甘薯的微波真空干燥工艺及其数值模拟研究

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本课题研究以甘薯片为代表的片状物料在微波真空条件下的低温干燥特性及其影响因素的显著程度,采用多元非线性回归分析的数理统计方法建立能耗、复水比等指标的回归模型,并比较了微波、热风微波等多种干燥方式下的能耗、感官品质等多种指标的变化规律;建立了干燥过程水份含量和温度变化的传热传质模型,通过对质热传递模型的求解,较好的解释了甘薯片干燥后期以中心焦化和整体熟化为代表的品质劣化成因。本文的主要研究内容如下:1.提出课题的研究意义,简要分析了微波真空干燥技术的技术原理和特点,并从理论研究、应用研究和发展趋势三个角度总结了微波真空干燥技术的研究方法和现状。2.研究了甘薯的干燥特性,建立了一种能较准确描述甘薯失水速率干燥动力学模型,并在模型中融入单位质量发射功率、铺层厚度和真空度三因素中任意两种因素的交互影响,通过实验结果与模型计算结果的对比表明所建模型能较好的反映甘薯的失水特性;3.开展二次正交旋转组合试验,建立了甘薯在微波真空条件下的干燥指标非线性回归模型,回归模型的显著性检验表明模型的显著程度较好;采用加权平均法建立了综合指标评定函数,运用matlab平台优化得出:当单位质量发射功率X1=1.3182W/g、铺层厚度X2=2.6364mm.真空度X3=-64.8751KPa时各指标均获得到较好的水平。4.采用正交试验的方法研究了各因素对干燥指标影响的显著程度,为后续优化干燥工艺参数提供参考。不同干燥方式间的对比研究表明:①能耗方面,热风干燥耗能最大,达到8775KJ,是微波真空和热风微波真空联合干燥的2倍,微波干燥仅为其能耗的10%;②微波真空干燥具有非常优质的外观和香味,膨化效果好,组织酥脆,复水能力接近200%,是热风干燥的1.44倍;③提高微波功率不一定会使水分有效扩散系数增大,水分有效扩散系数并非随着真空度的提高而加快;④含水率转换点50%为最佳的热风-微波联合干燥含水率转换点。5.通过对传统的微波干燥质热传递模型的改进,得到改进后能描述甘薯片不同位置含水率和表面温度的时变质热传递模型,通过对模型求解结果的分析解释了甘薯干燥焦化从中心向外扩张和整体熟化的劣化成因,并且以此提出了选择干燥因素水平的原则和一种可行的干燥方案:加速干燥阶段加热18min,缓苏3min,恒速干燥阶段加热20min,缓苏3min,降速干燥阶段加热5min后结束。
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