几种浆态物料冻干过程传热传质特性的研究

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真空冷冻干燥(Vacuum Freeze-drying),简称冻干(FD),是一种非常重要的干燥技术,理想冷冻干燥后的物质,其物理、化学和生物性状基本不变,它是一种优质的干燥方法。在食品、药品以及化工行业中,有较多的浆态原料需要干燥。与其它干燥方法相比,冷冻干燥方法具有很多突出优点,但不足之处是干燥速率低、干燥时间长和干燥过程能耗大。因此,缩短干燥时间和降低干燥过程能耗是冷冻干燥领域的重要研究方向。 本文在综述国内外浆态物料冻干发展的基础上,运用实验与理论相结合的方法,对几种浆态物料的冻干过程作了较为全面的研究。在浆态物料冻干过程的实验研究中,测量了实验物料的基本物性数据,包括含水量、共晶点温度、共熔点温度等,在对浆态物料的抽空冻结特性研究基础上,选用山楂浆液,通过正交实验,定性的分析了物料厚度、冻结方式、搁板温度、干燥时压力对干燥速率的影响;通过二次正交回归实验,定量的分析了冰箱冻结方式下,物料厚度、搁板温度以及干燥室压力与干燥时间的关系,得出了回归模型,并分析了各因素间的交互作用;通过与鸡蛋液冻干过程的对比,分析了不同浆态物料间的冻干特性。 在浆态物料冻结过程的理论研究中,分析论述了搁板冻结、冷库冻结以及抽空冻结的机理,通过比较确定了各自的应用范围。建立了搁板冻结方式下的数学模型,应用ANSYS有限元分析软件模拟了第一类边界条件下,山楂浆液的冻结过程,分析比较了降温方式、物料厚度、最终冻结温度对冻结速率的影响,得出浆态物料冻结过程的传热特性。在干燥过程的理论研究中,建立了冻干过程的二维模型,应用有限元分析软件模拟了干燥过程的温度分布,归纳总结出描述浆态物料冻干过程的方法和理论依据,为其它浆态物料的冻干和工业大规模生产提供方便。 本文首次提出了以干燥制品生产率和冻干过程中单位质量物料耗电量二参数表征冷冻干燥过程经济性指标,以减少干燥时间和提高干燥制品生产率为优化目标,对冷冻干燥的操作条件进行了优化。最后分析比较了几种贮存条件下的贮存效果,给出了较为理想的贮存条件。
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