西洋参具有提高机体免疫力、改善心血管机能、增强中枢神经系统的功能,具有很高的治病和保健功能。传统的西洋参加工技术存在加工周期长、操作步骤繁琐、易出现枯枝或红眼圈等问题,针对西洋参饮片的特点,本文首次提出西洋参高压渗透膨化干燥技术,得到能量消耗更少、加工过程更短、有效成分保留更多、品质更好的西洋参饮片。参考近几年来果蔬膨化干燥机理的研究成果,针对传统西洋参饮片密度大,质地硬度高等特点,采用膨化技术解决上述问题。但传统的果蔬膨化干燥技术是利用过热水分的闪蒸实现膨化,加工温度高而不适于西洋参膨化。因此本文采用膨化温度更低的渗入高压气体为动力源进行膨化研究,期望获得一种新型西洋参饮片技术。首先以苹果片为原料进行高压渗透膨化干燥的预实验,研究了氮气(N2)、氦气(He)、二氧化碳(CO2)对膨化干燥特性的影响,实验表明CO2气体膨化效果最佳,因此最终选用CO2为西洋参膨化干燥实验的气体介质。本文依据拟定的工艺参数设计且搭建了西洋参高压渗透膨化干燥的实验平台,通过实验验证了新型加工技术的可行性,实验表明以CO2为动力源进行西洋参片膨化干燥是可行的。通过单因素和正交实验法确定了最佳工艺参数:切片厚度为1 mm、预干燥含水率为20%、膨化压差为2.6 MPa、膨化温度为80℃、抽真空干燥时间为2 h。实验结果为西洋参高压渗透膨化干燥设备的设计提供了数据支撑。以实验研究得到的工艺方法和参数为基础,设计了一套用于西洋参高压渗透膨化干燥的工业设备,总体结构包括膨化系统、抽真空系统、加压系统、冷却系统、泄压系统、加热及冷却装置等部分。对西洋参膨化设备的膨化罐罐体、夹套、封头、视镜、支座、三瓣卡箍式快开盲板,以及真空干燥罐罐体、封头、支座进行了设计和选型。此设备可实现西洋参高压渗透膨化干燥的工业生产。利用热力学和传热学原理对膨化罐在工作过程中的热力及能量进行了分析,设计出了一种新型加热装置(即换热板)。该加热装置在提高传热效率、降低生产成本和保证产品品质等方面具有极大优势。利用有限元分析软件对所设计的膨化罐罐体和锥形封头在加压升温阶段和抽真空干燥阶段进行了结构分析。分析表明,罐体的最大应力出现在内表面与罐体连接法兰附近,锥形封头的最大应力出现在锥形封头大端面与膨化罐罐体连接处附近,其应力值均小于材料的许用应力,最大变形量也较小,结构强度符合设计和生产要求。综合考虑分析结果和加工成本,选取罐体厚度σ=10mm、锥形封头壳体厚度σ=10mm。