超音波工作原理

　　當物體振動時會發出聲音。科學家們將每秒鐘振動超音波熔接機的次數稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。我們人類耳朵能聽到的聲波頻率為16～20，000赫茲。因此，當物體的振動超過一定的頻率，即高於人耳聽閾上限時，人們便聽不出來了，這樣的聲波稱為“超聲波”。通常用於醫學診斷的超音波頻率為1～5兆赫。

　　雖然說人類聽不出超音波，但不少動物卻有此本領。它們可以利用超音波“導航”、追捕食物，或避開危險物。大家可能看到過夏天的夜晚有許多蝙蝠在庭院裡來回飛翔，它們為什麼在沒有光亮的情況下飛翔而不會迷失方向呢?原因就是蝙蝠能發出2～10萬赫茲的超音波，這好比是一座活動的“雷達站”。蝙蝠正是利用這種“雷達”判斷飛行前方是昆蟲，或是障礙物的。

　　我們人類直到第一次世界大戰才學會利用超音波，這就是利用“聲納”的原理來探測水中目標及其狀態，如潛艇的位置等。此時人們向水中發出一系列不同頻率的超音波，然後記錄與處理反射回聲，從回聲的特征我們便可以估計出探測物的距離、形態及其動態改變。醫學上最早利用超音波是在1942年，奧地利醫生杜西克首次用超聲技術掃描腦部結構；以後到了60年代醫生們開始將超音波應用於腹部器官的探測。如今超音波掃描技術已成為現代醫學診斷不可缺少的工具。

　　醫學超音波檢查的工作原理與聲納有一定的相似性，即將超音波發射到人體內，當它在體內遇到界面時會發生反射及折射，並且在人體組織中可能被吸收而衰減。因為人體各種組織的形態與結構是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超音波的程度也就不同，醫生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線，或影像的特征來辨別它們。此外再結合解剖學知識、正常與病理的改變，便可診斷所檢查的器官是否有病。

　　頻率高於20000 Hz(赫茲)的聲波。研究超音波的產生、傳播 、接收，以及各種超聲效應和應用的聲學分支叫超聲學。產生超聲波的裝置有機械型超聲發生器(例如氣哨、汽笛和液哨等)、利用電磁感應和電磁作用原理制成的電動超聲發生器、以及利用壓電晶體的電致伸縮效應和鐵磁物質的磁致伸縮效應制成的電聲換能器等。

真空干燥特性

　　真空干燥的過程就是將被干燥物料置放在密閉的干燥烘箱室內，用真空系統抽真空的同時對被干燥物料不斷加熱，使物料內部的水分通過壓力差或濃度差擴散到表面，水分子在物料表面獲得足夠的動能，在克服分子間的相互吸引力後，逃逸到真空室的低壓空間，從而被真空泵抽走的過程。

　　在真空干燥過程中，干燥室內的壓力始終低於大氣壓力，氣體分子數少，密度低，含氧量低，因而能干燥容易氧化變質的物料、易燃易爆的危險品等。對藥品、食品和生物制品能起到一定的消毒滅菌作用，可以減少物料染菌的機會或者抑制某些細菌的生長。

　　因為水在汽化過程中其溫度與蒸汽壓是成正比的。所以真空干燥時物料中的水分在低溫下就能汽化，可以實現低溫干燥。這對於某些藥品、食品和農副產品中熱敏性物料的干燥是有利的。例如，糖液超過70~C部分成分就會變成褐色，降低產品的商品價值；維生素C超過40℃就分解，改變了原有性能；蛋白質在高溫下變性，改變了物料的營養成分等。另外，在低溫下干燥，對熱能的利用率是合理的。

　　真空干燥可消除常壓干燥情況下容易產生的表面硬化現像。常壓熱風干燥，在被干燥物料表面形成流體邊界層，受熱汽化的水蒸氣通過流體邊界層向空氣中擴散，干燥物內部水分要向表面移動。如果其移動速度趕不上邊界層表面的蒸發速度，邊界層水膜就會破裂，被干燥物料表面就會出現局部干裂現像，然後擴大到整個外表面，形成表面硬化。真空干燥物料內和表面之間壓力差較大，在壓力梯度作用下，水分很快移向表面，不會出現表面硬化。同時能提高干燥速率，縮短干燥時間，降低設備運轉費用。

　　真空干燥能克服熱風干燥所產生的溶質失散現像。熱風干燥使被干燥物料內部和表面形成很大的溫度梯度，促使被干燥物料中某些成分散發出去。尤其是食品，會散失香氣，影響其味道。真空干燥時物料內外溫度梯度小，由逆滲透作用使得作為溶劑的水獨自移動，克服了溶質散失現像。有些被干燥的物料內含有貴重的或有用途的物質成分，干燥後需要回收利用；還有些被干燥物料內含有危害人類健康的，有毒有害的物質成分，干燥後廢氣不允許直接排放到空間環境中去，需要集中處理。只有真空干燥才能方便地回收這些有用和有害的物質，而且能做到密封性良好。從環境保護的意義上講，有人稱真空干燥為“綠色干燥”。

　　真空干燥容易實現產品多樣化。以食品干燥為例，可以通過控制溫度和真空度，使產品發泡、膨化，生產出酥脆、速溶等食品。

　　真空冷凍干燥是在真空干燥之前先將物料冷凍到該種物料的共晶點溫度以下，待物料完全凍結後再進行真空干燥。因此，真空冷凍干燥除具有上述工業烤箱真空干燥的特性外，還因預先凍結時固定了物料的外形，形成了固體骨架，干燥後能保持形狀基本不變，物料內的物質成分分布均勻，形成多孔狀物質結構，容易吸水。對於食品物料，真空冷凍干燥(以下簡稱凍干)後，能保持物料的色、香、味、營養成分、形狀基本不變；對藥品物料，能保證藥效不變，定量准確，無污染；對生物制品、活菌、活毒、離體生物組織物料，凍干後能保持其活性，以便於應用。凍干物料含水率可以達到很低，方便長途運輸和長期貯藏。

　　雖然真空干燥設備有諸多優點，但其需要配置真空系統，在大型連續化生產設備上還需要在進出口處設置傳動部件的真空動密封結構。由於這種結構元件，容易造成泄漏，使用過程中需要定期檢查，及時更換，給用戶增添了麻煩。真空干燥設備還有制造成本高，運轉費用貴，造成干燥後的產品價格高，特別是凍干產品價格更高等一系乾燥機列缺點。但是，由於其具有獨特的干燥特性，好多物料不得不采用真空干燥工藝。

真空干燥設備的種類

　　近些年來，真空冷凍干燥設備發展很快，其種類也比較多，分類方乾燥機法主要有以下幾種。凍干面積分為大、中、小三種。通常認為50㎡。以上的為大型凍干機；5～50㎡的為中型凍干機；5㎡以下的為小型凍干機。市場上供應的最小凍干機為0。1㎡。非標准凍於機還有0。02㎡的。

　　②按用途分為醫藥用凍干機和食品用凍干機兩種。醫藥用凍干機要求其制造精度高，所用材料好，必須符合GMP(最佳醫藥制造管理和品質管理規則)標准要求；功能齊全，一般都應該設置在位自動清洗裝置(CIP)和在位滅菌裝置(SIP)，並根據需要設置壓蓋機構和取樣機構。食品用凍干機通常是輻射加熱，對擱板的加工精度要求相對較低，凍干面積較大。

　　③按物料的冷凍地點分為凍干合一型和凍干分離型。凍干合一型是指物料的冷凍和干燥均在凍干箱內進行，凍干箱內的擱板裡既能制冷又能加熱，被凍干物料放在擱板上，主要依靠傳導進行預凍和加熱，輻射傳熱是次要的。醫藥用凍干機多為凍干合一型，目的是保持物料清潔衛生，防止污染。凍干分離型是指預凍在冷庫、速凍機或液態容器裡進行，干燥時再將預凍好的物料移到干燥箱(倉)內，目的是節約能源，節省干燥時間，提高生產效率，降低產品成本，這種凍干機以輻射加熱為主，多適用於食品凍干機。

　　④按冷凍方式可分為靜態冷凍(static freezing)、動態冷凍(dynamic freezing)、離心冷凍(centrifugal freezing)、滾動冷凍(shellfreezing)、旋轉冷凍(spin 工業烤箱freezing)、噴霧冷凍(spr。ay freezing)、氣流冷凍(airblast freezing)等。具體選用何種冷凍方式，應該根據物料性質和冷凍干燥工藝要求而定。

　　⑤按捕水器(水氣凝結器)安放的位置，分為內置式和外置式兩種。內置式的捕水器安放在凍干箱內，可放在凍干箱擱板的兩側、下部或後部。內置式冷凍干燥機節省占地面積，被抽氣體到捕水器去的阻力小，省去了干燥箱與捕水器之間的連接管道和閥門，經濟性好。但內置式捕水器與擱板之間距離較近，影響擱板加熱的均勻性，容易出現熱橋，影響捕水器捕水特性，還有些內置式捕水器化霜時需要停止工作，影響了生產周期和生產效率。外置式捕水器安放在凍干箱外，需要一個獨立外殼，用管道烘箱和閥門將凍干箱和捕水器連接起來，其優缺點與內置式剛好相反。

　　⑥按所采用的真空系統，分水蒸氣噴射泵型和捕水器加機械泵型兩種。水蒸氣噴射泵真空系統不用捕水器，能直接大量抽出水蒸氣，抽氣量大、效率高，抽氣量可以控制，但需要水蒸氣作為動力，鍋爐產生水蒸氣的壓力容易波動，影響泵的性能，燒鍋爐容易造成環境污染，因此只有少量食品采用這種系統。捕水器加機械泵系統中需要為捕水器配置一套制冷系統。一般單級壓縮機的制冷系統，蒸發器表面最低溫度為-35℃；雙級壓縮機的制冷系統可達到-50℃；復疊式壓縮機制冷系統能達到-80℃。根據真空度的需要，在捕水器前面可配置羅茨泵加水環泵機組、羅茨滑閥泵機組、羅茨旋片泵機組，或者只配置能直排大氣的各種機械真空泵。

　　⑦按凍干箱內擱板上的加熱方式分為直接加熱和間接加熱兩種。直接加熱是用電或各種載熱媒體直接加熱擱板，加熱速度快，節約能源，但容易造成擱板溫度不均勻、難控制。間接加熱需要有換熱器，熱媒經換熱器被加熱之後再用泵打入擱板進行循環加熱，其優缺點與直接加熱式剛好相反。

　　⑧按加熱所采用的工質，分油、水、水蒸氣加熱以及電加熱幾種。油的價格高，載熱量少，循環量大；水在擱板流道內容易結垢，降低通道截面積，影響換熱效果；水蒸氣的溫度和壓力不好控制；電加熱擱板溫度均勻性不好。因此，近年來各廠都配制各種適合於制冷和加熱兩用的冷熱媒工質，如乙二醇、Rll等。

　　⑨按生產方式分連續式和間歇(周期)式兩種。連續式凍干機造價高，生產量大，適合於單一品種物料大規模生產；間歇式凍干機的優缺點與連續式剛好相反。

真空干燥設備的應用和種類

在真空干燥箱內．可以實現工業烤箱泡沫真空干燥。料液先經攪打混入空氣或添加如碳酸銨之類能產生氣體的物質。然後通過接觸加熱，在減壓下因氣體膨脹，形成可借真空度來控制的泡沫層，泡沫層干燥的制品具有結構組織疏松，速溶性好的優點。因此，泡沫真空干燥法常用來作為制取速溶食品的一種簡便方法：例如，麥乳精、代乳粉、水果粉、速溶咖啡、速溶茶等食品的加工。泡沫真空干燥法的操作要點在於當干燥初期水分較多且液體體積黏度還不高時，不易高真空操作。否則泡沫層發泡隆起很高，容易溢出盤外，且此時氣泡易破裂，失去了應當保留到後期發泡的氣體量。當漿料干燥到一定程度後，此時提高真空度，產生的氣泡就有一定的穩定度，不易破裂，形成穩固的蜂窩狀骨架，以便進一步干燥。

　　真空干燥設備的種類很多，大多數干燥室能夠密閉的常壓干燥設備都能實現真空干燥。在真空干燥技術領域裡，可以把真空干燥設備分成普通真空干燥和特種真空干燥兩大類。

　　普通真空干燥設備主要包括：適合於液體、漿體、粉體和顆粒物品干燥的箱式干燥設備；適合於果汁、牛奶、糖蜜、甘薯泥、番茄醬等干燥的滾筒式真空干燥設備；適合於橙汁、番茄汁、速溶茶和速溶咖啡等生產的帶式真空干燥設備；適合於粉體顆粒物料的，如維生素C等干燥的真空振動流動干燥機；還有圓筒攪拌型真空干燥機、雙錐回轉型真空干燥機、耙乾燥機式真空干燥機、圓盤刮板真空干燥機等。

　　特種真空干燥設備主要有：真空冷凍干燥設備、低頻真空干燥設備和氣相真空干燥設備等。

　　如果按真空干燥設備的用途劃分，可以分成食品真空干燥機、藥品真空干燥機、木材真空干燥機、聚合烘箱物真空干燥機、化工產品真空干燥機等。

　　如果按加熱方式，可以將真空干燥設備分成傳導加熱、輻射加熱、微波加熱和氣相加熱等類型。