跟胖哥學物理 真空蒸發技術

同學學過汽化現象,這是由液體受熱時變成氣體一種物態變化,有兩種方式:蒸發和沸騰。沸騰和蒸發有四個區別:第一、發生部位不同,沸騰是在液體內部和外部發生的,也蒸發發生液體表面。第二、發現劇烈程度不同,沸騰發生時內部出現大量氣泡,上升體積增大,到水面破裂開來,而蒸發比較緩慢,肉眼很難觀察。第三、發生條件不同,沸騰必須到達沸點,而蒸發在任何溫度下都可以發生,既然南北兩極,也是有蒸發現象的;第四、吸熱方式不同,沸騰必須加熱,停止加熱沸騰就停止,因為發生沸騰兩個條件:達到沸點和,還有就是繼續吸收熱量,而蒸發是自動吸收熱量。

同學們還知道,液體沸點與氣壓有關。一般而言,液體沸點隨著氣壓增大沸點升高。在西藏地球,煮東西煮不熟,就是因為那裡海拔高,大氣壓低,水沸騰溫度在70攝氏度左右,遠遠低於100,所以就是花再多燃料也是煮不熟的。我們就只能採用高壓鍋加食物了。

如果我們讓物體處於真空環境,當時這也是很困難的。如果物體處於完全真空真空狀態,物體是不可能以液態形式存在,因為液體的沸點變得極低,由於在這種狀態下幾乎肉眼無法觀察,通常低溫環境下的汽化都叫做蒸騰。

真空蒸發是在真空下進行的蒸發操作。在真空蒸發流程中,末效的二次蒸汽通常在混合式冷凝器中冷凝。真空蒸發的特點是,在低壓下溶液的沸點降低且用較少的蒸汽蒸發大量的水分。該技術應用於真空蒸發鍍膜等真空蒸發可以降低溶液沸點,故具有以下優點:可處理高溫下易分解的熱敏性物料,如牛奶、果汁、蜂蜜和抗生素等。增大傳熱推動力,提高蒸發器單位傳熱面積的蒸發量。可利用低溫熱源,降低能耗。多效蒸發裝置中的最後幾效都是在真空下操作的。然而,溶液降溫會使粘度增大,導致傳熱係數減小。

真空蒸發鍍膜屬於物態變化,是製備薄膜的一般方法。這種製作方法是把裝有基片的真空室抽成10-2Pa以下的真空,然後再加熱鍍料,使表面原子或者分子發生氣化反應,逸出並形成蒸汽流,入射到基片的表面,凝結形成固態的薄膜。真空蒸發鍍膜設備主要由兩大部分組成,即真空鍍膜室和真空抽氣系統。真空鍍膜室內有蒸發源、基片、被蒸鍍材料和基片支架等,其原理如圖所示。製備質量較好的外延薄膜,可以在製備過程中,通過調整蒸發速度,改變加熱電流來實現。通過改變蒸發軸與基地表面直接的夾角可以製備不同形狀的薄膜,如沉積均勻薄膜時需使夾角為90°,沉積楔形薄膜時需使夾角成一定的角度。實現真空蒸發法鍍膜,必須具備三個條件:冷的基片,以便於氣體鍍料凝結成為薄膜;真空環境,方便於氣相鍍料向基片的運輸;熱的蒸發源,使鍍料蒸發。

除了真空蒸發鍍膜技術,還有一種蔬菜脫水技術,因為隨著航天技術使用,離開地球的航天人員需要蔬菜,讓他們吃到營養不損失蔬菜,也是航天科學研究一個方面。

首先提出這個問題,就是“阿波羅”航空計劃。美國航空航天局(NASA)為解決宇航員在太空可以吃到蔬菜補充維生素,發明冷凍脫水蔬菜技術。該技術就是將蔬菜中所含過多水分脫去,而鮮菜中所含葉綠素和維生素仍能保存,便於貯存、保管、運輸。冷脫水處理幾乎除去了食物中全部水份,並使其重量降低20%,同時保留食物98%的營養成分。“阿波羅”計劃中人們首先使用這種技術讓航天員吃上含有蔬菜的太空食品。

脫水蔬菜又稱覆水菜,是將新鮮蔬菜經過洗滌、烘乾等加工製作,脫去蔬菜中大部分水分後而製成的一種乾菜。蔬菜原有色澤和營養成分基本保持不變。既易於貯存和運輸,又能有效地調節蔬菜生產淡旺季節。食用時只要將其浸入清水中即可復原,並保留蔬菜原來的色澤、營養和風味。

脫水蔬菜技術,有兩種成熟的技術:烘乾蔬菜和冷凍蔬菜兩種。烘乾蔬菜。使用烘乾脫水機制作出的脫水蔬菜;冷凍蔬菜。使用冷凍脫水機制作出的脫水蔬菜。

脫水乾制方法有自然曬乾及人工脫水兩類。人工脫水包括熱風乾制、微波乾製、膨化乾製、紅外線及遠紅外線乾製、真空乾製等。目前蔬菜脫水乾制應用比較多的是熱風乾燥脫水和冷凍真空乾燥脫水,冷凍真空脫水法是當前一種先進的蔬菜脫水乾製法,產品既可保留新鮮蔬菜原有的色、香、味、形,又具有理想的快速覆水性。現將熱風乾燥脫水蔬菜和冷凍真空乾燥脫水蔬菜加工的工藝流程和方法介紹如下。

相比較其它鮮菜而言,脫水蔬菜具有體積小、重量輕、入水便會復原、運輸食用方便等特點。食用時不僅味美、色鮮,而且能保持原有的營養價值。蔬菜原有色澤和營養成分基本保持不變。既易於貯存和運輸,又能有效地調節蔬菜生產淡旺季節。食用時只要將其浸入清水中即可復原,並保留蔬菜原來的色澤、營養和風味。

當然,脫水蔬菜在經過處理的時候,會讓蔬菜的大量維生素物質和水分的流失,所以吃起來跟新鮮蔬菜比,是比不上新鮮蔬菜的,這種一般製作它的目的主要還是看他方便容易保存。

脫水蔬菜一般用在軍事航天及遠洋航運等特殊環境下特殊人群的生活需求中。平常大家吃的都是新鮮蔬菜,是因為大家所在的生存環境允許新鮮植物存在。在戰爭中,士兵們往往要輾轉多個戰場或者區域,條件不允許新鮮蔬菜的攝取;宇航員們生活在失重環境下,只能食用經過壓縮和特殊製作的食物,比如脫水食物;遠洋航運過程中,新鮮蔬菜無法長期保存,這個時候,脫水蔬菜就用在特別的情況下及特殊的生存環境中。

2018年10月24日於宜昌市夷陵區吾同齋


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