真空冷凍干燥（凍干）技術具有的突出優(yōu)點使其在食品、醫(yī)藥和生物化工等領域得到了廣泛應用。物料真空冷凍干燥系統(tǒng)中存在熱濕交叉過程和水相態(tài)變化過程,然而,針對熱濕交叉過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)變化過程中傳熱、傳質(zhì)過程之間的能量轉(zhuǎn)換,目前物料干燥研究中卻未給出合理解釋。本論文采用廣義場協(xié)同機制和熱力學耦合機制分析真空冷凍干燥過程,揭示其中蘊含的熱力學機制。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階段,影響因素主要包含物料預處理和物料干燥環(huán)境兩大類。而對多孔物料核心干燥階段（預凍、升華干燥和解析干燥階段）的熱力學分析表明,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)過程,且兩者之間存在熱濕交叉效應。其次,從研究低溫低壓下多孔性物料內(nèi)傳熱和傳質(zhì)過程出發(fā),真空冷凍干燥過程中的熱濕交叉效應對傳熱、傳質(zhì)過程均具有促進作用,且傳熱與傳質(zhì)過程之間相互促進、相互增強,符合廣義場協(xié)同機制。建立了考慮物料多孔性和熱濕交叉效應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程中物料內(nèi)溫度和水分變化情況,物料整體溫... 

【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

物料的降溫過程

工程碩士學位論文同，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程是一產(chǎn)率大于零的自發(fā)過程，同時符合孤立系統(tǒng)的熵增原理。.2.2 液-固相變過程當物料中自由水的溫度降到飽和蒸氣壓對應下的溫度時，開始發(fā)生液-固相變，過程中，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）傳熱過程與傳質(zhì)過程的自發(fā)性判斷取物料中自由水凝固的相變區(qū)域為孤立系統(tǒng)，液態(tài)水凝固過程中放出熱量，即傳程，所以傳熱過程的廣義力為溫度梯度，廣義流為熱流；此外，相變過程中還存在子形成的質(zhì)量流流動，而傳質(zhì)過程是由兩相間的化學勢差所決定的，故可以得到傳程的廣義力為化學勢梯度，廣義流為質(zhì)量流。

相（冰晶）的化學勢高于氣相（水蒸氣）的化學勢，得到傳質(zhì)過程的廣義力為化學勢度，廣義流為水分子形成的質(zhì)量流。由于化學勢梯度的作用，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，化學勢梯度方向與質(zhì)量流流動方一致，由于共扼廣義力與廣義流同相位為正熵產(chǎn)率的自發(fā)過程[102]，所以傳質(zhì)過程是個熵產(chǎn)率大于零的自發(fā)過程。（2）傳熱和傳質(zhì)過程之間的熱力學耦合分析由上文分析可知，冰晶升華過程中，傳熱過程為熵產(chǎn)率小于零非自發(fā)過程，傳質(zhì)程為熵產(chǎn)率大于零的自發(fā)過程。在符合孤立系統(tǒng)熵增原理的前提下，正熵產(chǎn)率的熱力過程可以驅(qū)動負熵產(chǎn)率的熱力學過程，故冰晶升華過程中的傳熱與傳質(zhì)過程，按照熱學耦合解釋為：自發(fā)的傳質(zhì)過程驅(qū)動了非自發(fā)的傳熱過程，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)動下，發(fā)生了負熵產(chǎn)率的非自發(fā)傳熱過程3.3.3 水蒸氣流動過程物料中原本被細小冰晶占據(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 冰晶升華的傳熱過程和傳質(zhì)過程


本文編號：3073679