微波干燥原理

微波干燥原理

由于微波加热干燥与常规干燥方法相比，有着显著的优越性和良好的经济效益，因而近年来微波加热干燥在制药工业中得到进一步应用。综观目前用于药品微波干燥设备的现状，只有微波干燥机、微波带式干燥机、微波真空干燥机、微波回转真空干燥机等，上述微波干燥设备虽然均应用了微波技术，但总存在不完善之处，为了解决上述问题，研制了智能化微波真空连续干燥机，这种新型微波干燥机可实现在微波和真空环境中进行连续低温干燥作业。本文从微波干燥机理入手，对智能化 微波真空连续干燥机原理、结构和特点作一阐述，同时对其应用进行分析。

1 微波干燥机理

1.1 微波的性质

微波是一种频率非常高的电磁波，其频率在300 MHz至300 kMHz 之间，波长在1 m 到1 mm 之间。电磁波波长大于1 m为无线电波，小于1 mm 为光波。微波在传输过程中遇到不同种类的物质会产生反射、透射和吸收现象，这些现象的强弱则取决于物质本身的性质。

1.2 物料与微波场的关系

根据物料与微波场之间的相互关系，可分为4 类：

（1）导体，该种物料（如金属）能反射微波，可用于贮存或引导微波，即导体可作为干燥室和波导的材料；（2）绝缘体，也称“无损耗介电体”，几乎所有的绝缘体不反射也不吸收微波，而微波可以穿透绝缘体，因此这些材料（如陶瓷、玻璃、塑料等）可用作微波场中被加热物料的支撑装置；（3）介电体，其特性介于前二者之间，它们中的绝大部分材料可叫做“有损耗介电体”，能不同程度地吸收微波能量，并将之化为热量；（4）铁磁体，它们也吸收、反射和穿透微波，并同微波的磁场分量发生作用，且产生热量，这种材料常作为保护或扼流装置的材料，用来防止微波能量的泄漏。

1.3 微波加热机理

微波干燥依赖于微波加热。微波的加热机理完全不同于传统的加热方法（传导、对流、辐射）。当微波照射到含水物料时，由于水分子是极性分子，极性分子排列从杂乱无章非极性状态变成有序排列。当外电场方向反复变动时，极性分子相应随之反复转换，频繁地摆动，在摆动过程中，造成分子间类似摩擦作用而产生大量热量，物料的温度也随之升高。微波加热就是利用介电损耗原理将微波能转化成为物料加热所需要的热能[1]，物料吸收热量与其物料电介质的损耗因子成正比。由于水（或其它溶剂）的电介质损耗因子比其他物质大得多，所以水（或其它溶剂）分子优先吸收微波能，水分子由物料内部向表面移动，继续吸收微波能，水分变成水蒸汽而被排走，

从而迅速完成干燥的目的。

2 智能化微波真空连续干燥机结构与特点

2.1 智能化微波真空连续干燥机的结构

智能化微波真空连续干燥机的结构，由以下主要部分组成：干燥筒体、微波发生系统、控制系统（PLC 控制动态显示系统）、真空系统、传动系统、排湿系统、破碎系统、加料和出料系统、清洗系统等。



智能化微波真空连续干燥机的工作过程是：

（1）启动真空泵，对干燥筒体内部抽真空；

（2）启动输送传送系统和破碎系统；

（3）启动供料泵，将料筒内的物料通过加料机构向输送带上喷散物料；

（4）启动微波加热系统，此时干燥过程开始，微波能迅速转化为热能，将物料中的湿分转变为蒸汽，并经真空泵抽出排除；

（5）连续干燥好的物料经冷却系统冷却后破碎，由特殊设计的出料系统排出收集。

运行过程中，物料的温度、输送速度及加料量均根据工艺要求和物料实际干燥状态，依照PLC 内已编入的程序自动控制，使物料特性的保持和系统运行达到最佳效果。系统装有液晶显示屏，可显示箱体内物料的干燥状态和各机构的运行状况。

物料的湿分汽化后，部分蒸汽会在箱体内壁上冷凝为冷凝液，冷凝液沿箱壁流下收集并排出系统。

物料连续干燥完毕后，先关闭微波发生系统，然后关停输送系统，最后关闭真空系统，开启放空口呼吸器，向干燥机内部放入洁净空气以平衡箱内负压。

干燥机内部配置的清洗系统，可方便地对内部进行清洗。

3.2 智能化微波真空连续干燥机的结构

智能化微波真空连续干燥机集微波技术、带式连续运动技术、真空干燥技术、自动控制技术于一体，因而其凸现出以下特点：

（1）干燥速度快。常规加热方法采用热空气、燃气、蒸汽或过热蒸汽等对物料进行加热，其实质是通过物料内部的温度梯度来实现热量传递的，因而加热速度慢。而采用微波加热，是利用微波场与物料的整体发生作用，在物料内迅速地产生热效应，加热速度很快，通常在几秒中内便可完成加热过程。

（2）干燥均匀。在微波场中的物料进行的是“体积热效应”，从而避免了常规加热系统中出现大的温度梯度，即微波加热的物料非常均匀，不会出现物料表面过热和“结壳”的现象。同时，该机的被干燥物料系连续、匀速地进行直线运动，使物料更能均匀地接受微波能量，因此大大有助于干燥产品质量的提高。

（3）连续干燥。该机内部采用能够自动纠偏的特殊材料的输送带、破碎机构、加料枪和出料器等，从而可以进行大产量的

连续干燥作业。为此，在结构设计中妥善地解决了真空状态下实现加料、出料和防止微波能泄漏等技术问题。

（4）低温干燥。一方面，在微波场中，微波只与物料中的溶剂而不与基质相耦合，因此湿分就被加热、汽化、排出，而湿分的载体（基质）则主要是通过热传导给热，所以物料的温度不高，即所谓“选择性加热”；另一方面，该机是在真空环境中对物料进行干燥，从而大幅降低了溶媒的汽化温度。干燥物料温度不高并可以对其控制，因此非常适宜于低融点、热敏性类物料的干燥。

（5）灭菌功能。由于微波的“生物效应”能在较低温度下杀灭细菌，当其应用于药品、食品干燥时，在干燥的同时，达到灭菌功能。

（6）物料收率高、操作简易。在整个干燥过程中，物料不会散失，其收料率极高，这对于贵重物料的干燥显得更为重要。同时，整个操作过程相当于自动进出料，使操作相对简易。

（7）综合应用高科技。该机运用了多项先进电子技术，如物料温度的红外遥测和控制、物料在干燥过程中的动态显示（摄像头和显示器）、PLC 控制等，提高了整机的技术含量。

（8）安全可靠。设备置有特殊结构的微波扼流装置和真空密封机构，其微波漏能严格控制在国家标准以下（出厂检验距设备5 cm 处小于1 mW/ cm2）。

（9）清洗方便。设备内部多处装设清洗球，可以方便地对内部进行有效地清洗。

（10）节能。由于微波加热的可选择性和上述各大特点，不仅节约了干燥所需的加热能源，同时节省了大量的动力能量，使干燥的总能耗大大降低。

4 智能化微波真空连续干燥机的应用

智能化微波真空连续干燥机既具有微波干燥的快速、均匀、节能等优点，又具有真空状态下进行低温干燥的优势，并且还能在输送带匀速直线的作用下，使其连续进料和出料，从而提高物料干燥的效率。因此，凡是工业生产中的物料产品需要微波、真空、连续干燥三个条件兼备的场合，其均可得以广泛地应用。

智能化微波真空连续干燥机主要用于医药、化工、食品等行业中粉状、粒状、片状、条状物料的干燥，还特别适用于膏状物料（如浸膏）的干燥。

其中，由于膏状物料的粘稠和热敏等特殊的物性，一直是干燥领域的技术难题。如果采用真空类干燥设备，由于真空状态下传导加热速度很慢，则干燥时间长、且不均匀；又如采用不能连续出料的微波真空干燥机，其最大的缺点是干燥物料处于静止状态，不同位置的物料接受的微波能差异很大，严重影响干燥质量；再如选择其它类干燥机设备

，则会存在加热装置体积较大与干燥速度慢的不完善之处。总之，智能化微波真空连续干燥机克服了上述诸多干燥设备的不完善之处，对于极难干燥的浸膏类物料，也已取得了非常满意的效果。