真空干燥鞋柜的箱體設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干燥方式無法比擬的優勢，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品的研發和生產起到參考作用。

關鍵詞：真空干燥；干燥工藝；微波干燥；設計原型

目前市場上的真空干燥設備，大多用于制藥，化工等行業，基本沒有進入民用市場。文章以鞋類的干燥為突破口，通過對傳統真空干燥設備的改造和優化設計，探討一下真空干燥工藝及相關技術在這一民用市場的發展前景。

1 真空干燥技術用于鞋類干燥的優勢

真空干燥的優點很多，在真空的條件下水的沸點會比較低，在此環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，減少了環境的破壞。真空干燥的優點繁多，因此在很多領域皆有應用，比如化工、醫療、生物、食品、電力等行業，在納米科技領域中，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生的面部硬化的情況。在一般干燥時采用熱風，在進行常規干燥時物體面部會產生邊界層。水蒸氣受熱會根據邊界層向外散發，物體內部水分向外部轉移。在干燥過程中，如果水分移動速度跟不上邊界層蒸發速度，就會導致邊界層水墨的破損，致使被干燥物體的表面產生裂痕，然后致使面部硬化的情況發生。真空干燥物料內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，不會出現表面硬化。

將真空干燥技術用于對鞋類的干燥，主要是出于以下方面的考慮：

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

（2）隨著科技的發展，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，表面不會發干發皺，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化

2.1 微波干燥與真空干燥的比較

微波干燥技術是把能量用電磁波直接發送到物體內部，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的碰撞，而發生大量的熱能。此種加熱是從物體的內部向外部發出，因此會產生物體迅速溫度變高。能產生這種摩擦熱的極性分子包括水分子、蛋白質、核酸和碳水化合物等物質。對于組成鞋類的多種材料來說，微波干燥技術是適用的。

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移的方向都存在很大的區別，在真空干燥時，水分從物料表面開始蒸發，內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部傳送，熱能是由溫度差異而進行傳導，所以一般需要外部的溫度比較高才能讓內部達到預期的溫度。而微波加熱干燥過程中，傳熱的推動力是物料內部與表面的濃度差，這與真空干燥過程中的傳熱和傳質方向相反，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用

最大優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里均勻分布、揮發的頻率，屬于干燥動力學的范疇。由于物料的不同以及所含水分量的不同，其有效介電參數是不同的，而物料在微波場中由于吸收了微波能，由內而外得到加熱，使得物料內部的水分擴散、蒸發的過程也由于物料有效介電參數的動態變化而變化。這就導致了物料在不同的干燥階段的傳質機理有所不同。一般在研究微波真空干燥的數學模型上會使用Lambert定理，即如果從材質開始進入的微波可以充分分布并垂直于表面，進而在材質里面慢慢變弱，最后使用各種計算法來得出材質里面的維度，那么材質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）使用傳統的真空箱式干燥設備，并在其基礎上添加微波裝置；（2）使用現有的微波爐設備，并將其加熱腔改制成具有真空連續干燥的裝置。

考慮到傳統的真空箱式干燥設備體積過大，并不適合民用或家用鞋柜的尺寸大小，并且其內部結構過于復雜，比較適合于工業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備（其內部能夠容納一定數量的鞋子）加熱腔的功能改進，來實現真空微波干燥工藝。

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