本文關鍵詞：降壓對過冷水及水溶液結冰現(xiàn)象影響的研究

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【摘要】：真空冷凍干燥技術,由于本身存在的獨特優(yōu)點使其在制藥工業(yè)、食品工業(yè)、化學工程等領域得到廣泛應用。控制凍干過程預凍階段的過冷度對冷凍干燥制品品質的均一性以及后期升華干燥速率有著重要影響。目前,降壓誘發(fā)過冷溶液成核作為一種過冷度控制技術,其基礎研究缺乏。針對這一現(xiàn)狀,本文開展了降壓誘發(fā)過冷水及水溶液成核的理論分析與實驗研究,主要進行了以下工作：1)采用COMSOL軟件建立小瓶內過冷水降壓冷卻過程的物理模型,并進行了數(shù)值模擬,研究在不同預冷溫度、降壓速率、終壓及終壓持續(xù)時間下水體平均溫度及溫度分布隨時間的變化。計算發(fā)現(xiàn)：在5～20kPa/s范圍內降壓速率對水體溫度影響不大；在100-400Pa范圍內終壓越低水體平均溫度及最低溫度越低；在水體預冷-5～-7℃、終壓100-400Pa范圍內,隨著壓力的下降,過冷度越低,水體平均溫度及最低溫度下降越快；在終壓持續(xù)200-400s范圍內,終壓持續(xù)時間越長水體平均溫度及最低溫度越低。2)建立了過冷降壓實驗裝置,實驗研究了常壓下小瓶內過冷水的結冰現(xiàn)象,在此基礎上考察了不同降壓速率、終壓對小瓶內過冷水結冰現(xiàn)象的影響。實驗發(fā)現(xiàn)：過快的降壓(≥40kPa/s)可能會導致噴瓶現(xiàn)象；在5～17.5kPa/s范圍內降壓速率對樣品成核影溫度影響不大；較低的終壓可以使樣品在較高的平均溫度下解除過冷。實驗觀察到的降壓速率和終壓對過冷水結冰的影響與理論預測較為一致。3)實驗初步研究了降壓速率、終壓對小瓶內蔗糖溶液結冰現(xiàn)象的影響。在溶液過冷至-4℃、降壓速率17.5kPa/s、終壓340Pa條件下,樣品結冰現(xiàn)象存在兩種情況,一種是樣品在10min內同時結冰,另一種在降壓開始后,各樣品會在不同時間點結冰,大多數(shù)樣品結冰經歷的時間較長(大于1Omin)。
【關鍵詞】：冷凍干燥 預冷 過冷度 成核 降壓
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 主要符號表8-14
• 第1章 緒論14-24
• 1.1 冷凍干燥技術14-15
• 1.2 預凍階段對后期干燥過程的影響15-22
• 1.2.1 預凍過程15-17
• 1.2.2 小瓶內溶液成核溫度的影響因素17-18
• 1.2.3 常規(guī)控制過冷度的預凍方法18-22
• 1.3 本文研究內容和意義22-24
• 1.3.1 研究意義22
• 1.3.2 研究內容22-24
• 第2章 過冷水降壓結冰過程的理論分析24-36
• 2.1 幾何模型的建立24-25
• 2.2 假設條件25-26
• 2.3 傳熱模型26-27
• 2.4 傳質模型27-29
• 2.5 模型計算結果分析29-36
• 2.5.1 過冷度的影響30-31
• 2.5.2 降壓速率的影響31-32
• 2.5.3 終壓的影響32-33
• 2.5.4 過冷度、終壓影響力的比較33-34
• 2.5.5 終壓持續(xù)時間的影響34-36
• 第3章 過冷水及蔗糖溶液降壓結冰過程實驗研究36-65
• 3.1 實驗裝置36-40
• 3.1.1 樣本容器和恒溫浴37-38
• 3.1.2 溫度壓力測量和數(shù)據(jù)采集38-39
• 3.1.3 真空系統(tǒng)39-40
• 3.1.4 冷阱40
• 3.2 材料準備40-41
• 3.3 實驗方案41-44
• 3.3.1 操作步驟41-42
• 3.3.2 溫度與壓力的調節(jié)42-44
• 3.4 過冷水降壓實驗結果與分析44-54
• 3.4.1 常壓下水的解除過冷溫度分布44-46
• 3.4.2 水預冷溫度的確定46-47
• 3.4.3 初步過冷降壓實驗47-48
• 3.4.4 降壓速率對水結冰現(xiàn)象的影響48-51
• 3.4.5 終壓對水結冰現(xiàn)象的影響51-54
• 3.5 實驗結果與理論計算結果的對比分析54-60
• 3.5.1 小瓶內水體垂直和徑向溫度分布55-59
• 3.5.2 相同實驗條件下不同組的小瓶溫度分布59
• 3.5.3 終壓對小瓶內水體溫度分布的影響59-60
• 3.6 10%(w/w)蔗糖溶液的實驗結果與分析60-65
• 3.6.1 蔗糖溶液預冷溫度的確定60-61
• 3.6.2 終壓對蔗糖溶液結冰過程的影響61-65
• 第4章 結論與展望65-67
• 4.1 結論65
• 4.2 展望65-67
• 參考文獻67-72
• 攻讀碩士期間科研成果及所獲獎勵72

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本文編號：722955