浅谈微波热风组合干燥设备的设计和应用
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浅谈微波热风组合干燥设备的设计和应用
发表时间:2019-01-10T16:21:55.970Z 来源:《电力设备》2018年第25期作者:李海霞
[导读] 摘要:微波热风组合干燥技术是近些年来出现的新型干燥技术,这一技术是将微波干燥与热风干燥两种干燥技术结合起来,实现内外共同干燥,能够有效的缩短物体的干燥时间,并确保干燥物体的质量。
身份证号码:63212419870811xxxx青海三四一九干燥设备有限公司 810016
摘要:微波热风组合干燥技术是近些年来出现的新型干燥技术,这一技术是将微波干燥与热风干燥两种干燥技术结合起来,实现内外共同干燥,能够有效的缩短物体的干燥时间,并确保干燥物体的质量。微波热风干燥涉笔设备具有一定的复杂性,要对设备进行合理的设计,确保其应用的科学性。本文主要对微波热风干燥技术以及微波干燥技术的缺点进行分析,针对微波热风干燥设备的设计与应用进行研究。
关键词:微波热风;干燥;设备;设计
1、微波热风组合干燥技术与设备
微波干燥是以湿木材作电介质,在交变电磁场的作用下使木材中的水分子高速频繁地转动,水分子之间发生摩擦而生热,使木材从内到外同时加热干燥。
热风干燥是一种使用热风干燥机械进行干燥的方法。用热风炉加热空气,由风机将热风送入烘箱与待干燥物体接触实现加热干燥。此方法成本较低,处理量大,易于操作,可实现自动化,但有效成分损失较大,品质较差。
热风微波联合干燥技术是指根据物料的特性,将微波干燥和热风干燥两种方式优势互补,分阶段进行的一种复合干燥技术,其目的是缩短干燥时间、降低能耗、提高产品质量。其优点如下:
1)实现内外同时加热;
2)环境温度上升加大系统抽湿能力;
3)合理分配两者之间能量比例,可加快干燥速度,提高产品质量,降低干燥成本;
4)充分发挥各自的工艺优势,如热风的处理量大,干燥成本低,微波场中热、质传递快;
5)干燥兼有杀菌、杀虫功效,保证了产品的安全卫生;
6)实时监控,便于实现连续生产及自动化控制。
目前,在我国各地从事常压微波设备生产制造的大小厂家很多,只有少数几家能生产工业用的间歇式微波真空干燥实验装置,还没有厂家开发用于工业化生产的连续式微波真空干燥设备。真空微波-热风组合干燥技术及装备,汇聚了多项关键技术,具有良好的延伸性能,适于不同水果、蔬菜、珍贵药材等农产品的干燥加工,目前该技术已具有中试平台功能,设备的配套性能较高,成套生产线的性能价格比具有较强的市场竞争力,为设备成果的进一步转化和产业化打下了坚实的基础。
2、微波干燥的不足之处
微波干燥使用湿木材作为电介质,在交变电磁场的作用下,木材中的水分子频繁且快速地旋转,水分子之间产生摩擦产生热量,使木材从内向外加热干燥。这种干燥方法的特点是干燥速度快,木材温度场均匀,残余应力小,干燥质量好。微波干燥的优点是干燥速度快,通常比常规干燥速度快几倍甚至几百倍。而且干燥应力小,质量好。但是,这种干燥方法的缺点是投资大,功耗大。同时,如果功率选择不同,功率太大或干燥过程控制不当,容易产生内部开裂和碳化。此外,微波干燥不适合干燥厚度大的木材或含水量高的物体。
由于微波、高频干燥在解决大断面髓心方材的干燥时有突出的优点,而且微波与高频干燥设备已较完善,干燥工艺已逐渐成熟,它的工业应用与真空干燥比例差不多,而且通常是真空――微波、真空――高频联合干燥。
微波加热效应与材料的介电性能、形状、分布和尺寸有关,具有选择性加热的特性。当干燥物体的形状、大小、厚度和密度不一致时,由于微波会选择性加热,材料的温度不均匀,优先吸收微波能的物料先于其他物料干燥,甚至出现部分物料已过温而其他物料未干燥的情况。微波加热与物料分布、形状有关,一般情况下,料层内部温度会高于外部。工业生产中,温差有时会使物料变质,导致物料品质不一致。
3、微波与热风组合干燥设备的开发研究
在干燥过程中,物料表面蒸发的水分如果没有空气流将其带走,就会聚集在物料表面形成一层水蒸气薄膜层,称为蒸发界面。随着水汽持续蒸发,薄膜层逐渐增厚,当F(薄膜层厚)=(f蒸发界面)时,停止蒸发。为了使水分保持快速蒸发,必须采用强制通风,破坏该蒸发界面。空气温度升高,水蒸气分压下降,相对湿度下降,就能够携带更多的水汽。例如,15℃时的湿度RH=65%,40℃时的湿度
RH=15%。从2003年开始尝试将热风技术与微波技术有机结合,称为微波热风结合干燥(MDC),经过多年的开发实践,积累了一定的经验。
3.1第一代微波与热风组合干燥设备
第一代机型(2003年)采用微波与平流热风相结合。该机型平流热风的风道设计比较简单,机械结构也比较简单。经过实践发现,平流热风效果并不理想。干燥能耗的80%以上来自于微波,未取得预期大幅度降低电耗的效果。
3.2第二代微波与热风组合干燥设备
第二代机型(2005年)采用微波与穿流热风相结合。微波能自上向下馈送,热风自上向下穿过物料层及网状传送带。这一机型在使用中基本达到了预期的干燥效果,但也发现如下问题:(1)热风一次性排放,热能未充分利用。(2)热风风道布置及分风结构比较复杂,与微波部件在机械结构上存在冲突。设备设计偏离了简洁和美观的原则,因此这一结构仍不够完善。
3.3第三代微波与热风组合干燥设备
在开发过程中,采用将物料同时置于微波能和热风下的合理结构,使两者能最大程度地发挥作用、互不冲突,并且寻求两者的最佳热能配比。微波传输时具有在曲折空间内绕行传输的特点,利用这一特点将微波系统与热风系统有机结合,进行整合和协同,设计出三代机型,简称第三代为MDC-R。热风干燥时,穿流风的干燥效率要比平流风提高至少2倍,而均匀分风和风量控制就成为关键,其中传送带横向方向的分风更为重要。在风道设计上,采用了热风循环配合部分新风补充、部分排潮,这样既能充分利用热能,又能保持充足的风量。
通过实际应用和改进,对风温和热能配比进行了探索。
通过试验发现,在微波作用存在时,热风温度设为60~70℃即可,既能减少热风的能量消耗,又能降低物料过热的概率。在同等风温的干燥条件下,为达到30kg/h的水蒸发量,选择不同的微波功率,使其热能贡献份额分别在50%、35%、20%、15%、5%条件下进行试验。结果表明,当微波贡献在50%时,药材仍旧出现了部分完全干燥而少量部分未干的现象;微波贡献在35%~5%时,若物料原始含水在30%以内,微波贡献份额可以控制在20%左右;若物料原始含水在35%~30%时,微波贡献份额可以控制在15%或更低一些,这样即可得到较好的干燥效果。由于干燥时热风的贡献较高,这样MDC-R可以称为带有微波的热风组合干燥设备。
4、结语
总而言之,微波热风干燥技术在药品、食物加工等方面具有十分广泛的应用,这一干燥设备的设计与应用也是非常重要的。因此,在微波热风干燥设备的设计过程中,要不断对设备进行优化,提高干燥质量。
参考文献
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