本文上海一恒科學儀器有限公司解析怎樣提高冷凍干燥的效率，減短冷凍干燥的干燥時間。冷凍干燥是一種先將濕物料冷凍固化，然后在低溫低壓下以升華/解吸的方式去除濕份的干燥方法。由于脫水徹底、產(chǎn)品質(zhì)量高，冷凍干燥非常適合食品、藥品和生物制品等物料的干燥。但是，冷凍干燥耗時長和能耗高的缺陷使其局限于高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)。因此，如何縮短冷凍干燥時間，降低過程能耗一直是該領域的研究熱點。強化冷凍干燥最簡便易行的方法是優(yōu)化操作條件。適當提高干燥室溫度可以加快過程速率，但溫度過高會使物料崩塌。事實上，在待干料液的共晶溫度或者玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下盡可能地提高冷凍溫度，可以適當減少能耗。嘗試優(yōu)化冷凍階段，從而提高干燥速率。
本文的主要內(nèi)容為：
(1)將波動方程和冷凍干燥質(zhì)熱耦合傳遞控制方程相結合，精確地描述電場在含濕多孔介質(zhì)中的傳播與耗散，解決溫度場、濃度場和電磁場同時存在并相互影響的多物理場耦合問題；
(2)進行甘露醇水溶液的微波冷凍干燥實驗，驗證SiC吸波材料輔助微波加熱對冷凍干燥過程的強化作用，同時實驗測定甘露醇固體粉末介電特性；
(3)數(shù)值求解控制方程組，再現(xiàn)實驗條件下液體物料的微波冷凍干燥過程，驗證模型的可靠性和準確性；
(4)考察物料在干燥過程中溫度、飽和度和電場的分布，探討多孔介質(zhì)微波冷凍干燥過程的傳遞機理。
實驗儀器主要包括：磁力攪拌器(Dragon，85-2型，中國)，電子天平(Mettler，ME403E，瑞士)，電熱風干燥箱(一恒，DHG-9070A，中國)，水分測定儀(Mettler，HR83-P，瑞士)。
上海一恒DHG-9070A臺式鼓風干燥箱
本文建立并數(shù)值求解了多孔介質(zhì)溫度、濃度和電磁場耦合的多相傳遞數(shù)學模型；以甘露醇水溶液為待干料液，進行了吸波材料輔助的初始非飽和多孔物料微波冷凍干燥實驗，同時采用同軸探針反射法測定了甘露醇固體的介電特性。得到了以下結論：
(1) 實驗結果表明，在30℃，22Pa和1W操作條件下，初始非飽和多孔介質(zhì)微波冷凍干燥時間較傳統(tǒng)冷凍干燥最大可節(jié)省30%，實現(xiàn)了過程傳熱傳質(zhì)的同時強化。甘露醇固體的介電特性測定結果表明其損耗因子較低，不易吸收微波。
(2) 數(shù)值模擬結果再現(xiàn)了實驗條件下甘露醇水溶液的微波冷凍干燥過程，模擬計算得到的干燥曲線與實驗結果十分吻合。
(3) 考察樣品干燥過程中溫度、飽和度的分布表明，在1W微波功率下，樣品底部靠近底盤處溫度最高，且飽和度下降最快，樣品內(nèi)部冰凍核心相比傳統(tǒng)冷凍干燥過程上移。實驗與模擬結果均表明，樣品在干燥過程中并未發(fā)生局部過熱現(xiàn)象。
(4) 考察電場的空間分布表明，樣品組件的存在導致了電場在微波腔內(nèi)重新分布，底盤周圍的電場強度明顯大于其他區(qū)域。干燥過程中樣品內(nèi)部電場分布隨時間不斷變化。這表明，本文所建立的模型能夠揭示電場在含濕多孔介質(zhì)中的實時傳播與耗散。
(5) 對于常規(guī)飽和與初始非飽和物料傳統(tǒng)冷凍干燥，以及初始非飽和物料的微波冷凍干燥，累計吸收的總能量相當。這表明，初始非飽和物料的微波冷凍干燥過程沒有消耗更多的能量，只是提高了能量效率，從而大幅縮短了干燥時間。
(6) 模擬結果表明，適當提高微波饋入功率能夠進一步縮短冷凍干燥時間。
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