与传统热干法相比,冷冻干燥方法具有有利于维持物料原有的化学组成和物理性质以及干燥后物质疏松多孔、易于溶解和复水等诸多优点,因此在食品工业、制药工业和生物制品保存等方面的应用日益广泛。残余水含量是影响冷冻干燥效果的一大重要因素。本文在分析了冷冻干燥的基本原理与物理机制基础上,研究冷冻干燥过程的建模和仿真方法,从而实现对冷冻干燥过程残余水含量的有效预测和控制。具体工作包括:(1)对冷冻干燥过程的仿真方法进行研究。提出基于有限元思想和动态网格技术的冷冻干燥过程仿真方法,基于冷冻干燥的多维动态模型分别对升华干燥过程和解析干燥过程建立仿真模型进行仿真研究。通过研究冻干过程中温度、压强、残余水含量等物理参数的分布和变化规律,确定仿真方法的正确可靠有效性。(2)对冷冻干燥过程残余水含量的预测方法进行研究。在冷冻干燥仿真方法基础上提出残余水的计算方法,对升华干燥过程和解析干燥过程的残余水含量进行仿真研究,结果表明在冷冻干燥过程中搁板温度、压强、物料厚度和干燥时间都会对冷冻干燥过程的残余水含量产生影响。利用核磁共振方法对冻干红细胞进行残余水研究,对比仿真结果和实验结果发现两者具有较好的一致性。最后在仿真和实验结果基础上提出冷冻干燥残余水含量的预测方法。(3)对冷冻干燥过程残余水含量的控制方法进行研究。通过分析冷冻干燥过程搁板温度、压强、干燥时间等因素对残余水含量的影响程度以及在冷冻干燥过程中控制不同干燥条件的难易程度,提出冻干工艺参数的控制方法实现对残余水含量的控制。