Abstract Vacuum freeze-drying (VFD) is a dehydration method based on the sublimation of the liquid phase contained in a certain product, previously frozen, at low pressure and temperature. Since it is a time and energy consuming process, it is crucial to select the best processing conditions to minimize drying duration, thus reducing the energy requirement. Additionally, product temperature must be monitored since it plays an important role in preserving product quality. The aim of this study was to develop a Diffuse Interface Model (DIM) for in-silico simulation of the freeze-drying process of individually frozen products. Due to the geometrical features of the samples, and to the role of radiation in the heat transfer to the product, the usual one-dimensional approach is inappropriate. Using a DIM, each cell of the computational domain can be described as a porous solid matrix filled by ice and vapor with a time-varying composition, thus allowing the use of a fixed computational grid and making the computation effort less demanding in comparison to moving interface-based models. Drying of eggplant cubic samples was considered as case study: model parameters were estimated by fitting the experimentally measured product temperature and drying time to the calculated ones. The model was proven to be reliable in providing an accurate estimate of both the drying time and the product temperature. Therefore, it can be used for off-line process design and optimization, minimizing the experimental effort required to design and optimize the process.

中文翻译：

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单冻产品冻干过程的扩散界面模型

摘要 真空冷冻干燥（VFD）是一种基于某种产品中所含的、预先冷冻的液相在低压和低温下升华的脱水方法。由于这是一个耗时且耗能的过程，因此选择最佳加工条件以最大限度地缩短干燥时间至关重要，从而降低能源需求。此外，必须监控产品温度，因为它在保持产品质量方面起着重要作用。本研究的目的是开发一种扩散界面模型 (DIM)，用于对单个冷冻产品的冷冻干燥过程进行计算机模拟。由于样品的几何特征，以及辐射在传热到产品中的作用，通常的一维方法是不合适的。使用 DIM，计算域的每个单元都可以描述为由具有随时间变化的成分的冰和蒸汽填充的多孔固体矩阵，因此允许使用固定的计算网格，并且与基于移动界面的模型相比，计算工作的要求更低. 茄子立方体样品的干燥被视为案例研究：模型参数通过将实验测量的产品温度和干燥时间与计算值拟合来估计。该模型在提供干燥时间和产品温度的准确估计方面被证明是可靠的。因此，它可用于离线工艺设计和优化，最大限度地减少设计和优化工艺所需的实验工作。从而允许使用固定的计算网格，并且与基于界面的移动模型相比，计算工作的要求更低。茄子立方体样品的干燥被视为案例研究：模型参数通过将实验测量的产品温度和干燥时间与计算值拟合来估计。该模型在提供干燥时间和产品温度的准确估计方面被证明是可靠的。因此，它可用于离线工艺设计和优化，最大限度地减少设计和优化工艺所需的实验工作。从而允许使用固定的计算网格，并且与基于界面的移动模型相比，计算工作的要求更低。茄子立方体样品的干燥被视为案例研究：模型参数通过将实验测量的产品温度和干燥时间与计算值拟合来估计。该模型在提供干燥时间和产品温度的准确估计方面被证明是可靠的。因此，它可用于离线工艺设计和优化，最大限度地减少设计和优化工艺所需的实验工作。模型参数是通过将实验测量的产品温度和干燥时间与计算值拟合来估计的。该模型在提供干燥时间和产品温度的准确估计方面被证明是可靠的。因此，它可用于离线工艺设计和优化，最大限度地减少设计和优化工艺所需的实验工作。模型参数是通过将实验测量的产品温度和干燥时间与计算值拟合来估计的。该模型在提供干燥时间和产品温度的准确估计方面被证明是可靠的。因此，它可用于离线工艺设计和优化，最大限度地减少设计和优化工艺所需的实验工作。