真空干燥鞋柜的箱体设计及其干燥工艺研究

摘 要：文章对用于鞋类的真空干燥工艺和微波干燥工艺进行了研究和比较，合理地提出了将这两种干燥工艺结合起来，用于鞋类干燥柜中。并对基于微波真空干燥工艺的真空干燥鞋柜的设计原型进行了探索。微波真空干燥工艺的使用在鞋类干燥上具有与常规干燥方式无法比拟的优势，希望文章中涉及的该工艺能对我国鞋类干燥柜等系列民用产品的研发和生产起到参考作用。

关键词：真空干燥；干燥工艺；微波干燥；设计原型

目前市场上的真空干燥设备，大多用于制药，化工等行业，基本没有进入民用市场。文章以鞋类的干燥为突破口，通过对传统真空干燥设备的改造和优化设计，探讨一下真空干燥工艺及相关技术在这一民用市场的发展前景。

1 真空干燥技术用于鞋类干燥的优势

真空干燥的优点很多，在真空的条件下水的沸点会比较低，在此环境下的低温进行干燥，有利于一些热敏性材料的干燥；真空条件下氧气容量比较低，在干燥过程中可减少材料的氧化过程，并且因缺氧而杀掉一些细菌；在真空干燥中还能消除部分有毒的气体，减少了环境的破坏。真空干燥的优点繁多，因此在很多领域皆有应用，比如化工、医疗、生物、食品、电力等行业，在纳米科技领域中，真空干燥也有一席之地。

真空干燥能够避免一般情况下干燥产生的面部硬化的情况。在一般干燥时采用热风，在进行常规干燥时物体面部会产生边界层。水蒸气受热会根据边界层向外散发，物体内部水分向外部转移。在干燥过程中，如果水分移动速度跟不上边界层蒸发速度，就会导致边界层水墨的破损，致使燥物体的表面产生裂痕，然后致使面部硬化的情况发生。真空干燥物料内和表面之间压力差较大，在压力梯度作用下，水分很快移向表面，不会出现表面硬化。

将真空干燥技术用于对鞋类的干燥，主要是出于以下方面的考虑：

（1）鞋子在阳光下暴晒，鞋子表面就会发黄、干裂，而且容易脱胶，常压热风烘干设备也只是缓解这种情况，而真空干燥技术可以解决这种问题，延长鞋子的使用寿命。

（2）随着科技的发展，生活水平的进步，人们生活中对鞋子的各方面要求也越高，鞋子里面包含的科技越来越多，普通的洗刷和干燥都很容易使鞋子走形，而且减少鞋子的寿命，鞋子的缓震性能和透气性都会受到影响。真空干燥在较低温的条件下进行，因此真空干燥后鞋子不会走形，表面不会发干发皱，水分与鞋的脱离有助于抑制细菌的滋生。

（3）真空干燥鞋柜不止可以用于洗刷过后鞋子的干燥，而且可以用于日常鞋子的贮藏和干燥。对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，通过真空条件可以除去臭味，同时抑制鞋子里面的细菌。

2 适用于鞋类的真空干燥工艺的优化

2.1 微波干燥与真空干燥的比较

微波干燥技术是把能量用电磁波直接发送到物体内部，然后对其加热，因微波是有高频的特性，物料中的极性分子在吸收了微波能量之后，会引起分子的振动，并致使分子之间不断持续的碰撞，而发生大量的热能。此种加热是从物体的内部向外部发出，因此会产生物体迅速温度变高。能产生这种摩擦热的极性分子包括水分子、蛋白质、核酸和碳水化合物等物质。对于组成鞋类的多种材料来说，微波干燥技术是适用的。

真空干燥和微波干燥相比，微波干燥中的传递热量以及水分转移的方向都存在很大的区别，在真空干燥时，水分从物料表面开始蒸发，内部的水分慢慢地扩散到表面，此过程中能量的传递是由外向物体内部传送，热能是由温度差异而进行传导，所以一般需要外部的温度比较高才能让内部达到预期的温度。而微波加热干燥过程中，传热的推动力是物料内部与表面的浓度差，这与真空干燥过程中的传热和传质方向相反，故而该过程不需要较高的外部温度作用。

2.2 微波干燥与真空干燥在加工上的相互应用

最大优化微波干燥和真空干燥，微波真空干燥工艺可以最大限的提供加热快和均匀，以及真空条件下水汽化点低的特点，将它使用在对鞋类的干燥上是很有前途的。微波真空干燥过程的实质是物料及其水分在吸收了微波能量之后，水分和蒸汽的迁移扩散过程，其中涉及到水分在材质里均匀分布、挥发的频率，属于干燥动力学的范畴。由于物料的不同以及所含水分量的不同，其有效介电参数是不同的，而物料在微波场中由于吸收了微波能，由内而外得到加热，使得物料内部的水分扩散、蒸发的过程也由于物料有效介电参数的动态变化而变化。这就导致了物料在不同的干燥阶段的传质机理有所不同。一般在研究微波真空干燥的数学模型上会使用Lambert定理，即如果从材质开始进入的微波可以充分分布并垂直于表面，进而在材质里面慢慢变弱，最后使用各种计算法来得出材质里面的维度，那么材质里面在这个作用下的模型分布就非常好得出了。需要指出的是，该方面的理论模型和数值模拟还有待进一步地完善。

3 基于微波真空干燥工艺的真空干燥鞋柜的研制

在目前的市场上，并没有现成的基于微波真空干燥工艺的真空干燥鞋柜。在研制思路上，主要考虑的方案有：（1）使用传统的真空箱式干燥设备，并在其基础上添加微波装置；（2）使用现有的微波炉设备，并将其加热腔改制成具有真空连续干燥的装置。

考虑到传统的真空箱式干燥设备体积过大，并不适合民用或家用鞋柜的尺寸大小，并且其内部结构过于复杂，比较适合于工业用途的对物料的真空干燥。这里考虑采用第二个方案，即通过对某中型微波炉设备（其内部能够容纳一定数量的鞋子）加热腔的功能改进，来实现真空微波干燥工艺。

参考文献

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