真空冷凍干燥（凍干）技術(shù)具有的突出優(yōu)點(diǎn)使其在食品、醫(yī)藥和生物化工等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。物料真空冷凍干燥系統(tǒng)中存在熱濕交叉過(guò)程和水相態(tài)變化過(guò)程,然而,針對(duì)熱濕交叉過(guò)程中濕分從低含濕量向高含濕量、熱量從低溫向高溫傳遞的“逆遷移現(xiàn)象”和水相態(tài)變化過(guò)程中傳熱、傳質(zhì)過(guò)程之間的能量轉(zhuǎn)換,目前物料干燥研究中卻未給出合理解釋。本論文采用廣義場(chǎng)協(xié)同機(jī)制和熱力學(xué)耦合機(jī)制分析真空冷凍干燥過(guò)程,揭示其中蘊(yùn)含的熱力學(xué)機(jī)制。首先,分析了多孔物料的真空冷凍干燥工藝,其包含前處理、真空冷凍干燥和后處理三個(gè)階段,影響因素主要包含物料預(yù)處理和物料干燥環(huán)境兩大類(lèi)。而對(duì)多孔物料核心干燥階段（預(yù)凍、升華干燥和解析干燥階段）的熱力學(xué)分析表明,物料干燥的本質(zhì)是水的相變,水分相態(tài)變化包括傳熱和傳質(zhì)過(guò)程,且兩者之間存在熱濕交叉效應(yīng)。其次,從研究低溫低壓下多孔性物料內(nèi)傳熱和傳質(zhì)過(guò)程出發(fā),真空冷凍干燥過(guò)程中的熱濕交叉效應(yīng)對(duì)傳熱、傳質(zhì)過(guò)程均具有促進(jìn)作用,且傳熱與傳質(zhì)過(guò)程之間相互促進(jìn)、相互增強(qiáng),符合廣義場(chǎng)協(xié)同機(jī)制。建立了考慮物料多孔性和熱濕交叉效應(yīng)的真空冷凍干燥各階段傳熱傳質(zhì)模型,并基于模型討論了干燥過(guò)程中物料內(nèi)溫度和水分變化情況,物料整體溫... 

【文章來(lái)源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：89 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

物料的降溫過(guò)程

工程碩士學(xué)位論文同，根據(jù)共軛廣義力與廣義流之間的相位描述[102]，可以判斷出物料降溫過(guò)程是一產(chǎn)率大于零的自發(fā)過(guò)程，同時(shí)符合孤立系統(tǒng)的熵增原理。.2.2 液-固相變過(guò)程當(dāng)物料中自由水的溫度降到飽和蒸氣壓對(duì)應(yīng)下的溫度時(shí)，開(kāi)始發(fā)生液-固相變，過(guò)程中，液態(tài)水放出潛熱凝固成冰晶，液態(tài)水與冰晶溫度相等，直至相變結(jié)束后冰度才下降。持續(xù)給干燥室降溫，使相變區(qū)域保持相變溫度不變，直至自由水全部凝冰晶。（1）傳熱過(guò)程與傳質(zhì)過(guò)程的自發(fā)性判斷取物料中自由水凝固的相變區(qū)域?yàn)楣铝⑾到y(tǒng)，液態(tài)水凝固過(guò)程中放出熱量，即傳程，所以傳熱過(guò)程的廣義力為溫度梯度，廣義流為熱流；此外，相變過(guò)程中還存在子形成的質(zhì)量流流動(dòng)，而傳質(zhì)過(guò)程是由兩相間的化學(xué)勢(shì)差所決定的，故可以得到傳程的廣義力為化學(xué)勢(shì)梯度，廣義流為質(zhì)量流。

相（冰晶）的化學(xué)勢(shì)高于氣相（水蒸氣）的化學(xué)勢(shì)，得到傳質(zhì)過(guò)程的廣義力為化學(xué)勢(shì)度，廣義流為水分子形成的質(zhì)量流。由于化學(xué)勢(shì)梯度的作用，水分質(zhì)量從固相（冰晶一直流向氣相（水蒸氣），由圖 3.4（b）可以看到，化學(xué)勢(shì)梯度方向與質(zhì)量流流動(dòng)方一致，由于共扼廣義力與廣義流同相位為正熵產(chǎn)率的自發(fā)過(guò)程[102]，所以傳質(zhì)過(guò)程是個(gè)熵產(chǎn)率大于零的自發(fā)過(guò)程。（2）傳熱和傳質(zhì)過(guò)程之間的熱力學(xué)耦合分析由上文分析可知，冰晶升華過(guò)程中，傳熱過(guò)程為熵產(chǎn)率小于零非自發(fā)過(guò)程，傳質(zhì)程為熵產(chǎn)率大于零的自發(fā)過(guò)程。在符合孤立系統(tǒng)熵增原理的前提下，正熵產(chǎn)率的熱力過(guò)程可以驅(qū)動(dòng)負(fù)熵產(chǎn)率的熱力學(xué)過(guò)程，故冰晶升華過(guò)程中的傳熱與傳質(zhì)過(guò)程，按照熱學(xué)耦合解釋為：自發(fā)的傳質(zhì)過(guò)程驅(qū)動(dòng)了非自發(fā)的傳熱過(guò)程，即在水分子形成的質(zhì)量流發(fā)的從固相（冰晶）流向氣相（水蒸氣）的驅(qū)動(dòng)下，發(fā)生了負(fù)熵產(chǎn)率的非自發(fā)傳熱過(guò)程3.3.3 水蒸氣流動(dòng)過(guò)程物料中原本被細(xì)小冰晶占據(jù)的孔隙，在冰晶升華成水蒸氣逸出物料后，物料呈現(xiàn)圖 3.4 冰晶升華的傳熱過(guò)程和傳質(zhì)過(guò)程


本文編號(hào)：3073679