真空干燥的一维理论研究

许多农产品具有很高的经济价值，它们包括一些在国际市场上具竞争力的名特优水果和菜蔬，但它们采摘后很不耐贮藏；为此水果加工技术的一个重要发展趋势是不仅要大限度地保持水果的营养和色香味，而且要使产品耐储藏。干燥加工是使其耐储藏的好方法之一，同时干燥工艺虽对产品的营养、色香味有一定影响，但好的干燥工艺仍能较好保持色味。水果干燥有很多与“水果”相联系的特点，它不同于其他化工产品的干燥，水果干燥需要考虑卫生、营养损失、色香味变化等等，对干燥温度和时间有严格限制；近年来水果干燥技术取得了不少进步，尤其真空与其他干燥方法或加热技术相结合，赋予了真空干燥技术新的内涵和生命力。如荔枝干是荔枝加工的主要制品之一。荔枝干是一种滋补佳品，具有极高的营养价值，但由于荔枝的含糖量高，用普通的干燥方法干燥时不易脱水，容易焦化，同时荔枝中某些成分在高温的空气中易氧化变质，干燥时间特别长，且干燥产品质量不稳定。目前干燥先进的方法是采用真空干燥，真空干燥的主要优点是：加热的温度不用很高，干燥的时间短，而且产品质量高。实验表明：晒干的鲜菜其叶绿素、维生素等营养成分仅剩3，阴干则可以保留17热风快速干燥可保留40如果用微波真空干燥则可保留971.同时，为干燥产品的质量需要，可以较为方便地控制干燥过程参数，需要通过对干燥过程的理论分析，获得干燥过程中产品含湿量的时间变化特性和对干燥终点估算。在此理论的指导下，结合计算机视觉系统，根据真空干燥过程中产品含湿量的时间变化特性建立各种农产品干燥的图数据库，再由视觉系统反馈控制干燥加热，可加工出各种能满足需要且色、味很高的产品。本文分析干燥对象特点，对于那些具有较强对称性的产品，在真空干燥过程的传质、传热规律可以简化为一维输运问题，如厚度远小于宽度的薄片，具有球对称性的产品；本文分别选取芒果片和荔枝为对象建立数学模型，通过理论分析求解获得干燥过程中产品含湿量的时间变化特性和对干燥终点估算。为以后的真空干燥基金项目：广西青年基金资助项目（桂科青0229017）。
实验及真空干燥过程的计算机视觉系统数据库提供理论指导。
干燥原理芒果、荔枝果实中水分的含量高达83.6，根据水分的存在状态可分为三种状态的水：游离态水、胶体结合水和化合水。游离水又称自由水，它不与任何物质结合，流动性大，占水分中的大部分，是干燥的主要对象；胶体结合水是因组织内胶体的水合作用和膨胀的结果而围绕着胶粒的一层水膜，与胶体有一定的结合力，不易脱除，如果过分失去则会导致胶体变性，因此在干燥过程中只能部分脱除；化合水又称结合水，它与果肉等物结合，是化合物的一部分，是不可脱除的，因此不属于干燥对象。因此，实际上干燥只去除组织内所含的游离态水和部分的胶体水，干燥成品中仍然保持一定的含水量，一般达到35左右，而不是的干燥。
由于荔枝果皮结构很特殊，存在许多龟裂片，大大增加了果皮的表面积，加上果皮的外面为一层不连续的蜡质层，因此很容易脱水，而且荔枝皮的含水量本来就不高，在干燥时果皮很快就能干燥，可假设果皮的脱水时间为零，不用考虑果皮的脱水情况而直接研究果肉的脱水情况。另外由于荔枝干中水分仍可达到3040，而荔枝核的含水量也只有4045，而且大部分是化合水，所以在干燥时荔枝核虽然脱了一些水，但可以忽略不计。所以在干燥时主要是对荔枝肉的干燥进行研究。
影响干燥质量的因素主要有温度、水蒸汽分压差、扩散系数和干燥时间等。温度的提高有利于水的蒸发，但温度太高容易使产品焦化，所以温度不应该太高且尽可能保持均匀。水的蒸发速率w=435X10由上式可以计算出任何时刻t荔枝累积扩散的水分总量Qt.由球坐标积分得：5cm，经由式（3）计算求出各点可做出和。
由可以看出，在时间一定时，在荔枝表面水分的扩散比内部扩散要快，由可看出，随着水分含量的减少，要干燥相同的水分，越往后所需的时间越长。在时间等于300分钟时，荔枝从表面到内部水分含量基本上是平衡的，接近35.结果与讨论在产品的真空干燥中，包括传热传质两个过程，通过上述模型分析，理论计算结果所反映的规律表明：可以采用多孔介质的两相流传热传质模拟真空干燥过程；保持温度梯度和湿度梯度方向的一致性有利于干燥；利用加热和抽真空方法可以加速干燥过程，缩短干燥时间；干燥过程中为保持产品的色味，适当地选择真空室的温度，更有利于产品质量的提高。
实际问题中有热扩散系数D其与压强和温度差有关；干燥过程中产品随着含水分的不断减少，其的尺寸也会发生改变等因素。而本文理论模型中将热扩散系数设为常数；在抽气过程中也假设其蒸发出的水蒸汽全部被抽出除去等假设将会产生一些误差；但从该理论中得出结果对干燥工艺研宄仍具有一定的指导意义。
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