液体物料非饱和冷冻干燥及其过程强化

作     者：李强强 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王维

授予年度：2018年

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 

主      题：冷冻干燥 维生素C 初始非饱和 软冰 过程强化 

摘      要：冷冻干燥是指将含湿物料在低温低压条件下脱除水分的过程。虽然冷冻干燥产品质量高,但是干燥时间长、能耗高的问题始终存在。如何缩短干燥时间、强化冷冻干燥过程成为冷冻干燥领域研究的一个重要方向。对于常规液体物料的冷冻干燥,物料冻结后,内部没有孔隙。干燥过程中,升华界面向内退却,水蒸气迁移仅存在于冰晶升华留下的孔隙中。如果将待干料液制成具有初始孔隙的非饱和冷冻物料,物料的初始孔隙可以减小水蒸气迁移过程的阻力,冷冻干燥速率可望提高。本论文使用维生素C为溶质,制备了初始饱和与初始非饱和物料,探究两种物料的冷冻干燥过程,并试图通过不同方式强化干燥过程。实验结果表明:使用软冰技术制备的饱和维生素C,其冷冻干燥过程更稳定,干燥产品呈现均匀的多孔结构,避免了维生素C的崩塌;具有一定初始孔隙的多孔物料对液体物料冷冻干燥过程具有显著的强化作用;冷冻物料的初始饱和度越小,干燥时间越短,非饱和冷冻物料(S=0.25)的干燥时间比常规冷冻物料(S=1.00)可节省30.4%;物料内部结构的SEM形貌表征显示,非饱和物料内部具有更大的均匀球状孔,减小了水蒸气的迁移阻力;两种冷冻物料的干燥时间均随环境温度的升高而减少,压力对干燥时间影响不大;饱和物料的干燥速率经历升速、恒速和降速三个阶段,而非饱和物料始终处于降速阶段,并且非饱和物料干燥速率高于饱和物料;相同湿含量条件下,固含量对干燥过程影响不大。微波冷冻干燥装置的微波腔应该是微波真空一体式结构,双层结构微波腔会使微波功率衰减;吸波材料SiC辅助可以强化微波冷冻干燥过程;组合加热显著缩短了两种物料干燥时间,在组合加热条件下非饱和物料的干燥时间仍然比饱和物料干燥时间短;非饱和物料的预制孔隙结构结合乙醇共溶剂饱和蒸气压大的特点,使得乙醇共溶剂可以显著强化非饱和物料干燥过程。