درای فریزر های صنعتی

مقدمه

وجود آب در کره‌‌زمین یکی از اصلی‌ترین عوامل حیات‌بخش انسان‌هاست. اما گاهی رطوبت مانند شمشیر دو لبه عمل می‌کند و باعث فساد مواد‌غذایی، داروها و … می‌شود. انسان از گذشته‌های دور به دنبال راهی برای ذخیره‌سازی مناسب موادغذایی و دیگر مواد فاسد‌شدنی مورد استفاده‌ی خود بوده‌است. روش‌هایی مانند استفاده از نمک و یا خشک‌کردن محصولات با نور خورشید در طول تاریخ مورد استفاده قرار گرفته‌اند که هر کدام ایرادات خاص خود را دارند.

با پیشرفت تکنولوژی یخچال‌های صنعتی و خانگی معرفی شدند که آن‌ها هم نمی‌توانستند در طولانی مدت کیفیت مواد منجمد شده را به‌طور مطلوبی حفظ کنند. در اواسط دهه‌ی ۵۰ میلادی فریزدرایر به عنوان انقلابی در صنعت ذخیره‌سازی و منجمدکردن موادغذایی و دارویی به دنیا معرفی شد. اگر شما هم مدتی است که نسبت به دستگاه‌ فریز درایر و نحوه عملکردشان کنجکاو شده‌اید و علاقه‌مندید تا بیش‌تر در مورد آن‌ها بدانید، با ما همراه باشید. مطمئن باشید که در پایان این یادداشت بسیاری از سوالات شما پاسخ داده خواهد شد.

فریزدرایینگ یا همان خشک‌کردن انجمادی چیست؟

لیوفیلیزاسیون یا خشک‌کردن انجمادی، فرآیندی است که پس از انجماد محصول، آب موجود در آن خارج شده و محصول تحت خلاء قرار می‌گیرد. در ادامه یخ به‌طور مستقیم از حالت جامد به بخار(تصعید) تبدیل می‌شود. این امر از سه فرآیند مجزا، منحصر به فرد و وابسته به هم تشکیل شده است که عبارتند از انجماد، خشک‌کردن اولیه(تصعید) و خشک‌کردن ثانویه(بازجذب).

 خشک‌کردن انجمادی از اصل علمی تصعید، یعنی انتقال مستقیم یک جامد به گاز، با حذف یخ(جامد) از موادغذایی منجمد شده و تبدیل آن به بخار آب(گاز) بهره می‌برد. با استفاده از تصعید، محصول به میزان بیشتری بافت، طعم و موادمغذی اصلی خود را در صورت آب‌رسانی مجدد حفظ می‌کند.

خشک‌کردن انجمادی به دو فرآیند ساده تقسیم می شود: انجماد و خشک‌کردن در خلاء. محصولات ابتدا تا دمای حدودا 40 درجه زیر صفر منجمد می‌شوند. پس از انجماد، محصولات روانه‌ی مرحله‌ی خشک‌کردن در خلاء می‌شوند. هوا و بخار آب(گاز) با استفاده از پمپ خلاء از محفظه فرآوری مواد خارج می‌شود. این عمل شامل حذف بخار آبی است که زمانی داخل محصولات بوده‌ است. هنگامی که این دو مرحله به درستی انجام شد، محصول به اندازه کافی خشک می‌شود تا امکان نگهداری ایمن در دمای اتاق فراهم شود.

اجزای دستگاه فریز‌درایر

مخزن اصلی (main chamber): این قسمت، از فولاد ضد‌زنگ تولید می‌شود و دارای ساختار صیقلی است. مخزن اصلی داری عایق می‌باشد. داخل مخزن به گونه ای طبقه بندی شده که برای بارگزاری محصولات استفاده می‌شود.

کندانسور: کندانسور از لوله هایی تشکیل شده‌است که می‌توانند بیرون یا داخل مخزن اصلی باشند. وظیفه‌ی اصلی این قسمت جذب بخار آب حاصل از تصعید محصولات است. در مرحله‌ی خشک‌کردن اولیه، دمای کندانسور همواره بایستی حدود ۲۰ درجه سانتی‌گراد کم‌تر از محصولات باشد.

  مایع شلف ها(روغن سیلیکونی): میزان انرژی گرمایی مورد نیاز در زمان‌های مرحله خشک شدن اولیه و ثانویه توسط یک مبدل حرارتی خارجی(Heat Exchanger)تنظیم می‌شود. روغن سیلیکونی به‌کمک پمپ روغن در دستگاه به گردش درمی‌آید.

 سیستم خنک‌کننده: این قسمت از دستگاه فریز‌درایر از نیتروژن مایع و یا کمپرسور‌ها جهت خنک‌کردن شلف ها و کندانسور استفاده می‌کند. این بخش انرژی لازم برای منجمد کردن محصول را فراهم می‌کند.

سیستم خلاء: در این قسمت از یک پمپ خلاء دو مرحله‌ای استفاده می‌شود تا با اعمال یک خلاء ۵۰ الی ۱۰۰ میکروباری،فشار هوای داخل مخزن را کاش دهند. اگر سیستم بزرگ باشد به چندین پمپ خلاء نیاز است. سیستم خلاء در فریزدرایر گاز‌های غیر‌قابل تراکم را از طریق کندانسور فشرده می‌کند.

  سیستم کنترل: سیستم کنترل مقادیر کنترل شده‌ای را برای دما، فشار و زمان کارشلف ها تنظیم می‌کند که به محصول و یا فرآیند انجام کار بستگی دارند. یک فریزدرایر بسته به محصول می‌تواند چند ساعت یا چند روز کار کند.

نحوه عملکرد فریز درایر

اصل اساسی در فریزدرایر ها تصعید است، یعنی انتقال مستقیم از جامد به گاز. درست مانند تبخیر، تصعید زمانی اتفاق می‌افتد که یک مولکول انرژی کافی برای رهاشدن از مولکول‌های اطراف خود به دست آورد. زمانی که مولکول‌ها انرژی کافی برای آزادشدن داشته باشند اما شرایط برای تشکیل مایع مناسب نباشد، آب از جامد (یخ) به گاز (بخار) تبدیل می‌شود. این دقیقاً همان کاری است که دستگاه فریزدرایر انجام می‌دهد.

یک دستگاه معمولی شامل یک مخزن فریز‌درایر با چندین شلف متصل به واحدهای گرمایش، یک کندانسور انجماد متصل به سیستم خنک‌کننده و یک پمپ خلاء است. در اکثر دستگاه‌ها، وقتی هنوز فرآیند یخ‌‌زدن شروع نشده است، محصولی را که قرار است خشک شوند، روی شلف قرار می‌دهند. هنگامی که درب مخزن اصلی بسته می‌شود و فرآیند انجماد شروع می‌شود، دستگاه کمپرسورها را برای کاهش دما در مخزن، فعال می‌کند. این ماده جامد منجمد شده است که در سطح مولکولی، آب را از هر چیزی که در اطرافش است جدا می‌کند. 

سپس، دستگاه پمپ خلاء را روشن می‌کند تا هوا را از محفظه خارج کند و فشار را تا زیر 0.06 اتمسفر کاهش دهد. واحدهای گرمایش مقدار کمی گرما را به قفسه‌ها اعمال می‌کنند و باعث تغییر فاز یخ می‌شوند. از آن‌جایی که فشار بسیار کم است، یخ مستقیماً به بخار آب تبدیل می‌شود. بخار آب از محفظه فریز درایر خارج می‌شود و از کنار لوله های کندانسور عبور می‌کند. بخار آب به همان شکلی که آب در یک روز سرد متراکم شده و به یخ تبدیل می‌شود، به شکل یخ جامد بر روی لوله های کندانسور متراکم می شود.

این کار برای چندین ساعت و یا حتی روزها ادامه می‌یابد و مواد به تدریج خشک می‌شوند. این فرآیند بسیار طولانی است زیرا گرم‌شدن بیش از حد مواد می‌‌تواند به طور قابل توجهی ترکیب و ساختار شیمیایی و فیزیکی آن‌ها را تغییر دهد. علاوه بر این، تسریع در فرآیند تصعید می‌تواند بخار آب بیشتری را در یک دوره زمانی تولید کند که این امر می‌تواند باعث آب‌رسانی به ماده شده و موجب کاهش کیفیت محصول نهایی شود.

هنگامی که مواد به اندازه کافی خشک شدند، در بسته‌بندی‌های ویژه‎‌ای وکیوم می‌شوند. در صورت عدم آسیب به بسته‌بندی، محصولات می‌توانند تا سال‌ها بدون مشکل و بدون مواد نگهدارنده در دمای اتاق نگهداری شوند. برای استفاده از آن‌ها نیز فقط لازم است کمی آب‌رسانی انجام شود و محصولات هیدراته شوند. اگر همه چیز به درستی کار کند، مواد تقریباً به طور کامل و بدون آسیب تمام مراحل را طی خواهند کرد!

کاربرد‌های فریزدرایر

استفاده از فریزدرایر نسبت به سایر روش‌های خشک کردن، اثرات نامطلوب کم‌تری روی محصولات دارد. برای مثال باعث انقباض و سفت‌شدن محصول نمی‌شود و محصولات پس از هیدراته‌شدن به راحتی قابل استفاده هستند. موادغذایی منجمد شده معمولاً طعم، بو و رنگ خود را از دست نمی‌دهند که این یک ویژگی بسیار عالی برای ارزیابی عملکرد فریز درایر ها می‌باشد. البته باید در نظر داشت که در حین تصعید آب تنها ترکیبی از ماده نیست که تبخیر می‌شود، بلکه از بین رفتن الکل و اسید‌سیتریک موجود در مواد می‌تواند اثرات نامطلوبی در پی داشته باشد.

هیدراته‌کردن محصول باعث ایجاد منافذ میکروسکوپی در آن می‌شود. منافذ توسط کریستال‌های یخ ایجاد می‌شوند که در ادامه تصعید می‌شوند و منافذ در جای خود باقی می‌مانند. این امر به ویژه در مورد مصارف دارویی مهم است. همچنین می‌توان از خشک‌کردن انجمادی برای افزایش ماندگاری برخی از دارو‌ها برای چندین سال استفاده کرد.

معایب و مزایای فریزدرایر

مزایا فریز درایر

ماندگاری بالا:علت این امر، پردازش محصولات در دمای پایین و تبدیل آب به بخار آب از طریق تصعید می‌باشد. به کمک این روش و بسته‌بندی صحیح می‌توان موادغذایی را سال ها نگهداری کرد.

حفظ کیفیت مواد:موادغذایی خشک شده شکل اصلی خود را حفظ می کنند و طعم و عطر مطلوبی دارند.

ری‌هیدراسیون (باز‌جذب آب): اگر بازجذب آب به‌صورت حداکثری صورت نگیرد، محصول کیفیت پایین‌تری خواهد داشت. به همین علت به کمک فریزدرایر ۸۵ درصد آب جذب شده و محصول در شرایط ایده‌آلی قرار می‌گیرد.

ذخیره‌سازیو حمل‌ونقل آسان:این روش باعث می‌شود تا محصولات سبک و حمل‌ونقل آسانی داشته باشند.

معایب فریز درایر

زمان به نسبت طولانی مدت فرآیند فریزدرایینگ

بسته بندی محصولات فریزدرایر شده باید به صورت سه لایه و سیل باشند

ظرفیت تولید کمتر در مقاسیه با خشک کن های گرمایی

انواع فریز‌درایر

فریزدرایر تماسی

فریزدرایر تماسی از تماس موادغذایی با المنت حرارتی برای تامین انرژی تصعید استفاده می‌کند. این فریز درایر یک مدل پایه است که تجزیه و تحلیل عملکرد آن به سادگی صورت می‌گیرد. یکی از راه‌های اصلی تماس با گرمای فریزدرایر‌ ها، تماس سکوهای قفسه‌مانند (شلف‌ها) با محصولات است. در این فرآیند، شلف‌ها نقش اصلی را ایفا می‌کنند زیرا در زمان‌های مختلف فرآیند خشک‌کردن انجمادی، مانند مبدل‌های حرارتی عمل می‌کنند. شلف‌ها به یک سیستم روغن سیلیکونی متصل هستند که انرژی گرمایی را در هنگام انجماد از بین می‌برد و در زمان خشک‌شدن انرژی را تامین می‌کند.

سیستم قفسه‌ای، روغن سیلیکون را به صورت سیال و در فشار کم پمپاژ می‌کند تا دمای مورد نیاز دستگاه در طول مرحله‌ی خشک‌شدن فراهم شود. نقطه ضعف این نوع فریزدرایر این است که گرما فقط از طریق المنت حرارتی به سمت نمونه‌ای که بلافاصله با بخار تماس می‌گیرد منتقل می‌شود. این مشکل را می‌توان با به حداکثر رساندن سطح نمونه در تماس با المنت حرارتی با استفاده از یک سینی آجدار، فشرده‌سازی کمی نمونه بین دو صفحه جامد گرم شده در بالا و پایین و یا فشرده‌سازی با توری گرم شده از بالا و پایین به حداقل رساند.

 فریز‌درایر تابشی

فریز‌درایر های تابشی از اشعه مادون قرمز برای گرم‌کردن ماده‌ی اولیه در سینی استفاده می‌کنند. این نوع گرمایش امکان استفاده از سینی‌های تخت ساده را فراهم می‌کند، زیرا منبع مادون قرمز می‌تواند در بالای سینی‌های تخت قرار گیرد و به سمت پایین بر روی محصول تابش کند. گرمایش اشعه مادون قرمز امکان گرمایش بسیار یکنواخت سطح محصول را فراهم می‌کند. اما باید توجه داشت که مادون قرمز قدرت نفوذ بسیار کمی دارد، بنابراین بایستی بیش‌تر از سینی‌های بسیار کم عمق و مواد همگن استفاده شود.

 فریزدرایر با کمک مایکروویو

فریزدرایر با کمک مایکروویو، از امواج مایکروویو برای نفوذ عمیق‌تر به نمونه به جهت تسریع فرآیند تصعید و حرارت در خشک کردن انجمادی استفاده می‌کند. راه‌اندازی و اجرای این روش بسیار پیچیده است زیرا امواج مایکروویو می‌توانند یک میدان الکتریکی ایجاد کنند که قادر است گازهای موجود در محفظه نمونه را به پلاسما تبدیل کند. این پلاسما به‌طور بالقوه می‌تواند نمونه را بسوزاند، بنابراین حفظ قدرت مایکروویو مناسب برای سطوح خلاء ضروری است. سرعت تصعید در یک محصول می‌تواند بر امپدانس مایکروویو تأثیر بگذارد که در صورت رخ دادن این اتفاق، قدرت مایکروویو باید متناسب با آن تغییر کند.

فریز درایر صنعتی

فریز درایر صنعتی به عنوان یکی از تجهیزات اساسی در صنایع مختلف، جایگاه بسیار مهمی را به خود اختصاص داده است. فریز درایر صنعتی به شرکت‌ها کمک می‌کند تا مواد خود را به بهترین شکل ممکن فرآوری و نگهداری کرده و از تخریب و فساد آن‌ها جلوگیری کنند. با استفاده از فریز درایر صنعتی، شرکت‌ها می‌توانند هزینه‌های نگهداری و حفظ کیفیت محصولات را بهبود بخشند. اما سوال این‌جاست که چرا امروزه فریز درایر صنعتی کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده است؟ تفاوت‌ها و مزایای فریز درایر صنعتی نسبت به فریز درایر غیرصنعتی چیست؟ در چه مواردی استفاده از فریز درایر صنعتی ضرورت دارد؟ در این قسمت می‌خواهیم با این دسته از فریز درایر که بسیار قدرتمند و کارآمد هستند، بیشتر آشنا شویم.

تفاوت‌ فریز درایر صنعتی و غیرصنعتی

. ظرفیت:

فریز درایرهای صنعتی اغلب دارای ظرفیت بالاتری نسبت به فریز درایرهای غیرصنعتی هستند. ظرفیت بزرگ آن‌ها به کاربران امکان می‌دهد حجم بیشتری از محصول را در زمان محدود فرآوری کنند.

قدرت سرمایش:

فریز درایرهای صنعتی دارای سیستم سرمایش بسیار قوی‌تری نسبت به فریز درایرهای غیرصنعتی هستند. این قدرت سرمایش بیشتر به کاربران کمک می‌کند محصولات را به سرعت منجمد کنند و افت کیفیت آن‌ها را به حداقل برسانند.

کیفیت ساخت و مقاومت:

فریز درایر صنعتی معمولاً از مواد ساختاری مقاوم‌تری ساخته می‌شود. طراحی آن‌ها برای تحمل شرایط سخت و استفاده در محیط‌های صنعتی بوده و عمر مفید بیشتری دارند. این امر به دلیل نیاز به استحکام بیشتر در برابر ضربه‌ها، لرزش‌ها و استفاده مکرر در شرکت‌های بزرگ‌تر است

دقت دستگاه:

فریزدرایر صنعتی دارای سیستم کنترل دقیق دما و رطوبت می‌باشد. این ویژگی به‌خاطر حساسیت محصولات تولیدی در سطح وسیع است تا مواد خشک‌شده کیفیت و ماندگاری بالاتری داشته باشند.

مصرف انرژی:

به‌طور طبیعی فریزدرایرهای صنعتی به‌علت حجم بالای ورودی مواد و میزان فعالیت، مصرف انرژی بیشتری خواهد داشت. اما اگر این میزان مصرف انرژی را با حجم محصولات تولیدی مقایسه کنیم، نشان دهنده بازدهی بالاتر فریزدرایر صنعتی خواهد بود

سخن پایانی

در این یادداشت سعی کردیم هر آنچه که یک کاربر نیاز دارد تا در مورد فریز درایر بداند را شرح دهیم. اگر قصد دارید که نوعی فریزدرایر تهیه کنید به مطالعات جدی‌ و تخصصی‌تر در این حوزه نیاز دارید