具有初始孔隙多孔物料冷冻干燥的实验研究

发布时间：2017-08-29 11:06

  本文关键词：具有初始孔隙多孔物料冷冻干燥的实验研究

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【摘要】：与传统的干燥方法相比,冷冻干燥是一种比较温和的干燥方法,在药品、生物体及特殊食品等热敏性物料干燥过程中具有独特的优势。通常冻干产品的质量最高,但是其过程能耗也往往最高。因此,缩短冷冻干燥时间,从而降低能量消耗,并实现提高生产率,一直是冷冻干燥领域的技术难题。为减小冷冻干燥过程中蒸汽传质阻力、缩短干燥时间、降低能耗,本课题组首次提出,将液态物料制备成“具有初始孔隙的多孔物料”再进行冷冻干燥的思想；而常规液态物料的冷冻干燥过程是将物料冷冻固化后,直接进行冷冻干燥。本实验室设计了一套多功能冷冻干燥装置,并通过初步的实验探究验证了：具有初始孔隙的非饱和冷冻物料对液态物料的冷冻干燥过程具有明显的强化作用。在课题组以前工作的基础上,对实验室装置做了进一步优化设计,并选择甘露醇为主要固体物料,采用“液氮制作冰激凌法”制备了初始非饱和冷冻物料进行冷冻干燥实验。实验结果表明,具有初始孔隙的非饱和冷冻物料确实可以显著地强化液态物料的冷冻干燥过程。两种不同冷冻物料的干燥产品SEM形貌分析显示,初始非饱和冷冻物料具有连续且均匀的固体骨架和孔隙空间,同时物料固体基质更加纤细,孔隙空间也更大,因此可以大大减小传质阻力。通过考察两种物料内部各点的温度变化发现,初始非饱和物料内部各处冰晶确实发生升华,但仍然存在主要的升华区域；具有初始非饱和孔隙的多孔物料的冷冻干燥过程的主要控制步骤是传热,而常规饱和物料冷冻干燥过程的主要控制步骤是传质。实验发现,物料形状对两种物料的冷冻干燥过程影响较大；只有在两种物料样品最短传递距离相近时,初始非饱和物料对冷冻干燥过程有利；两种物料样品直径相同的条件下,物料量达到一定值后,初始非饱和物料对冷冻干燥过程有强化作用。组合加热实验结果验证,采用辐射／导热的组合加热方式可进一步改善具有初始孔隙的非饱和多孔物料的冷冻干燥过程的传热过程,从而缩短干燥时间。实验条件下,操作温度对冷冻干燥过程的影响较大,但压力影响较小。
【关键词】：冷冻干燥 初始饱和度 干燥曲线 传质传热 样品几何
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-11
• 1文献红述11-29
• 1.1 冷冻干燥概述11-18
• 1.1.1 冷冻干燥原理11-12
• 1.1.2 冷冻干燥过程12-18
• 1.2 冷冻干燥的特点及应用18-20
• 1.2.1 冷冻干燥的特点18-19
• 1.2.2 冷冻干燥的应用19-20
• 1.3 多孔介质概述20-24
• 1.3.1 多孔介质20-21
• 1.3.2 多孔介质的传递机理21-24
• 1.4 冷冻干燥的研究进展24-28
• 1.4.1 冷冻干燥过程中预冷冻过程的研究24
• 1.4.2 加热方式对冷冻干燥过程的影响24-26
• 1.4.3 操作压力对冷冻干燥过程影响26-27
• 1.4.4 强化液态物料冷冻干燥过程的方法27-28
• 1.5 本课题的研究内容28-29
• 2 实验装置29-35
• 2.1 实验装置简介29-30
• 2.2 真空系统30-31
• 2.3 控温系统31-32
• 2.4 冷冻系统32
• 2.5 数据采集系统32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 3 实验部分35-41
• 3.1 实验材料与仪器35-36
• 3.2 实验样品制备36-38
• 3.3 实验方法38
• 3.4 实验装置测试38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 具有初始孔隙的多孔物料对冷冻干燥过程的影响41-48
• 4.1 初始非饱和物料对冷冻干燥过程的影响41-42
• 4.2 两种物料干燥产品的形貌特征分析42-44
• 4.3 冻干过程中两种物料内部温度变化曲线44-47
• 4.4 本章小结47-48
• 5 物料几何对冷冻干燥过程影响48-54
• 5.1 物料几何对冷冻干燥过程影响48-53
• 5.2 本章小结53-54
• 6 操作条件对冷冻干燥过程的影响54-59
• 6.1 加热方式对冷冻干燥过程的影响54-55
• 6.2 组合加热条件下压力对冷冻干燥过程的影响55-57
• 6.3 组合加热条件下温度对冷冻干燥过程的影响57-58
• 6.4 本章小结58-59
• 结论59-60
• 论文创新点与展望60-61
• 参考文献61-66
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况66-67
• 致谢67-68

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本文编号：752929