本文上海一恒科学仪器有限公司解析怎样提高冷冻干燥的效率，减短冷冻干燥的干燥时间。冷冻干燥是一种先将湿物料冷冻固化，然后在低温低压下以升华/解吸的方式去除湿份的干燥方法。由于脱水彻底、产品质量高，冷冻干燥非常适合食品、药品和生物制品等物料的干燥。但是，冷冻干燥耗时长和能耗高的缺陷使其局限于高附加值产品的生产。因此，如何缩短冷冻干燥时间，降低过程能耗一直是该领域的研究热点。强化冷冻干燥最简便易行的方法是优化操作条件。适当提高干燥室温度可以加快过程速率，但温度过高会使物料崩塌。事实上，在待干料液的共晶温度或者玻璃化转变温度以下尽可能地提高冷冻温度，可以适当减少能耗。尝试优化冷冻阶段，从而提高干燥速率。
本文的主要内容为：
(1)将波动方程和冷冻干燥质热耦合传递控制方程相结合，精确地描述电场在含湿多孔介质中的传播与耗散，解决温度场、浓度场和电磁场同时存在并相互影响的多物理场耦合问题；
(2)进行甘露醇水溶液的微波冷冻干燥实验，验证SiC吸波材料辅助微波加热对冷冻干燥过程的强化作用，同时实验测定甘露醇固体粉末介电特性；
(3)数值求解控制方程组，再现实验条件下液体物料的微波冷冻干燥过程，验证模型的可靠性和准确性；
(4)考察物料在干燥过程中温度、饱和度和电场的分布，探讨多孔介质微波冷冻干燥过程的传递机理。
实验仪器主要包括：磁力搅拌器(Dragon，85-2型，中国)，电子天平(Mettler，ME403E，瑞士)，电热风干燥箱(一恒，DHG-9070A，中国)，水分测定仪(Mettler，HR83-P，瑞士)。
上海一恒DHG-9070A台式鼓风干燥箱
本文建立并数值求解了多孔介质温度、浓度和电磁场耦合的多相传递数学模型；以甘露醇水溶液为待干料液，进行了吸波材料辅助的初始非饱和多孔物料微波冷冻干燥实验，同时采用同轴探针反射法测定了甘露醇固体的介电特性。得到了以下结论：
(1) 实验结果表明，在30℃，22Pa和1W操作条件下，初始非饱和多孔介质微波冷冻干燥时间较传统冷冻干燥最大可节省30%，实现了过程传热传质的同时强化。甘露醇固体的介电特性测定结果表明其损耗因子较低，不易吸收微波。
(2) 数值模拟结果再现了实验条件下甘露醇水溶液的微波冷冻干燥过程，模拟计算得到的干燥曲线与实验结果十分吻合。
(3) 考察样品干燥过程中温度、饱和度的分布表明，在1W微波功率下，样品底部靠近底盘处温度最高，且饱和度下降最快，样品内部冰冻核心相比传统冷冻干燥过程上移。实验与模拟结果均表明，样品在干燥过程中并未发生局部过热现象。
(4) 考察电场的空间分布表明，样品组件的存在导致了电场在微波腔内重新分布，底盘周围的电场强度明显大于其他区域。干燥过程中样品内部电场分布随时间不断变化。这表明，本文所建立的模型能够揭示电场在含湿多孔介质中的实时传播与耗散。
(5) 对于常规饱和与初始非饱和物料传统冷冻干燥，以及初始非饱和物料的微波冷冻干燥，累计吸收的总能量相当。这表明，初始非饱和物料的微波冷冻干燥过程没有消耗更多的能量，只是提高了能量效率，从而大幅缩短了干燥时间。
(6) 模拟结果表明，适当提高微波馈入功率能够进一步缩短冷冻干燥时间。
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