介电材料辅助的微波冷冻干燥的实验研究

设计、加工和装配了一套实验室规模的微波冷冻干燥装置,旨在实验验证介电材料对微波冷冻干燥液体物料的强化作用。介电材料用烧结的碳化硅(SiC),石英玻璃作为介电材料的参照物;甘露醇,一种典型的药物赋形剂被选为待干溶液中的溶质。实验结果表明使用介电材料可以有效地强化微波冷冻干燥过程。与传统冷冻干燥相比干燥速率大大加快,在试验条件下干燥时间可以节省20%。微波加热逐渐生效并且主要体现在干燥过程的后半部分。当溶液中的固含量很低或者固体物质具有很小的介电损耗因子时,如果不用介电材料,微波加热的效果不明显。     

介电物质对微波冷冻干燥影响的理论研究（一）

根据Luikov法建立了一个介电物质强化的微波冷冻干燥质、热传递数学模型，以考察介电物质对微波冷冻干燥的影响。该模型采用更具有实际意义的柱坐标系，考虑了非饱和多孔冰区内的升华一凝华现象。干燥过程存在两个移动边界。     

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。     

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.     

吸波材料辅助的液体物料微波冷冻干燥多物理场耦合模型

为了研究吸波材料辅助微波加热对传统冷冻干燥过程的强化作用,建立了多孔介质温度、浓度和电磁场耦合的多相传递模型;以烧结的碳化硅(SiC)为吸波材料、以甘露醇水溶液为待干料液进行了微波冷冻干燥实验,并测定了甘露醇固体的介电特性。模拟和实验结果均表明,吸波材料对初始非饱和多孔物料微波冷冻干燥具有显著的强化作用。初始非饱和样品微波冷冻干燥时间比传统冷冻干燥缩短了18%,比常规饱和样品传统冷冻干燥缩短了30%。模拟结果与实验数据吻合良好。这表明提出的新型干燥方法确实能够实现过程传热传质的同时强化。通过考察样品内部温度、饱和度和电场强度的实时分布,分析了微波冷冻干燥过程的传热传质和电磁波传播与耗散机理。在微波冷冻干燥过程中,初始非饱和样品累计吸收的辐射能和微波能的总和与传统冷冻干燥相当。这说明,该干燥方法只是提高了能量效率,从而大幅缩短了冷冻干燥时间。     

吸波材料辅助的液体物料微波冷冻干燥多物理场耦合模型

为了研究吸波材料辅助微波加热对传统冷冻干燥过程的强化作用,建立了多孔介质温度、浓度和电磁场耦合的多相传递模型;以烧结的碳化硅(SiC)为吸波材料、以甘露醇水溶液为待干料液进行了微波冷冻干燥实验,并测定了甘露醇固体的介电特性。模拟和实验结果均表明,吸波材料对初始非饱和多孔物料微波冷冻干燥具有显著的强化作用。初始非饱和样品微波冷冻干燥时间比传统冷冻干燥缩短了18%,比常规饱和样品传统冷冻干燥缩短了30%。模拟结果与实验数据吻合良好。这表明提出的新型干燥方法确实能够实现过程传热传质的同时强化。通过考察样品内部温度、饱和度和电场强度的实时分布,分析了微波冷冻干燥过程的传热传质和电磁波传播与耗散机理。在微波冷冻干燥过程中,初始非饱和样品累计吸收的辐射能和微波能的总和与传统冷冻干燥相当。这说明,该干燥方法只是提高了能量效率,从而大幅缩短了冷冻干燥时间。     

基于SIW的介电系数宽带测量装置

自20世纪80年代以来, 微波能的应用几乎扩展到了化学、材料、医学等各个领域。而微波能的应用实际上都直接或间接地与物质的介电特性相关。通过了解物质介电特性，就能研究它们对于微波的吸收和反射情况。因此，微波能应用中的介电系数测量显得尤为重要。而传统的测量方法实现在线测量时有一定的局限性，针对上述问题设计了新型的测量装置，结合神经网络算法对物质的介电系数进行了仿真计算，得到了一些有参考价值的数据，这些工作将对微波能的应用提供帮助。     

具有预制孔隙的维生素C水溶液微波冷冻干燥

设计和组装了一套实验室规模的多功能微波冷冻干燥装置，探究了具有初始孔隙的非饱和物料微波冷冻干燥过程。以维生素C为溶质，采用“软冰”冷冻技术制备了初始饱和与非饱和的冷冻样品。结果表明，软冰冷冻制备的样品能够避免崩塌。在35℃和20 Pa条件下，初始非饱和物料的干燥时间比饱和物料缩短了30.4%。SEM表征显示，非饱和物料具有疏松的球状孔隙结构、连通性好，有利于水蒸气的迁移。采用吸波材料碳化硅辅助的微波加热能够进一步强化冷冻干燥过程。在相同条件下，非饱和物料的微波冷冻干燥(5 W功率)时间比常规冷冻干燥(0 W功率)缩短了28.1%，比饱和物料的常规冷冻干燥缩短了50.0%。吸波材料辅助的初始非饱和物料微波冷冻干燥实现了传热传质的同时强化。     

煤泥间歇微波干燥模拟及介电性质

微波干燥是一种提高煤泥干燥效率的先进技术，其中间歇式在能耗和超温问题上具有更大的改进潜力。在微波干燥过程中，煤泥的介电性质会显著影响干燥性能，然而当前缺乏介电性质影响煤泥微波干燥的机理研究。本文首先建立了一种适用于间歇微波干燥的多相多孔介质模型，通过与实验数据对比，验证了模型的有效性。由于介电性质实际是温度和水分含量的函数，从机理上着重分析了温度、水分含量相关的介电性质（VP）对煤泥平均温度、水蒸气质量分数、气相压力及液态水饱和度的影响，通过与以往处理成常数的介电性质（CP）相对比，结果发现，CP平均温度明显低于VP，并且温升速率在干燥过程中没有显著变化，而VP的平均温度表现出先急剧升高后维持稳定的趋势。CP水蒸气质量分数和气相压力分布虽然与VP分布趋势相同，但是CP明显低于VP。VP能够模拟出间歇微波干燥期间的“泵送效应”，而CP不能有效显示此现象。因此在煤泥间歇微波干燥中VP比CP更加符合实际。     

基于SIW的介电系数宽带测量装置

自20世纪80年代以来,微波能的应用几乎扩展到了化学、材料、医学等各个领域。而微波能的应用实际上都直接或间接地与物质的介电特性相关。通过了解物质介电特性,就能研究它们对于微波的吸收和反射情况。因此,微波能应用中的介电系数测量显得尤为重要。而传统的测量方法实现在线测量时有一定的局限性,针对上述问题设计了新型的测量装置,结合神经网络算法对物质的介电系数进行了仿真计算,得到了一些有参考价值的数据,这些工作将对微波能的应用提供帮助。     

微波真空组合干燥在食品加工中的应用

微波真空组合干燥技术是将微波干燥和真空干燥或真空冷冻干燥技术结合起来,弥补了微波干燥过程中物料温度高导致热损伤、真空或真空冷冻干燥干燥时间长的缺点,使物料在较低温度下短时间内完成干燥过程,具有干燥温度低、营养成分损失少、干燥速度快等优点。本文针对微波真空冷冻干燥技术在食品加工中的应用,详细阐述了其干燥原理、干燥特点、干燥设备和未来的研究和发展方向。     

不同干燥方法对黄芪提取物品质的影响

为探讨适用于中草药提取液浓缩干燥的新工艺，以黄芪水提液为研究对象，采用微波干燥、热风干燥、真空干燥和冷冻干燥四种工艺，通过对比实验分析了不同干燥方法对样品干燥动力学特性、干膏制品的表观形貌及原子力显微特征和样品含糖量的影响。结果表明，微波干燥1h所得到的干膏质量与其他方式干燥4h的效果相当。样品经冷冻干燥所得干膏粒径约为1．363nm，经热风干燥所得干膏的粒径约为5．419nm.相比较，样品经微波干燥后的多糖含量高于其它干燥方式。结论是，微波技术用于中草药提取液的浓缩干燥，不仅可以缩短干燥时间，而且有利于有效成分的保留。     

初始饱和度对微波冷冻干燥过程传热传质的影响

以非饱和含湿牛肉为例,进行了微波冷冻干燥实验研究。获得了干燥时间与物料初始饱和度近似成正比的结论。与升华面模型的计算结果比较表明,升华冷凝模型更符合实验规律,证实了非饱和含湿多孔介质微波冷冻干燥时升华冷凝区的存在。     

具有预制孔隙的维生素C水溶液微波冷冻干燥

设计和组装了一套实验室规模的多功能微波冷冻干燥装置,探究了具有初始孔隙的非饱和物料微波冷冻干燥过程。以维生素C为溶质,采用"软冰"冷冻技术制备了初始饱和与非饱和的冷冻样品。结果表明,软冰冷冻制备的样品能够避免崩塌。在35℃和20 Pa条件下,初始非饱和物料的干燥时间比饱和物料缩短了30.4%。SEM表征显示,非饱和物料具有疏松的球状孔隙结构、连通性好,有利于水蒸气的迁移。采用吸波材料碳化硅辅助的微波加热能够进一步强化冷冻干燥过程。在相同条件下,非饱和物料的微波冷冻干燥(5 W功率)时间比常规冷冻干燥(0 W功率)缩短了28.1%,比饱和物料的常规冷冻干燥缩短了50.0%。吸波材料辅助的初始非饱和物料微波冷冻干燥实现了传热传质的同时强化。     

干燥方式对红枣动力学及挥发性成分的影响

采用热风干燥、真空冷冻干燥和微波真空干燥对红枣进行干燥处理，结合顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）和电子鼻对枣片挥发性成分进行了分析，并对比了3种干燥方式对红枣色泽、动力学和挥发性成分的影响。结果表明，热风干燥和微波真空干燥对枣片色泽影响较大，真空冷冻干燥能够更好的保持原始色泽；对动力学方程进行拟合，发现Page 模型为预测红枣3种干燥方式干燥特性最适合的数学模型；干燥对枣片挥发性成分种类及相对含量差异显著，其中干燥前后相同的挥发性成分有19种。挥发性物质主要有酸类、酯类、醇类、醛类、酮类、烃类、杂环类和其他化合物，干燥过后枣片中酸类和烷烃类挥发性成分相对含量显著增加，醛类和杂环类物质显著降低。电子鼻结果表明干燥后枣片香气特征与新鲜红枣有较大的区别，热风干燥和微波真空干燥香味特征较为接近，微波真空干燥枣片的焦甜香特征更为明显。相较于热风干燥和真空冷冻干燥，微波真空干燥效率较高、能耗较低、周期较短，更适于制备干燥枣片。     

物质介电特性对微波加热影响研究进展

微波作为一种重要的快速加热手段,近年来在化工行业领域得到广泛重视。由于微波加热原理有别于传统加热具有特殊性,因此探究其影响因素对于改进微波加热工艺意义重大。介电特性是分子中束缚电荷对外加电场的响应特性,对于微波加热影响十分关键。纵观物质介电特性对微波加热影响的相关研究,分别从含水量、堆积密度等物性参数角度出发,探索并总结物质介电特性影响微波加热的核心关键点。最后列举目前国内外基于介电特性所优化的微波加热工艺构想,为今后该技术在面向工业化应用的道路上拓宽新思路。     

干燥方法对细菌纤维素膜的结构与性能影响

本文探讨了热风干燥、真空干燥、冷冻干燥、液氮-冷冻干燥四种不同干燥方法对细菌纤维素膜的结构性能的影响。利用FTIR、X衍射、SEM测定不同干燥方式膜的分子结构和结晶度,并对膜的力学性能、复水率和溶胀率以及对活性物质的吸附与解吸附性能进行了分析,结果表明,不同干燥方式均保留了纤维素膜原有的分子结构,但水分流失方式的区别使其分子内立体及空间结构不一致,膜空间网状结构维持度及分子间孔隙依次为:液氮-冷冻干燥冷冻干燥真空干燥热风干燥,溶胀率(81.31%)和复水率(53.07%)表明液氮-冷冻干燥膜效果最优,且液氮-冷冻干燥膜和冷冻干燥膜由于空间结构的关系更易吸附活性维生素D,其吸附平衡和解吸附平衡所需的时间越长。     

具有电介质核圆柱多孔介质微波冷冻干燥过程的双升华界面模型

建立了具有电介质核多孔介质微波冷冻干燥过程的耦合传热传质的数学模型,应用变时间步长的有限体积法对各控制方程进行数值求解.计算结果表明：（1）多孔介质内部存在着两个升华界面;（2）同无核相比,合理选用电介质核可大大缩短干燥时间;（3）在初始饱和度较低时（S₀=0.2）,有、无电介质核两种情况下所需干燥时间相差较大,仍可在物料中加入电介质核来加速干燥.     

微波真空冷冻干燥中的典型问题初探

主要分析了微波真空冷冻干燥中容易出现的干燥不均匀、微波泄漏、制冷量不足、真空系统的抽真空能力不足以及整个系统的安全操作问题等典型的理论、工艺和设备问题,并提出了解决这些问题相应的设计、工艺、合理的操作规程等基本技术方法和手段,也为改进和优化微波真空冷冻干燥工艺和设备提供了依据。     

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．