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    應用案例

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    微波干燥脫水技術
    時間:2016年11月24日 閱讀:

    一、微波干燥脫水技術在工農業的應用:

         ⑴ 對物料的物理性質加熱升溫作用,使物料干燥脫水,其中包括物料的回溫解凍。

         ⑵ 對生物體的生物性質相互作用,例如殺滅細菌、真菌,殺蟲和蟲卵,鈍化或激活酶活性,以及醫療或醫學手術等方面。

         ⑶ 對物料的化學催化性質的作用,使之加速化學反應過程,縮短化學反應時間,消解、萃取,以及包括利用等離子體化學氣相沉積制造金剛石薄膜等物料,微波等離子體加工等等。

         可以這樣說,微波干燥功能是人們對微波應用的最早認識。由于微波加熱的獨特性能,微波加熱設備由家用烹調用的微波爐逐漸擴展到制造工業生產用的工業微波加熱設備,以滿足諸如食品加工行業的食品烹調與加工,殺菌保鮮需要;還有橡膠硫化、再生膠脫硫;紡織品染色固色;化纖產品定型,干燥脫水;皮革、紙張(包括衛生巾)及化妝品的干燥、殺菌;膠卷等涂層的干燥脫水;煙葉干燥、煙桿膨化;中成藥材或制品的干燥殺菌;砂型坯模固體干燥,石墨材料、陶瓷的加熱等等行業的需要。

    二、微波干燥特點和機理分析

    物料因儲存、運輸或其他目的的日常需要干燥脫水。自古以來,物料干燥方法眾多,理想的干燥方法,期望被干燥后的物料仍需保持或者說至少不能太多地變更其原有的品質,微波干燥技術正是在追求這種期望值中迅速發展起來一種干燥技術,其旺盛的生命力在于它的干燥機理和特點不同于一般常規干燥技術。

    物料干燥過程中的干燥層首先在物料內層形成,然后由里層向外擴展。其原因,為微波能透入物料內部被吸收,其能量瞬間轉為熱能使物料整體升溫(包括里層物料其所含有的水分溫度)。此時,里層水蒸氣壓力驟升驅動水蒸氣向物料表層排出。物料里層首先出現干燥層,并逐漸向外層擴展。

    常規加熱干燥物料表面易形成干燥硬殼,它不僅使被干燥物料(特別是食品)的品質和外觀均下降,也使物料內層的干燥過程緩慢,延長了物料整體的干燥時間。硬殼的形成原因是熱介質向物料傳遞的熱量因受物料熱傳導能力的影響而使表層水分蒸發過度,或者說是表層與其他部分不連續協調之故,解決辦法只有兩種:一是考慮物料熱傳導能力,不過度的加熱物料,二是摒棄這種造成物料表層結硬殼的加熱方法。

    從傳熱動力學觀點來分析,常規加熱對物料加熱的溫度梯度由物料內層指向外,而熱量傳導方向與蒸汽遷移方向相反,說明常規加熱物料里外層溫差大,整體溫度分析為不均勻,而且傳遞熱量受阻于質量的遷移,于是延緩了整體升溫過程,即俗稱為加熱時間較長。對于微波加熱來說,物料是整體加熱升溫,物料表面因水分蒸發而相對于里層的溫度低些,其溫度梯度由物料外層指向里層,而熱量傳導方向與蒸汽遷移方向相同。與常規加熱相比,物料整體溫度分布較均勻,傳遞熱量與蒸汽遷移方向相同,互不影響。也就是說,微波加熱擁有兩大優勢:整體溫差小和物料受熱時間短,從而避免了物料表層結硬殼的弊病。

    為什么微波加熱的能量利用率高呢?提高能量利用率是加熱設備技術設計者長期追求的目標,一般作法,是加大能量供給力度——增加供熱量或提高供熱介質溫度。增加物料受熱面積可以達到增加供熱總量,但也可能因增加受熱面積而使設備總表面積也隨之增大,出現設備散熱面積增大的弊端。若要提高熱介質溫度,它只能在一定限度內起作用,如果超出此限度即出現物料加熱界面上熱量積聚超過該界面所能向物料內部導熱的可能數量,將會使物料受熱界面炙熱焦糊,形成硬殼層,大大降低物料干燥品質,同時也加大了該界面層向周圍環境熱量散失,無效能耗增加。這就是常規加熱方式,包括紅外加熱在內,因物料表面加熱傳導機理制約而存在的不可避免的缺陷。

    如果換一種不同于常規加熱的,而又能增加物料受熱面積的方法,就可以避免上述弊病達到提高能量利用率要求,這就是微波加熱法的魅力所在。

    微波加熱的能量利用率高,得益于微波能被物料吸收,而且是透入物料吸收的特點。微波透入物料被吸收的特性使物料加熱時出現二種結果:

    ⑴形成物料整體受熱,等于增加了物料受熱面積,而不是局限在物料表面界面。

    ⑵由電磁場理論知,紅外加熱時,物料對紅外(包括遠紅外)譜段吸收有選擇吸收峰值。所謂吸收峰值是物料在峰值處對紅外波吸收強烈,即吸收能量較其他處多得多。例如,淀粉料的紅外吸收峰值的波長為3.9μm,砂糖則在3.7μm處。它們的波長均落在紅外頻譜的遠外波段。這些說明如下事實:紅外器件耗能所發出的紅外頻譜的全部能量僅僅只有其中吸收峰值處紅外能量被利用。其他都沒有被物料吸收利用。因此,選擇紅外加熱法的紅外加熱設備中紅外加熱元件,不僅需要考慮物料物料品種對象,選擇產生該物料能吸收的紅外頻譜段的紅外發熱器件,即使這樣,還因其是物料表面熱傳導加熱屬性發熱緣故,還有大部分能量未被很好地利用。

    但是,微波加熱物料時就不存在這種弊端。因為物料對微波能量是全吸收的。微波頻譜中的哪個波頻都不受限制;也沒有里層物料受熱滯后的問題。因此,微波加熱方式是一種能量利用高、物料溫升迅速的節能加熱方式。

    必須指出,縮短物料升溫的時間,將為節能創造有利條件。眾所周知,設備的總能耗等于單位時間能耗與時間的乘積。因此,在同樣的單位時間能耗情況下,我們期望選擇能使工作時間越短的設備來降低總能耗,而微波干燥確能節能高效。

     


     

    湖南省中晟熱能科技有限公司

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