真空干燥鞋柜的箱體設(shè)計及其干燥工藝研究

摘 要：文章對用于鞋類的真空干燥工藝和微波干燥工藝進行了研究和比較，合理地提出了將這兩種干燥工藝結(jié)合起來，用于鞋類干燥柜中。并對基于微波真空干燥工藝的真空干燥鞋柜的設(shè)計原型進行了探索。微波真空干燥工藝的使用在鞋類干燥上具有與常規(guī)干燥方式無法比擬的優(yōu)勢，希望文章中涉及的該工藝能對我國鞋類干燥柜等系列民用產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)起到參考作用。

關(guān)鍵詞：真空干燥；干燥工藝；微波干燥；設(shè)計原型

目前市場上的真空干燥設(shè)備，大多用于制藥，化工等行業(yè)，基本沒有進入民用市場。文章以鞋類的干燥為突破口，通過對傳統(tǒng)真空干燥設(shè)備的改造和優(yōu)化設(shè)計，探討一下真空干燥工藝及相關(guān)技術(shù)在這一民用市場的發(fā)展前景。

1 真空干燥技術(shù)用于鞋類干燥的優(yōu)勢

真空干燥的優(yōu)點很多，在真空的條件下水的沸點會比較低，在此環(huán)境下的低溫進行干燥，有利于一些熱敏性材料的干燥；真空條件下氧氣容量比較低，在干燥過程中可減少材料的氧化過程，并且因缺氧而殺掉一些細菌；在真空干燥中還能消除部分有毒的氣體，減少了環(huán)境的破壞。真空干燥的優(yōu)點繁多，因此在很多領(lǐng)域皆有應(yīng)用，比如化工、醫(yī)療、生物、食品、電力等行業(yè)，在納米科技領(lǐng)域中，真空干燥也有一席之地。

真空干燥能夠避免一般情況下干燥產(chǎn)生的面部硬化的情況。在一般干燥時采用熱風(fēng)，在進行常規(guī)干燥時物體面部會產(chǎn)生邊界層。水蒸氣受熱會根據(jù)邊界層向外散發(fā)，物體內(nèi)部水分向外部轉(zhuǎn)移。在干燥過程中，如果水分移動速度跟不上邊界層蒸發(fā)速度，就會導(dǎo)致邊界層水墨的破損，致使被干燥物體的表面產(chǎn)生裂痕，然后致使面部硬化的情況發(fā)生。真空干燥物料內(nèi)和表面之間壓力差較大，在壓力梯度作用下，水分很快移向表面，不會出現(xiàn)表面硬化。

將真空干燥技術(shù)用于對鞋類的干燥，主要是出于以下方面的考慮：

（1）鞋子在陽光下暴曬，鞋子表面就會發(fā)黃、干裂，而且容易脫膠，常壓熱風(fēng)烘干設(shè)備也只是緩解這種情況，而真空干燥技術(shù)可以解決這種問題，延長鞋子的使用壽命。

（2）隨著科技的發(fā)展，生活水平的進步，人們生活中對鞋子的各方面要求也越高，鞋子里面包含的科技越來越多，普通的洗刷和干燥都很容易使鞋子走形，而且減少鞋子的壽命，鞋子的緩震性能和透氣性都會受到影響。真空干燥在較低溫的條件下進行，因此真空干燥后鞋子不會走形，表面不會發(fā)干發(fā)皺，水分與鞋的脫離有助于抑制細菌的滋生。

（3）真空干燥鞋柜不止可以用于洗刷過后鞋子的干燥，而且可以用于日常鞋子的貯藏和干燥。對于皮鞋和翻毛皮等鞋子不能直接洗刷，放到真空干燥鞋柜里面就可以使鞋子里面保持干燥，通過真空條件可以除去臭味，同時抑制鞋子里面的細菌。

2 適用于鞋類的真空干燥工藝的優(yōu)化

2.1 微波干燥與真空干燥的比較

微波干燥技術(shù)是把能量用電磁波直接發(fā)送到物體內(nèi)部，然后對其加熱，因微波是有高頻的特性，物料中的極性分子在吸收了微波能量之后，會引起分子的振動，并致使分子之間不斷持續(xù)的碰撞，而發(fā)生大量的熱能。此種加熱是從物體的內(nèi)部向外部發(fā)出，因此會產(chǎn)生物體迅速溫度變高。能產(chǎn)生這種摩擦熱的極性分子包括水分子、蛋白質(zhì)、核酸和碳水化合物等物質(zhì)。對于組成鞋類的多種材料來說，微波干燥技術(shù)是適用的。

真空干燥和微波干燥相比，微波干燥中的傳遞熱量以及水分轉(zhuǎn)移的方向都存在很大的區(qū)別，在真空干燥時，水分從物料表面開始蒸發(fā)，內(nèi)部的水分慢慢地擴散到表面，此過程中能量的傳遞是由外向物體內(nèi)部傳送，熱能是由溫度差異而進行傳導(dǎo)，所以一般需要外部的溫度比較高才能讓內(nèi)部達到預(yù)期的溫度。而微波加熱干燥過程中，傳熱的推動力是物料內(nèi)部與表面的濃度差，這與真空干燥過程中的傳熱和傳質(zhì)方向相反，故而該過程不需要較高的外部溫度作用。

2.2 微波干燥與真空干燥在加工上的相互應(yīng)用

最大優(yōu)化微波干燥和真空干燥，微波真空干燥工藝可以最大限的提供加熱快和均勻，以及真空條件下水汽化點低的特點，將它使用在對鞋類的干燥上是很有前途的。微波真空干燥過程的實質(zhì)是物料及其水分在吸收了微波能量之后，水分和蒸汽的遷移擴散過程，其中涉及到水分在材質(zhì)里均勻分布、揮發(fā)的頻率，屬于干燥動力學(xué)的范疇。由于物料的不同以及所含水分量的不同，其有效介電參數(shù)是不同的，而物料在微波場中由于吸收了微波能，由內(nèi)而外得到加熱，使得物料內(nèi)部的水分?jǐn)U散、蒸發(fā)的過程也由于物料有效介電參數(shù)的動態(tài)變化而變化。這就導(dǎo)致了物料在不同的干燥階段的傳質(zhì)機理有所不同。一般在研究微波真空干燥的數(shù)學(xué)模型上會使用Lambert定理，即如果從材質(zhì)開始進入的微波可以充分分布并垂直于表面，進而在材質(zhì)里面慢慢變?nèi)?，最后使用各種計算法來得出材質(zhì)里面的維度，那么材質(zhì)里面在這個作用下的模型分布就非常好得出了。需要指出的是，該方面的理論模型和數(shù)值模擬還有待進一步地完善。

3 基于微波真空干燥工藝的真空干燥鞋柜的研制

在目前的市場上，并沒有現(xiàn)成的基于微波真空干燥工藝的真空干燥鞋柜。在研制思路上，主要考慮的方案有：（1）使用傳統(tǒng)的真空箱式干燥設(shè)備，并在其基礎(chǔ)上添加微波裝置；（2）使用現(xiàn)有的微波爐設(shè)備，并將其加熱腔改制成具有真空連續(xù)干燥的裝置。

考慮到傳統(tǒng)的真空箱式干燥設(shè)備體積過大，并不適合民用或家用鞋柜的尺寸大小，并且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，比較適合于工業(yè)用途的對物料的真空干燥。這里考慮采用第二個方案，即通過對某中型微波爐設(shè)備（其內(nèi)部能夠容納一定數(shù)量的鞋子）加熱腔的功能改進，來實現(xiàn)真空微波干燥工藝。

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