微波真空干燥技术的探讨

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科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
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工 业 技 术
科技资讯 2012 NO.03
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
应力
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0 应变
图 3 高碳钢拉伸应力—应变图
同时由于压力迁移动力的存在是微波干燥具有由内向外干燥的特点即对物料整体而言首先从内部干燥克服了在常规干燥中因物料外层首先干燥二形成硬壳板结阻碍内部水分继续外移的缺点
工 业 技 术
科技资讯 2012 NO.03
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
微波真空干燥技术的探讨①源自楼海军 韦小红 ( 上海海事大学商船学院 上海 2 0 1 3 0 6 )
微波加热是使被加热物体本身成为发 热体,故 称 之 为 内 部 加 热 方 式 。这 种 方 式 不 需 要 热 传 导 的 过 程 ,电 磁 波 从 周 围 或 特 定 的 方 向 穿 过 物 料 ,使 得 物 料 内 各 部 分 在 同 一 瞬 间 获 得 热 能 而 升 温 ,因 此 能 在 短 时 间 内 达 到 均 匀 加 热 。此 时,由 于 物 料 表 面 水 份 蒸发,致使表面温度降低,从而造成一个内 高 外 低 的 温 度 梯 度 ,这 个 梯 度 的 方 向 正 好 与水份蒸发的方向一致,使得蒸发加快,所 以 效 率 极 高 。同 时 由 于 内 部 产 生 热 量,以 致 于内部蒸汽迅速产生,形成压力梯度,如果 物 料 的 初 始 含 水 率 很 高 ,物 料 的 内 部 压 力 非 常 快 的 升 高 ,水 分 会 在 压 力 梯 度 的 作 用 下 从 物 料 排 除 。在 干 燥 的 过 程 中 能 量 转 化 经 过 了 两 个 步 骤 ,先 是 电 磁 能 转 化 为 有 序 运 动 的 分 子 动 能 ,然 后 通 过 碰 撞 转 化 为 热 能。
(4)安 全 性 。 微波不会对被加热物料产生不安全影 响,其 安 全 性 得 到 国 际 认 可 。但 设 备 仍 然 存 在 微 波 泄 漏 ,所 以 为 了 保 证 设 备 的 安 全 性 , 微波的泄漏量应满足国际电工委员会(IEC) 规定量。 (5)自 动 化 控 制 过 程 。 对干燥过程进行适当的控制是必要 的 。微 波 的 输 出 可 以 通 过 发 生 器 的 开 关 来 控制,操作方便,而且加热的强度可以通过 控 制 输 出 功 率 来 实 现 。如 干 燥 的 过 程 控 制, 干 燥 过 程 分 为 常 率 期 、降 率 期 和 扩 散 期:常 率 期 蒸 发 温 度 基 本 恒 定 ,表 面 呈 湿 润 状 态 ; 降 率 期 水 分 奇 异 速 度 减 慢 ,物 料 温 度 开 始 上 升 ;扩 散 期 物 料 导 热 性 变 差,需 要 较 为 温 和 的 干 燥 条 件 。在 不 同 时 期,随 着 物 料 干 燥 程度不同,温度相应变化,因此在干燥过程 中 ,微 波 功 率 随 着 物 料 的 干 燥 程 度 做 主 动 调节,将物料温度控制在设定的范围内,从 而保证成品的质量。 随着干燥干燥设备应用的不断推广深 入 ,对 设 备 的 数 字 化 、智 能 化 的 要 求 越 来 越 高,出了干燥温度的控制与显示外,还要求 故 障 的 检 测 与 显 示 以 及 信 息 的 上 传,以 便 于 集 中 管 理 与 控 制 。目 前 ,采 用 抗 干 扰 性 能 好 , 具有通信功能的PLC,以及人机界面—— 触 摸 屏 ,能 较 好 地 实 现 上 述 功 能 。
摘 要:本文阐述了微波真空干燥的原理及特性,国内外的研究现状、前景展望。重点阐述了微波真空干燥的作用机理及其干燥特点。微
波真空干燥是利用微波辐射作为加热源在真空条件下对物体进行干燥,具有快速、高效、低温等优点,在工业应用方面具有广阔的前景。
关键词: 微波干燥 真空干燥 节能 自动控制
中 图 分 类 号 :TB79
一 个 重 要 指 标 。D点 也 是 拉 伸 缩 颈 的 开 始 点 ,也 称 为 拉 伸 失 稳 点 。
D E 段 : 试 样 的“ 缩 颈 ”阶 段 。过 D 点 以 后 , 在 试 样 的 某 一 局 部 范 围 内 ,横 向 尺 寸 突 然 急 剧 缩 小 ,形 成 缩 颈 现 象 。在 这 一 阶 段 , 由 于 试 样 上 的 某 些 局 部 缺 陷 ,使 试 样 横 截 面 的 收 缩 集 中 在 某 个 薄 弱 部 分 ,在 其 附 近 出 现 集 中 塑 变 ,使 该 处 横 截 面 的 有 效 承 载 面 积 减 少 ,从 而 引 起 该 截 面 处 的 实 际 应 力 集 中 ,在 应 力 — 应 变 图 中 ,横 截 面 原 始 面 积 S0 算出的应力随之下降,降 落 到E点,试样被 拉 断 。缩 颈 的 出 现 和 缩 颈 区 的 伸 长 是 金 属 材料真实塑性及大小的主要标志。
微波是指频率在300MHz到300KMHz的 电 磁 波 。介 质 物 料 由 极 性 分 子 ( 水 分 子 ) 和 非 极性分子组成,在电磁场作用下,这些极性 分子从原来的随机分布状态转向按照电场 的 极 性 排 列 取 向 。在 高 频 电 磁 场 的 作 用 下, 这 些 取 向 按 交 变 电 磁 场 的 变 化 而 变 化 ,这 一过程致使分子的运动和相互磨擦效应, 从 而 产 生 热 量 。此 时 交 变 电 磁 场 的 电 磁 能 转 化 为 介 质 内 的 动 能 ,动 能 再 转 化 成 热 能 , 使介质温度不断升高。
2 国内外研究现状 2 . 1 国外情况
20 世 纪 8 0 年 代 , 美 国 、加 拿 大 、德 国 和 英 国 就 开 始 研 究 微 波 真 空 干 燥 技 术 ,主 要 集 中 在 美 国 的 威 斯 康 辛 大 学 、加 利 福 尼 亚 大 学、加拿大的British Columbia大学,德国的 Karlsruhe大学,英国的Queen's University, 希 腊 的 国 立 科 技 大 学 ,法 国 的Albi研究所 等 。研 究 的 内 容 涉 及 微 波 真 空 干 燥 机 理 、传 热 传 质 、微 波 真 空 干 燥 模 拟 、微 波 真 空 干 燥 能耗与工艺以及各种不同类型的微波真空 干 燥 操 作 等 。目 前,国 外 已 将 微 波 真 空 干 燥 技 术 应 用 于 轻 工 业 、食 品 工 业 、化 学 工 业 、 农 业 和 农 产 品 加 工 等 领 域 ,诸 如 造 纸 、陶 瓷、木 材 、食 品 、沥 青 、污 水 处 理 、表 面 活 性 剂、香 料 、矿 石 、药 物 、混 凝 土 、油 漆 等 的 加 工处理。
① 基 金 项 目 :上 海 市 重 点 学 科 (J506 03)。 作 者 简 介 :楼 海 军 (1968-),男 ,浙 江 人 ,工 程 师 ,上 海 海 事 大 学 主 机 实 验 中 心 主 任 。
甚 至 产 生 污 染 ,而 且 也 造 成 过 多 的 能 源 消 耗 ,设 备 存 在 运 行 成 本 高 、经 济 效 益 差 ,设 备 利 用 率 低 、维 护 费 用 高 等 突 出 问 题。
总 体 而 言 ,微 波 真 空 干 燥 具 有 以 下 特 点。
(1)干 燥 速 率 高 。 普 通 的 干 燥 方 法 如 热 风 干 燥 ,对 物 料 来 说 热 量 是 从 表 面 向 内 传 递 ,而 水 分 从 内 向 外 迁 移 ,温 度 梯 度 与 水 分 转 移 方 向 相 反 , 这 样 将 导 致 干 燥 速 率 下 降 。微 波 干 燥 不 必 以 热 传 导 的 形 式 从 表 面 向 内 部 传 递 ,而 是 通 过 微 波 将 能 量 直 接 作 用 于 整 个 物 料 ,使 物 料 整 体 均 匀 被 加 热 ,大 大 缩 短 了 加 热 时 间;同 时 由 于 压 力 迁 移 动 力 的 存 在,是 微 波 干 燥 具 有 由 内 向 外 干 燥 的 特 点 ,即 对 物 料 整体而言,首先从内部干燥,克服了在常规 干燥中因物料外层首先干燥二形成硬壳板 结 阻 碍 内 部 水 分 继 续 外 移 的 缺 点 。特 别 对 于 物 料 本 身 不 是 热 的 良 导 体 ,微 波 干 燥 优 势更明显。 (2)提 高 干 燥 品 质 。 微 波 加 热 ,物 料 内 部 和 表 面 同 步 进 行 加热,温 度 分 布 均 匀 。一 般 微 波 只 与 物 料 中 的 水 分 而 不 与 干 物 质 相 互 作 用 ,含 水 较 高 的 地 方 吸 收 辐 射 能 较 多 ,干 物 质 相 对 较 少 , 能 更 迅 速 地 干 燥 ,这 样 起 到 了 热 量 分 配 自 动 平 衡 的 作 用 。但 单 纯 的 微 波 加 热 容 易 产 生由于过热引起的烧伤、焦 化 、结壳和硬化 等 现 象 。上 述 现 象 主 要 是 因 为 温 度 过 高 和 干 燥 过 快 引 起 的 。真 空 干 燥 可 以 降 低 水 的 蒸 发 温 度 ,使 物 料 在 较 低 的 温 度 下 迅 速 蒸 发,同时还可以避免氧化,因此改善了干燥 品 质 。尤 其 在 医 药 、食 品 和 化 工 等 领 域 存 在 热 敏 性 物 料 的 情 况 下 ,需 要 低 温 快 速 干 燥 的 条 件 ;同 时 对 于 食 品 和 医 药,由 于 微 波 的 微 生 物 效 应 ,能 在 较 低 的 温 度 下 即 可 达 到 除菌的目的。 (3)成 本 低 、无 公 害 。 微 波 真 空 干 燥 新 技 术 ,不 需 要 电 热 烘 干 设 备 和 蒸 汽 加 热 设 备 ;微 波 直 接 与 物 料 相 互 作 用 ,不 需 要 加 热 空 气 、大 面 积 器 壁 及 输 送 设 备 等 ,而 且 加 热 腔 为 金 属 制 造的密闭空腔,能反射微波,是指不向外 泄 漏 ,从 而 被 物 料 吸 收 。其 耗 能 是 普 通 干 燥 设 备 的 1/3~ 1/4,也 低 于 红 外 干 燥 ,同 时 对 环 境 几 乎 没 有 影 响 。如 果 使 用 一 般 的 加 热 设 备 干 燥,不 仅 影 响 产 品 的 质 量 ,
微波真空干燥是把微波干燥和真空干 燥 结 合 在 一 起 ,充 分 发 挥 二 者 的 干 燥 优 势 , 以 优 化 干 燥 过 程 。微 波 真 空 干 燥 设 备 由 微 波 谐 振 腔(微 波 发 生 器)、真 空 系 统 、物 料 旋 转盘和自动控制系统组成。
1 微波真空干燥原理及特性 1.1 原理
在真空状态下,水的沸点降低,从而使 物料在相对较低的温度下就可以沸腾蒸 发 。真 空 不 仅 能 使 物 料 在 保 持 低 温 状 态 下 蒸发,还 能 产 生 压 力 梯 度 提 高 干 燥 效 率 。真
空 干 燥 具 有 干 燥 温 度 低 、产 品 复 水 性 高,同 时 对 食 品 的 色 泽 和 口 感 也 保 持 较 好 。所 以 微波干燥和真空干燥的结合不仅使得物料 能 在 较 低 的 温 度 下 蒸 发 干 燥 ,而 且 可 以 提 高干燥效率。 1.2 特性
文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 :1672-3791(20112)01(c)-0063-02
干燥既是古老的贮藏食品又是现代工 业 保 藏 食 品 的 方 法 之 一 ,食 品 干 燥 的 主 要 目 的 是 降 低 水 分 含 量 ,使 微 生 物 和 化 学 反 应 引 起 的 腐 败 速 度 降 到 最 低 程 度 。通 常,普 通的热风干燥容易使食品营养成分丢失, 对 食 品 质 量 产 生 不 利 影 响 ;冷 冻 干 燥 虽 然 能 使 食 品 质 量 品 质 如 色 、香 、味 保 持 的 较 好 ,但 成 本 相 对 较 高 高 。所 以 在 干 燥 过 程 中 ,对 于 物 料 的 品 质 与 经 济 效 益 的 综 合 考 虑 ,微 波 真 空 干 燥 技 术 被 认 为 是 较 好 的 一 项新技术。
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