干切牛肉冷凍干燥中低能耗高速率干燥條件的動態(tài)研究.pdf

1、冷凍干燥因其能夠最大限度的保留食品的食用品質(zhì)，而受到消費者的歡迎，但高能耗使許多食品廠商望而卻步，只能用于高附加值的產(chǎn)品。國內(nèi)外對冷凍干燥過程的質(zhì)能關(guān)系、物性變化關(guān)系和試驗參數(shù)的研究，僅是對冷凍干燥過程的解讀無法對其過程進行優(yōu)化控制:近年來研究較多的統(tǒng)計優(yōu)化模型只適用于相同機型同種物料，適用范圍較窄。本課題擬以干切牛肉為原料，將冷凍干燥整個過程以共晶點和熔點為分界點分為三個階段，研究不同階段干燥室壓強和物料厚度對干燥速率和凍干能耗的影響

2、，并進行優(yōu)化分析，探索保證干燥速率的同時降低凍干能耗的途徑;通過研究試驗參數(shù)對冷阱、真空泵和加熱板功率的影響，建立凍干能耗預(yù)測模型，為冷凍干燥的研究工作節(jié)約能源和時間;研究升華干燥系數(shù)、解忻干燥系數(shù)和汽化潛熱占總供熱比例系數(shù)同試驗參數(shù)的關(guān)系，建立系數(shù)數(shù)據(jù)庫以拓展已建立的高速率動態(tài)預(yù)測模型的適用性，并進行了驗證;能耗和高速率預(yù)測模型結(jié)合，可實現(xiàn)對冷凍干燥過程中物料溫度、含水率和能耗的動態(tài)變化情況的預(yù)測，為冷凍干燥過程優(yōu)化控制和節(jié)能操作提供

3、理論指導(dǎo)。試驗結(jié)果如下:
　　(1)冷凍干燥過程中傳熱傳質(zhì)需求的不同，干燥室壓強對物料干燥速率的影響不同。研究表明，干切牛肉在階段Ⅰ主要是傳質(zhì)控制過程，階段Ⅲ是傳熱控制過程，階段Ⅱ是傳熱傳質(zhì)共同作用過程，但傳質(zhì)作用略大于傳熱作用，因此在階段Ⅰ應(yīng)采用低干燥室壓強，階段Ⅲ采用較高干燥室壓強，階段Ⅱ采用適中干燥室壓強可提高干燥速率。
　　(2)通過綜合加權(quán)評分法優(yōu)化得出了低能耗高速率的優(yōu)化操作條件，優(yōu)化結(jié)果同最大干燥速率優(yōu)化結(jié)果相

4、比，在干燥速率僅下降了4.6％的情況下，可節(jié)約21％的單位水分能耗，對生產(chǎn)廠家來說，更益于實現(xiàn)利潤最大化。
　　(3)對試驗參數(shù)同冷凍干燥機真空系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)功率關(guān)系的研究表明，冷阱功率受干燥室壓強的影響，加熱功率受加熱溫度和干燥室壓強的共同作用。據(jù)此，建立的冷凍干燥過程能耗預(yù)測模型，對凍干所耗能量進行預(yù)測，為冷凍干燥的研究工作節(jié)約大量能源和時間。
　　(4)升華干燥系數(shù)受預(yù)凍方式、預(yù)凍終溫、加熱溫度、干燥室壓強和物料厚度的

5、影響;解析干燥系數(shù)和汽化潛熱占總供熱比例系數(shù)受干燥室壓強的影響較小可忽略，主要受物料厚度的影響;并建立了加熱溫度為80℃時，升華干燥系數(shù)數(shù)據(jù)庫和解析干燥相關(guān)系數(shù)數(shù)據(jù)庫，為冷凍干燥過程高速率動態(tài)預(yù)測模型的應(yīng)用提供參數(shù)源。
　　(5)對原有高速率模犁進行了修正，并利用建立的系數(shù)數(shù)據(jù)庫查得系數(shù)，預(yù)測數(shù)據(jù)開展驗證試驗，試驗結(jié)果表明，修正后的模型對不同厚度和壓強條件下的物料，干燥過程中料溫動態(tài)的預(yù)測值和實測值誤差絕對值小于5℃，對物料含水率