初始非饱和多孔物料对冷冻干燥过程的影响

提出了“初始非饱和多孔物料冷冻干燥”的思想,从实验上验证具有一定初始孔隙的非饱和多孔物料对液体物料冷冻干燥过程的强化作用。设计、加工和组装了一套实验室规模的多功能冷冻干燥装置。采用“液氮制作冰激凌法”,将以甘露醇为主要溶质的液体物料制备成具有不同初始孔隙的冷冻物料。对于相同质量和相同湿含量的非饱和冷冻物料,在相同的操作条件下,进行冷冻干燥实验,并与常规冷冻干燥相比较。结果表明,初始非饱和物料对冷冻干燥过程确实具有显著的强化作用。非饱和冷冻物料(初始饱和度0.28)的干燥时间比常规冷冻物料(初始饱和度1.00)能够节省36.4%。初始饱和度越小,干燥时间越短,干燥产品的含水率越低。     

初始非饱和液体物料冷冻干燥二维数值验证

为提高过程经济性,对初始非饱和液体物料冷冻干燥这一思想进行二维数值验证。建立含湿多孔介质冷冻干燥二维柱坐标数学模型,使用有限体积法对控制方程组进行数值求解。模拟结果显示,初始非饱和冷冻物料确实能够有效减少干燥时间,达到强化冷冻干燥过程的目的,干燥时间随着初始孔隙率的增大而减小。对模拟得到的不同时刻物料内部饱和度和温度的侧形进行分析。     

具有初始孔隙的多孔物料冷冻干燥

实验研究了具有一定孔隙的非饱和多孔物料对液体物料冷冻干燥过程的影响。以甘露醇为主要溶质的待干料液采用“液氮制冰激凌法”制备非饱和物料进行冷冻干燥,并与常规饱和的冷冻物料相比较。结果表明,非饱和冷冻物料确实能够显著地强化液体物料的冷冻干燥过程。干燥产品SEM形貌分析显示,初始非饱和冷冻物料具有连续均匀的固体骨架和孔隙,固体基质更加纤细,孔隙空间更大,可以大大减小传质阻力。考察物料内部各点的温度变化发现,初始非饱和物料内部冰晶确实发生整体升华,但仍然存在主要升华区域;非饱和多孔物料的冷冻干燥过程主要是传热控制,而常规饱和物料冷冻干燥主要是传质控制。操作压力对过程的影响可以忽略。采用辐射/导热组合加热方式可改善初始非饱和多孔物料冷冻干燥过程的传热,进一步缩短干燥时间。     

吸波材料辅助的初始非饱和物料微波冷冻干燥

为了强化冷冻干燥过程,制备咖啡溶液的初始饱和与非饱和2种冷冻样品,分别使用石英与碳化硅底盘进行常规和微波冷冻干燥实验,同时采用电阻法测定溶液的共晶温度.结果表明,在温度为25℃、压力为22 Pa时采用石英底盘,初始非饱和物料冷冻干燥时间比饱和物料缩短了14.9％,适当提高操作温度可以强化冷冻干燥过程.在25℃、22 P...     

具有预制孔隙多孔物料的冷冻干燥

实验探究了具有初始预制孔隙多孔物料对冷冻干燥过程的强化作用。以注射用抗生素药剂——头孢曲松钠为主要溶质,采用液氮制作冰激凌法制备了具有不同初始孔隙率的冷冻物料,在相同的条件下进行冷冻干燥实验。结果表明,初始饱和度为0.3的冷冻物料(初始孔隙率为0.67)干燥时间比饱和物料(初始孔隙率为0)缩短了21.3%。干燥产品的SEM图显示,初始非饱和冷冻物料的固体骨架和孔隙结构连续而均匀,初始饱和度越低,骨架越纤细,可大大地降低传质阻力。对冷冻速率和退火处理的研究表明,冷冻速率对于两种物料干燥过程的影响甚微;退火处理能够提高冷冻干燥速率。适当提高操作温度可以明显缩短两种物料的干燥时间;操作压力对冷冻干燥过程几乎没有影响。     

具有预制孔隙多孔物料的冷冻干燥

实验探究了具有初始预制孔隙多孔物料对冷冻干燥过程的强化作用。以注射用抗生素药剂--头孢曲松钠为主要溶质,采用“液氮制作冰激凌法”制备了具有不同初始孔隙率的冷冻物料,在相同的条件下进行冷冻干燥实验。结果表明,初始饱和度为0.3的冷冻物料（初始孔隙率为0.67）干燥时间比饱和物料（初始孔隙率为0）缩短了21.3%。干燥产品的SEM图显示,初始非饱和冷冻物料的固体骨架和孔隙结构连续而均匀,初始饱和度越低,骨架越纤细,可大大地降低传质阻力。对冷冻速率和退火处理的研究表明,冷冻速率对于两种物料干燥过程的影响甚微;退火处理能够提高冷冻干燥速率。适当提高操作温度可以明显缩短两种物料的干燥时间;操作压力对冷冻干燥过程几乎没有影响。     

流化床氛围下多孔物料干燥传热传质的数值模拟

用有限差分法数值求解一个热、质传递耦合模型,理论研究多孔物料流化床干燥过程。方程离散采用全隐格式的控制容积方法,三对角矩阵法（TDMA）用来求解线性方程组。选用球形的苹果丁作为多孔物料。在典型操作条件下,通过分析温度、饱和度和压力的分布侧形,讨论了物料内部的热、质传递机理。在对比条件下,考察了气体入口温度、气速和床面积因子对干燥过程的影响。结果表明：干燥过程受气、固相间的耦合传热传质的影响十分明显,干燥时间随气体入口温度和气速的提高而减少;随床面积因子的增大而增加。     

非饱和含湿多孔介质微波冷冻干燥过程传热传质分析

基于升华冷凝模型,对非饱和含湿多孔介质微波冷冻干燥过程作了数值计算．结果表明,干燥过程中不饱和含冰区内的冰饱和度有较大变化．通过与不考虑升华冷凝区相比较,表明升华冷凝区的存在不可忽略．     

瓶装物料的冷冻干燥过程模拟与实验验证

对于瓶装物料的冷冻干燥,在前面工作＾「１」的基础上,以脱脂牛奶为物料对冻干过程进行实验研究和模拟计算,结果表明物料的温度分布近瓶壁处的温度较中心部分为高,因此说明瓶壁的热传导不可忽略：同时对模拟值与实验值进行比较,其结果吻合良好。     

液体物料冷冻干燥的热点问题

液体物料冷冻干燥广泛应用于制药工业。其过程工艺的重要性正赢得世界范围的研究关注。文献已证实科学方法能够用最少的试差来提高产品质量。过程工艺的建立和规划需要系统地理解冷冻、冷冻干燥、材料科学和质热传递等物理化学过程。本文就液体物料冷冻干燥过程做了简要评述,并对其过程的热点问题做了分析。     

物料无桨混合过程数值模拟

目前物料混合主要采用有桨混合方式,该方法容易使物料受到较大摩擦作用。为了解决这一问题,本文对无桨滚筒混合工艺过程进行探索研究。采用离散元软件EDEM模拟无桨滚筒对两种物料的混合过程,分析混合过程中物料的运动特征,通过定义颗粒混合均匀性指数来定量表征混合均匀程度,分析了不同填料（10000~20000个颗粒）和转速（7~22r/min）对混料均匀性的影响规律,并对物料受力情况进行了定量分析。研究结果表明：在无桨滚筒混料过程中,可以实现对两种物料的混合,且随着转速提高,物料能较快达到均匀。在混合过程中物料受力呈波动式变化,其中最大受力小于0.6N,稳定在0.1~0.35N;物料受力平均值小于0.015N,稳定在0.005~0.01N;最大受力是平均受力值的20~30倍;且随着填料和滚筒转速增加,物料的受力略有增加。     

介电材料辅助的微波冷冻干燥的数值模拟

通过数值求解一个考虑吸湿效应的带有移动升华界面的多孔介质热、质传递耦合模型,理论考察介电材料对微波加热冷冻干燥过程的影响.介电材料用烧结的碳化硅(SiC).甘露醇,一种典型的药物赋形剂被选为待干溶液中的溶质.模拟结果表明在微波冷冻干燥过程中使用介电材料可以加快冷冻干燥速率,特别是在待干溶液的固含量很低或者固体产品的介电损耗因子很小的情况下尤为有效.模型预测和实验测定的干燥曲线相比较显示了良好的一致性.通过考察冰饱和度和温度的分布侧形,研究分析了物料内部的质热传递机理,并讨论了干燥速率的控制因素.     

多孔纤维状物质的冷冻干燥模型

通过对草菇进行冷冻干燥实验,研究了过程中样品的中心温度及水分率随时间的变化关系．对冻干过程中物料干燥层和冰冻层进行质量和热量衡算,建立了升华─吸附─解吸数学模型．实验值与模型计算值吻合良好．     

数值模拟柱塞挤出过程中物料的熔融

简述柱塞式挤出成型在超高分子量聚乙烯(UHMWPE)成型加工中的研究和应用现状,提出立式四柱塞UHMWPE挤出成型.建立几何模型,设定相应的物料参数和边界条件,利用有限元软件Polyflow对物料(UHMWPE)通过机筒段的熔融进行数值模拟分析,确定其加热温度和长度.     

超临界流体萃取固态物料数值模拟的研究进展

介绍了超临界流体萃取固态物料的数值模拟方法 ,对固体物料萃取的经验动力学模型、热质类比模型、质量守恒模型的原理及传质特性进行了评述     

多孔介质模型的纤维球过滤器数值模拟

用多孔介质模型对纤维球过滤器内不同截泥量下的液相流场进行数值模拟,得到在过滤过程中截泥量-过滤速度-压降之间的关系,在反洗过程中截泥释放量-反洗速度-压降之间的关系。结果表明:在过滤过程中压降随着截泥量的增加呈现近似线性增加,压降随着过滤速度的增加呈现近似指数增加的趋势。     

气固两相流内中空多孔催化剂性能的数值模拟

气固流态化过程中流体和颗粒分别聚集,形成稀密两相,严重限制其传质效率和反应速率的提高。针对此问题,本工作设计了一种中空多孔结构的催化剂颗粒,通过模拟方法研究该颗粒对稀密两相气相传质与反应的影响,及其在稀密相间转换的时间尺度。结果表明,一定的流动强度时,在颗粒稀密相转换的时间尺度内,中空多孔结构的颗粒能够有效地在稀相存储反应气体,并在密相释放,为密相提供额外的反应气体,增强体系的整体反应效率。当催化反应速率高于传质速率时,在所研究的流动条件下中空多孔颗粒体系的反应效率比实心球形颗粒体系高出26.92%~29.55%。可以预见在稀密相分布更广的大型气固流化床反应器中,中空多孔结构的催化剂颗粒能够更为有效地提高反应器的整体效率。     

冷冻干燥法制备羟基磷灰石多孔支架

采用冷冻干燥法制备出多孔羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)支架,观察了支架的微观形貌,研究了HA浆料固含量和孔隙率、冷冻速率和孔径尺寸的关系.结果表明:通过调整工艺参数可以使制备出的多孔支架的孔隙率和平均孔径尺寸分别在45%~85%、100~800μm之间变化,孔的连通性较好.支架孔隙率随着浆料固含量的降低而升高,孔隙率最高可达到85%.孔径尺寸随着冷冻速率的升高而减小,减小的速度不断降低.当冷冻速率在1.3~3℃/min之间变化时,孔径尺寸约为800~300μm;当冷冻速率分别为9℃/min和11℃/min时,得到支架的孔径尺寸却相差不大,在90～110μm之间.     

具有电介质核心多孔介质微波冷冻干燥过程的耦合传热传质的数值研究

利用变时间步长的有限体积法对具有电介质核心多孔介质微波冷冻干燥的耦合热质传递过程进行了数值模拟。计算结果表明：在有电介质核的多孔介质内部存在着两个升华界面,该双升华界面模型成功地模拟了该干燥过程：合理的选用电介质核心可以大大缩短干燥时间,对于几个大小分别为1．0,1.5,2．0和2．5mm的电介质核,其单位体积所需干燥时间同无核相比分别减少了8％,19％,33％,48％：在相同的电场强度下,电介质核的损耗系数越大,所需干燥时间越短。     

吸湿多孔介质冷冻干燥传质传热模型

本研究在作者提出的吸附—解吸平衡关系的基础上,建立了一个全新的考虑吸湿效应的多孔介质冷冻干燥数学模型。模型用有限差分法进行求解,并带有一个移动边界,以模拟介电材料辅助的微波冷冻干燥过程。介电材料选用碳化硅（SiC）,原料液为脱脂奶。模拟结果表明：介电材料能够有效强化微波冷冻干燥过程。在典型操作条件下,介电材料辅助的微波冷冻干燥所用的时间比普通微波冷冻干燥减少33.1%。当料液中固体含量较低或者固体产品的损耗因子较小时,介电材料对微波加热的效果不明显。基于冰饱和度、温度和水蒸气浓度的分布,本文分析了干燥过程中的传质传热机理,并对干燥速率控制因素进行了讨论。