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    应用案例

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    微波干燥脱水技术
    时间:2016年11月24日 阅读:

    一、微波干燥脱水技术在工农业的应用:

         ⑴ 对物料的物理性质加热升温作用,使物料干燥脱水,其中包括物料的回温解冻。

         ⑵ 对生物体的生物性质相互作用,例如杀灭细菌、真菌,杀虫和虫卵,钝化或激活酶活性,以及医疗或医学手术等方面。

         ⑶ 对物料的化学催化性质的作用,使之加速化学反应过程,缩短化学反应时间,消解、萃取,以及包括利用等离子体化学气相沉积制造金刚石薄膜等物料,微波等离子体加工等等。

         可以这样说,微波干燥功能是人们对微波应用的最早认识。由于微波加热的独特性能,微波加热设备由家用烹调用的微波炉逐渐扩展到制造工业生产用的工业微波加热设备,以满足诸如食品加工行业的食品烹调与加工,杀菌保鲜需要;还有橡胶硫化、再生胶脱硫;纺织品染色固色;化纤产品定型,干燥脱水;皮革、纸张(包括卫生巾)及化妆品的干燥、杀菌;胶卷等涂层的干燥脱水;烟叶干燥、烟杆膨化;中成药材或制品的干燥杀菌;砂型坯模固体干燥,石墨材料、陶瓷的加热等等行业的需要。

    二、微波干燥特点和机理分析

    物料因储存、运输或其他目的的日常需要干燥脱水。自古以来,物料干燥方法众多,理想的干燥方法,期望被干燥后的物料仍需保持或者说至少不能太多地变更其原有的品质,微波干燥技术正是在追求这种期望值中迅速发展起来一种干燥技术,其旺盛的生命力在于它的干燥机理和特点不同于一般常规干燥技术。

    物料干燥过程中的干燥层首先在物料内层形成,然后由里层向外扩展。其原因,为微波能透入物料内部被吸收,其能量瞬间转为热能使物料整体升温(包括里层物料其所含有的水分温度)。此时,里层水蒸气压力骤升驱动水蒸气向物料表层排出。物料里层首先出现干燥层,并逐渐向外层扩展。

    常规加热干燥物料表面易形成干燥硬壳,它不仅使被干燥物料(特别是食品)的品质和外观均下降,也使物料内层的干燥过程缓慢,延长了物料整体的干燥时间。硬壳的形成原因是热介质向物料传递的热量因受物料热传导能力的影响而使表层水分蒸发过度,或者说是表层与其他部分不连续协调之故,解决办法只有两种:一是考虑物料热传导能力,不过度的加热物料,二是摒弃这种造成物料表层结硬壳的加热方法。

    从传热动力学观点来分析,常规加热对物料加热的温度梯度由物料内层指向外,而热量传导方向与蒸汽迁移方向相反,说明常规加热物料里外层温差大,整体温度分析为不均匀,而且传递热量受阻于质量的迁移,于是延缓了整体升温过程,即俗称为加热时间较长。对于微波加热来说,物料是整体加热升温,物料表面因水分蒸发而相对于里层的温度低些,其温度梯度由物料外层指向里层,而热量传导方向与蒸汽迁移方向相同。与常规加热相比,物料整体温度分布较均匀,传递热量与蒸汽迁移方向相同,互不影响。也就是说,微波加热拥有两大优势:整体温差小和物料受热时间短,从而避免了物料表层结硬壳的弊病。

    为什么微波加热的能量利用率高呢?提高能量利用率是加热设备技术设计者长期追求的目标,一般作法,是加大能量供给力度——增加供热量或提高供热介质温度。增加物料受热面积可以达到增加供热总量,但也可能因增加受热面积而使设备总表面积也随之增大,出现设备散热面积增大的弊端。若要提高热介质温度,它只能在一定限度内起作用,如果超出此限度即出现物料加热界面上热量积聚超过该界面所能向物料内部导热的可能数量,将会使物料受热界面炙热焦糊,形成硬壳层,大大降低物料干燥品质,同时也加大了该界面层向周围环境热量散失,无效能耗增加。这就是常规加热方式,包括红外加热在内,因物料表面加热传导机理制约而存在的不可避免的缺陷。

    如果换一种不同于常规加热的,而又能增加物料受热面积的方法,就可以避免上述弊病达到提高能量利用率要求,这就是微波加热法的魅力所在。

    微波加热的能量利用率高,得益于微波能被物料吸收,而且是透入物料吸收的特点。微波透入物料被吸收的特性使物料加热时出现二种结果:

    ⑴形成物料整体受热,等于增加了物料受热面积,而不是局限在物料表面界面。

    ⑵由电磁场理论知,红外加热时,物料对红外(包括远红外)谱段吸收有选择吸收峰值。所谓吸收峰值是物料在峰值处对红外波吸收强烈,即吸收能量较其他处多得多。例如,淀粉料的红外吸收峰值的波长为3.9μm,砂糖则在3.7μm处。它们的波长均落在红外频谱的远外波段。这些说明如下事实:红外器件耗能所发出的红外频谱的全部能量仅仅只有其中吸收峰值处红外能量被利用。其他都没有被物料吸收利用。因此,选择红外加热法的红外加热设备中红外加热元件,不仅需要考虑物料物料品种对象,选择产生该物料能吸收的红外频谱段的红外发热器件,即使这样,还因其是物料表面热传导加热属性发热缘故,还有大部分能量未被很好地利用。

    但是,微波加热物料时就不存在这种弊端。因为物料对微波能量是全吸收的。微波频谱中的哪个波频都不受限制;也没有里层物料受热滞后的问题。因此,微波加热方式是一种能量利用高、物料温升迅速的节能加热方式。

    必须指出,缩短物料升温的时间,将为节能创造有利条件。众所周知,设备的总能耗等于单位时间能耗与时间的乘积。因此,在同样的单位时间能耗情况下,我们期望选择能使工作时间越短的设备来降低总能耗,而微波干燥确能节能高效。

     


     

    湖南省中晟热能科技有限公司

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