真空冷冻干燥沙棘果冻干时间模拟与实验研究

发布时间：2022-01-23 08:38

　　本文建立了沙棘果冻干过程的准稳态模型,对真空冷冻干燥工艺中沙棘果的升华干燥时间进行了理论计算与实验验证。经过多组实验,由极差分析法分析确定了优化冻干方案,得到适宜的加热板温度、物料厚度、真空度及干燥时间等工艺参数。结果表明:加热板温度32℃、物料厚度8 mm、真空度30 Pa为沙棘果冻干方案的最佳工艺参数,实验得到的实际升华干燥时间为19.5 h,理论计算预测的升华干燥时间为17.8 h,二者较为接近,相对误差为8.7%。 

【文章来源】：冷藏技术. 2020,43(04)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

沙棘干燥状态示意图

ㄓ捎谏臣??ぶ式?厚，为了缩短冻干时间采取开裂表皮的措施），放置机器附带的板上（用于隔开干燥室和水汽凝结器的板子），罩上有机玻璃罩，开启真空泵，将干燥室的真空度降至20Pa~40Pa，打开加热器。观察沙棘果的形状和温度变化，正交试验结果如表2所示。表2干燥时间测定的正交试验结果Tab.Orthogonaltestresultsfordryingtimetest实验号加热板温/℃物料厚度/mm真空度/Pa干燥时间/h130530202308352133010402243284023532103523.36325252473510302583582562693554026.3图3真空冷冻干燥流程图Fig.3Flowchartofvacuumfreeze-drying

设：（1）升华干燥阶段是传热控制过程，干燥层的导热能力小于能量扩散能力；（2）沙棘的物性是均匀的，在升华过程中导热系数保持不变，可视为常数。.理论计算沙棘的干燥过程是具有传热传质同时进行的复杂过程，干燥时沙棘的状态如图1所示[14]。图1沙棘干燥状态示意图Fig.Seabuckthorndrystatediagram热量从加热器传至沙棘表面以对流和辐射为主，从沙棘表面到升华界面热量以热传导形式传入。由于平放的沙棘是圆柱体，取坐标为柱坐标，在干燥层中取一微元控制体如图2所示[15]。图2柱坐标微元体Fig.Columncoordinatemicro-body进入控制体的热流：（1）（2）（3）流出控制体的热流：（4）（5）（6）控制体内物质的贮存能量：（7）式中：ρ为沙棘果的密度，kg/m3；cp为沙棘的热容量，kJ/(kg℃)；k为沙棘的导热系数，W/(m℃)。控制体内没有生成能量，整个微元控制体能量守恒，故：（8）将上述各式代入，设控制体的导热系数各向同性，整理可得：（9）当只考虑存在径向热流时，上式可化简为：（10）干燥过程中的传质和传热具有相似的物理机理，热传导的推动力是温度差，而压力差则是传质的推动力，传质符合Fick定律：（11）式中：D为扩散系数，m2/s；M为冰晶的摩尔质量，g/mol；Tm为沙棘果的升华界面温度，K；R为摩尔气体常数，R=8.314J/(molK）。干燥过程中的传热传质是互相影响的，随着升华的进行，多孔干燥层的增长，不仅会降低传热效率，也延缓了冰界面上升华水蒸气逸出的速率。根据上述分析，可建立沙棘真空冷

【参考文献】：
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本文编号：3603989