调控水平等成了干燥设备研究发展的方向。1.3.1干燥设备的革新随着全球经济、技术竞争的日趋剧烈，人们对有效利用能源、提

43、高产品质量和加强环境保护等的意识逐步增强。干燥设备随着干燥技术的变革而革新。革新的内容包括：（l）设计制造新的干燥设备或与干燥过程相配套的设备；（2）提高干燥产品的质量，在干燥产品质量控制方面比现有设备要好； （3）避免或减少对环境的污染； （4）操作更安全、可靠； （5）总体上降低能耗，降低设备制造成本 1.机械脱水为了减少干燥器的热负荷，在干燥前减少湿物料中的水分很重要，通常采用真空或压力于胶体状物料，例如，未自各种加工过程的废液、食品加工的废物、煤矿或油砂的残渣，因其中含有小颗粒（d5um），对其脱水处理相当困难。近年来，采用下列方法取得了很好的效果。（l）电渗析脱水一直流电场应用于胶体

44、悬浮液的脱水。（2）间断式电渗析脱灰（3）真空过滤与电渗析脱水联合使用。（4）组合场能脱水一电渗析与超声场组合脱水。（5）辅以振动的微滤。2.流化床干燥器 这是60年代发展起来并十分流行的一种干燥器。由于在干燥过程中，固体颗粒悬浮于干燥介质中，因而流体与固体接触面较大，热容量系数可达800025000kj/（m3hoc）；又因物料在干燥器内剧烈搅动，大大减少了气膜阻力，因而热效率较高，可达60%80%，巳密封性能好，传动机械又不接触物料，产品纯洁度高，目前广泛用于化工、医药、轻工、食品及建材工业中。3.喷动干燥器 此种干燥器是流化床的改型产品，适宜于干燥大颗粒物料（如谷粒、豆类等）和浆状及糊状

45、物料。其特点是具有内部循环运动和在设备顶层自由表面的喷动，颗粒的运动比在流化床中颗粒运动混乱但有一定的规律。4.冲击流干燥器 此种干燥器是对流热质传递到表面的最佳结构型式。为达到最优化设计，选择正确的喷嘴尺寸和操作条件尤为重要。冲击流干燥器可用于纸、胶片、纺织品、涂层、薄板、颗粒或碎片物料的工业领域中。为了提高干燥速度，可在管状喷嘴上阴一个套环，使喷射出的气流产生振荡和旋流便可显著提高传热速率。5.新型高强度干燥器普通的造纸过程需大量脱水，一个世纪以来，传统的多级烘缸干燥速度一般为1025kg（m2·h），现代杨克式干燥器可高达150kg（m2·h）。西方发达国家纷纷研制新

46、型高强度干燥器，以求在市场上获得成功，但因受到需投资巨大纸机的限制所队目前还未能在大型纸机中引入全套的新型高强度干燥器。美国纸化学研究所（IPC）开发的“高强度干燥器，当纸的表面温度为 200400、压力为 27M Pa晚其干燥速率可达5000kg（m2·h）。显然，与传统的干燥器相比大大提高了干燥速率，但其试验还仅停留在小型纸机上进行。6.转筒干燥器 最近，日本东京的Yamato Sankyo制造公司研制了一台转筒干燥器。干燥空气从中心管穿过多条分支管而喷射到旋转筒壳壁上的料层上它不仅热质传递速率近乎翻底已具有尺寸小、结构简单和成本低等优点。 7.过热蒸汽干燥器用过热蒸汽代替热空气

47、或燃气作为干燥介质的想法己有 100多年的历史，但真正应用也只有50年的历史，至于过热蒸汽干燥器在工业上大规模应用却只有20年左右。蒸汽干燥的最大优点是无氧化和燃烧的可能性，操作安全，干燥速率大，效率高，产品质量好。因此，该干燥器将是刀世纪倍受欢迎的设备。如间接加热浆料的气流干燥器（瑞士）、用于煤干燥的流化床干燥器（德国等）、木材低压蒸汽干燥器（丹麦等讨U织物干燥的蒸汽干燥器（印度）。8.对撞流干燥器此种干燥器是由两股高速气流，其中至少有一股气流为两相流（气流与湿颗柳液滴的混合励，迎面相互碰撞产生对撞区，可获得很高的传热、传质速率。前苏联在此方面作了大量研究工作（如干燥赖氨酸、排水污泥、药物及

48、微生物产品等），但在其他国家还未发现对撞流干燥器应用于工业生产，一旦模拟放大问题得以解决，对撞流干燥器在一些应用领域可替代传纬的气流干燥机。9声干燥器60多年前，己研制出高强度声场强化热质传递的声干燥器。前苏联、日本、美国等国己设计并在实验室或小规模范围内试验增强转筒、隧道及流化床干燥器，但因声能利用率低，还未在工业生产中应用，但将声干燥与其他干燥方法（对流、介电等）组合使用是可行的。1.3.2干燥设备的发展趋势近期内干燥技术要有突破性进展还相当困难一般是趋于技术革新。目前，在世界范围内干燥设备的主要研究方向是有效利用能源、提高产品质量与产量、减少环境污染、安全操作、易于控制和一机多用等。具体

49、研究课题为：1.接式干燥器中使用过热蒸汽作为干燥介质。2.使用间接加热方武3.组合式传热方式（对流、传导与介电或热辐射的组合）。4.容积式加热（微波或高频场）。5.使用不同类型干燥器。6.间断传热方武。7.为有效的供热方法（如脉冲燃烧、感应加热等）。8.新型气固接触技术（如二维喷动床、旋转喷动床等）。9.计算机辅助设计；设计灵活的、多用途的干燥器。10.糊逻辑、神经网、专家系统等实现干燥过程的控制。第二章 冷冻干燥技术的现状及发展趋势医药用冻干机己经基本成熟，国内也制定了相应技术标准。有关厂家生产的医药用冻机，己能代替进口设备。其压盖、清洗、消毒灭菌等功能齐全，产品质量和自动化程度较高，只是水

50、分在线测量仪和个别电器元件等尚需进口。 2.1 食品冻干机的发展目前，国产食品冻干机还都是非标准化产品。大部分生产厂家走的是仿制道路。有的厂家在采用国外先进技术的同时，并已进行了很大的改进。如：加热板内采用了特殊导流装置，使板内流体的流量均匀，保证了加热的均匀和稳定；捕水器在工作中可实现交替捕水和融冰，捕水器盘管内氨液制冷方式由传统的氨液相变制冷改为氨液无相变制冷，使捕水器盘管内温度均匀，结霜性能良好。除仿制之外，国内自己的研制能力也在提高，有的单位己经脱离了仿制国外机型，抽气系统采用低架式水蒸汽喷射泵抽水蒸汽，省去了捕水器和制冷系统，使设备价格有所降低。设计采用地车式装卸料，地车采用万向胶轮

51、支撑运输装卸料盘的料车进出冻干箱。它与我国台湾产地车运送料盘不同，与丹麦ATLAS公司等引进的设备采用上吊车的结构也有区别，是两者优点的结合，既省去了车间铺吊轨、影响美观、进出冻干室需搬道的麻烦，又克服了地车送料盘装卸料时间长、传导加热温度不均匀等缺点。这种设备结构简单荆造容易使用方便。食品冻干机还存在着许多不足，无论是国产还是引进设备其共同的缺点是价格贵，耗能高回收投资慢。因此牌低成本少能耗是食品冻干机今后的主攻方向。除此之外周产冻干机还存在一些不足之处：（1）搁板温度不均匀，造成冻干产品含水率不均匀，产品合格率受影响。造成温度不均匀的原因各不相同。有的是搁板结构和材料质量不好；有的是加热流

52、体分流或流程有缺欠；有的是捕水器在干燥箱内绝热不好。（2）干燥速率低，干燥箱内各点干燥快慢不一致，反映在产品上仍然是合格率受影响。其原因除搁板温度不均匀外，还与真空系统配置得不合理有关。主要体现在捕水器配置得不合理；水蒸汽喷射泵性能不稳定；抽气口位置不合理等。（3）无法判断干燥何时结束，这是重要缺欠，因为它可能造成产品含水率高而不合格，也可能造成干燥时间过长而浪费能源。（4）捕水器效率低。主要体现在捕水器面积大而捕水量小，有部分无效面积，其根本原因是捕水器设计不合理。（5）真空度不稳定。除操作原因外，可能是真空空系统设计不合理。对于水蒸汽喷射泵而言可能出现的问题是蒸汽锅炉压力不稳定。 食品用冻干机的研究方向和发展趋势应该是：（1）改进结构，优化设计，降低成本，减少能耗。国外有些冻干机不采用不锈钢制造，而采用低碳钢涂覆食品用可烘干树脂，涂层厚度为0.12 0.20mm，在室温下就会发出红外线。搁板表面涂高性能远红外发射材料增强其辐射能力，料盘表面处理，增强其吸热能力。料盘在两块辐射搁板之间有一最佳位置，而不是取中间位