5 真空冷冻干燥技术面临的问题
真空冷冻干燥技术发展到今天,已在许多领域得到成功应用。但与其它干燥方法相 比,设备投资依然较大、能源消耗及产品成本依然较高,限制了该技术的进一步发展。因此,如何在确保产品质量的同时,实现节能降耗,降低生产成本是真空冷冻干燥技术当前面临的最主要的问题。真空冷冻干燥设备已相对趋于完善,但由于该技术的发展历程较为曲折,近年来应用推广又非常迅速,使得基础理论的研究显得相对滞后、相对薄弱。因此,目前研究的重点正向这方面转移。主要内容包括:
5.1 基本参数的研究
基本参数包括物性参数和过程参数,它们是实现真空冷冻干燥过程的基础。这些数 据的缺乏使干燥过程难以实现针对原料的优化,不能充分发挥系统效率。
5.1.1物性参数及其影响因素
物性参数指物料的导热系数、传递系统等。研究内容包括物性参数数据的测定及测定方法,以及环境条件压强、温度、相对温度和物粒颗料取向等对物性参数的影响。
5.1.2 过程参数
过程参数包括冷冻、供热和物料形态等有关参数。对冷冻过程的研究意在为系统找到最优冷冻曲线。供热过程的研究集中在两方面:一是对原料载体的改良;二是加热方式(传热方式和供热热源)的选择。确定恰当的物料形态也是重要的研究内容,它包括原料的颗粒形态和料层厚度等。
5.2 过程机理和模型的研究
从热量传递和质量传递入手研究真空冷冻干燥的机理,并建立相应的数学模型,有助于找出过程的影响因素,预测时间、温度及水蒸汽压强的分布状况。目前的研究主要限于均质液相,并提出了一些数字模型,如冰前沿均匀退却模型、升华模型、吸附-升华模型等。这些模型虽然对真空冷冻干燥的过程作了不同程度的描述,但在实际应用中仍然存在许多限制条件。
5.3 过程优化控制的研究
过程优化控制是建立在上述数学模型的基础上的。控制方案又有准稳态模型和非稳态模型之分。
6 结束词
我国是农业大国并且物种资源丰富,可提供多种适合真空冷冻干燥的原料,为该技术的应用创造了良好的条件。但真空冷冻干燥技术在我国的发展尚处于起步阶段,与发达国家相比,无论实际应用还是理论研究都存在较大差距,从业人员也还不多。为使这一具有光明前景的应用技术在我国更好更快地发展,应有更多的人了解真空冷冻干燥及其发展动态、当前的研究内容以及我们与国际先进水平的差距,积极应用该技术并深入进行应用理论的研究。本文的目的即在于此。