冷冻干燥过程残余含水量的预测与控制方法研究

发布时间：2017-10-15 14:39

  本文关键词：冷冻干燥过程残余含水量的预测与控制方法研究

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【摘要】：与传统热干法相比,冷冻干燥方法具有有利于维持物料原有的化学组成和物理性质以及干燥后物质疏松多孔、易于溶解和复水等诸多优点,因此在食品工业、制药工业和生物制品保存等方面的应用日益广泛。残余水含量是影响冷冻干燥效果的一大重要因素。本文在分析了冷冻干燥的基本原理与物理机制基础上,研究冷冻干燥过程的建模和仿真方法,从而实现对冷冻干燥过程残余水含量的有效预测和控制。具体工作包括:(1)对冷冻干燥过程的仿真方法进行研究。提出基于有限元思想和动态网格技术的冷冻干燥过程仿真方法,基于冷冻干燥的多维动态模型分别对升华干燥过程和解析干燥过程建立仿真模型进行仿真研究。通过研究冻干过程中温度、压强、残余水含量等物理参数的分布和变化规律,确定仿真方法的正确可靠有效性。(2)对冷冻干燥过程残余水含量的预测方法进行研究。在冷冻干燥仿真方法基础上提出残余水的计算方法,对升华干燥过程和解析干燥过程的残余水含量进行仿真研究,结果表明在冷冻干燥过程中搁板温度、压强、物料厚度和干燥时间都会对冷冻干燥过程的残余水含量产生影响。利用核磁共振方法对冻干红细胞进行残余水研究,对比仿真结果和实验结果发现两者具有较好的一致性。最后在仿真和实验结果基础上提出冷冻干燥残余水含量的预测方法。(3)对冷冻干燥过程残余水含量的控制方法进行研究。通过分析冷冻干燥过程搁板温度、压强、干燥时间等因素对残余水含量的影响程度以及在冷冻干燥过程中控制不同干燥条件的难易程度,提出冻干工艺参数的控制方法实现对残余水含量的控制。
【关键词】：冷冻干燥 传热传质 有限元方法 残余水 核磁共振
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-14
• 1.3 论文研究内容14-15
• 1.4 论文结构安排15-16
• 第二章 冷冻干燥过程的热物理机制16-27
• 2.1 冷冻干燥原理及基本物理过程16-20
• 2.1.1 冷冻干燥原理16-18
• 2.1.2 冷冻干燥基本物理过程18-20
• 2.2 冷冻干燥传热传质基本原理20-21
• 2.3 冷冻干燥理论模型21-26
• 2.3.1 一维稳态模型21-22
• 2.3.2 一维解析-升华模型22-23
• 2.3.3 二维解析-升华模型23-24
• 2.3.4 多维动态模型24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 冷冻干燥过程仿真方法研究27-55
• 3.1 升华干燥阶段仿真方法研究28-49
• 3.1.1 物理模型29-35
• 3.1.1.1 几何描述29-30
• 3.1.1.2 控制方程30
• 3.1.1.3 初始条件与边界条件30-33
• 3.1.1.4 物理参数确定33-34
• 3.1.1.5 模型简化与假设34-35
• 3.1.2 仿真方法35-39
• 3.1.3 结果分析39-49
• 3.1.3.1 升华干燥阶段升华规律分析39-40
• 3.1.3.2 升华干燥阶段传热分析40-45
• 3.1.3.3 升华干燥阶段传质分析45-46
• 3.1.3.4 干燥时间与干燥条件之间的关系46-49
• 3.2 解析干燥阶段仿真方法研究49-53
• 3.2.1 物理模型49-50
• 3.2.2 仿真方法50
• 3.2.3 结果分析50-53
• 3.2.3.1 解析干燥阶段传热分析50-51
• 3.2.3.2 解析干燥阶段传质分析51-53
• 3.3 本章小结53-55
• 第四章 冷冻干燥过程残余水含量预测方法研究55-74
• 4.1 残余水仿真预测研究55-57
• 4.1.1 残余水计算方法55-56
• 4.1.2 控制变量56-57
• 4.2 实验验证57-60
• 4.2.1 实验原理与方法57-58
• 4.2.2 实验方案设计58-60
• 4.2.2.1 实验材料与仪器58
• 4.2.2.2 冻干红细胞制备58-59
• 4.2.2.3 残余水测量过程59-60
• 4.3 结果分析60-72
• 4.3.1 仿真结果分析60-68
• 4.3.1.1 升华干燥阶段残余水分析60-65
• 4.3.1.2 解析干燥阶段残余水分析65-68
• 4.3.2 实验结果分析68-72
• 4.4 冷冻干燥过程残余水预测方法72
• 4.5 本章小结72-74
• 第五章 冷冻干燥过程残余水含量控制方法研究74-80
• 5.1 残余水含量影响因素分析74-77
• 5.2 残余水含量控制方法77-79
• 5.3 本章小结79-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 6.1 总结80-81
• 6.2 展望81-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-88
• 附录88-91

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本文编号：1037688