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GLZ-0.4型实验室用冻干机的性能研究

张茜  
【摘要】:真空冷冻干燥(Vacuum Freeze-Drying,简称冻干)是将物体冻结到共晶点温度以下,然后在较高的真空条件下通过升华干燥除去物体中水分的一种干燥方法。随着制冷、真空、生物、电子等技术的发展,真空冷冻干燥设备现在已广泛的应用于医学、生物学、药学、农业等领域,目前还应用于分子生物学、基因工程学、新型生物医学、中药新制剂、高品质方便食品、考古学、粉末材料制造等领域。目前对冻干设备性能的研究已引起广泛的兴趣和重视。 本课题研究GLZ-0.4型实验室用冻干机的性能,它是教育部985工程资助的项目,“超常传热传质实验系统”建设的主要设备之一。 本文从实验和温度场模拟两个方面来共同说明冻干机的性能。 实验分为三大部分,分别是空载实验、纯水的冻干实验和四种不同性质物料的冻干实验。首先对冻干机进行空载实验,以确定冻干机的各项技术性能指标,性能指标有板层的降温速率,板层的最低温度,板层的升温速率,冷阱的最低温度,抽真空到极限的时间,系统的最高真空度与系统的漏气率。其次为了精确计算冻干1kg水冻干机的能耗,做了纯水的冻干实验,装量分别为1kg、3kg、5kg,由实验计算出本冻干机冻干1kg水约需要19.2kw·h电能,进一步研究冻干机的各项性能,并就实验过程中冻干机出现的各种故障进行了分析研究,对冻干机的结构设计的不合理处进行了改进,为开发新型实验用冻干机和大型冻干机的研制提供了依据。最后进行了食品、药品、生物制品和化工材料的冻干实验,进行冻干机性能的研究。以新疆特产库尔勒香梨为研究对象,进行了大量的实验研究,测定了物料的共晶点、共熔点温度及冻干物料的复水率等物性参数,全面深入的分析了真空冷冻干燥的机理,探讨了物料的切片厚度、加热温度、物料初始含水率、干燥室压力、冷冻方式及加热方式等参数对冻干过程的影响,分析得出了影响冷冻干燥的主次因素为:物料的切片厚度、加热板温度和干燥室真空度。我同时分析了冻干机使用过程中出现的各种常见故障,考察了冻干机的控制系统的性能。 最后根据实验中的条件和数据用计算机对空载时冻干箱和冷阱内温度场的分布进行了一系列数值模拟计算,并用形象的三维图形表示出了温度场的分布,还模拟了纯水和物料的温度场分布。


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