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关于连续式微波真空干燥机的关键技术

  关于连续式微波真空干燥机的关键技术
  微波干燥加工比常规干燥方式加工提高了产品质量,但由于干燥温度一般在70℃以上,干燥速度快,易导致部分产品内部糊化,降低了产品品质;微波真空干燥技术把真空干燥与微波干燥的特点有机结合,在真空条件下利用微波能进行物料的干燥加工,真空环境保证了物料能在低温条件下进行干燥,微波干燥物料又具有瞬时高效性,因此可以实现物料的快速低温干燥。研制的连续式微波真空干燥机可保证物料的干燥温度在40℃左右,干燥速度是真空热风干燥的数十倍,极大提高了生产能力,而且干燥的产品可有效地保持色、香、味、形和营养成分,提高了产品品质。
  1 主要结构与关键技术
  1.1 主要结构
  微波真空干燥装置是由真空系统和微波系统组成的一套干燥系统。其工作过程为:首先关闭进出料挡板阀,打开真空蝶阀,同时启动真空泵,使真空干燥室内产生一定的真空度,并通过电磁压差放气真空截止阀来维持干燥室内的真空度。物料连续不断地进入到进料斗中,通过进料系统进入微波真空工作室,此时顺序启动各微波源,物料开始进行微波真空干燥加工,采用滚筒刮板螺旋输送物料,使物料在微波真空干燥室内缓慢横向移动和上下径向转动,可均匀接受微波能。物料干燥处理结束后,通过出料系统输出,完成卸料。该设备主要包括进料系统、输送系统、微波系统、真空干燥室、出料系统和真空系统6个部分。
  1.2 关键技术
  (1)微波真空干燥室
  在真空状态下,由于真空度的降低,降低了空气的击穿场强,使气体分子易被电场电离,从而出现气体击穿、拉弧放电现象,该现象最易发生在微波馈能耦合口和腔体内场强集中处,不仅会消耗微波能,而且会损坏部件并产生较大的微波反射,缩短磁控管使用寿命。在真空度和微波功率的给定范围条件下,应合理设计确定微波真空干燥室的结构和尺寸,使室内的空气击穿场强在安全范围之内。微波真空干燥室的结构还应保证微波场的均匀性,避免物料介质某部分由于场强很强而过热,而另一部分却由于弱电场而受热不足,同时微波真空干燥室的结构还应满足压力容器的设计要求和规范。依据以上设计原则,确定微波真空干燥室的主要结构和尺寸参数。
  (2)微波真空密封结构
  在微波真空干燥机各连接处,需要同时进行微波和真空的双重密封,将微波泄漏量控制在安全标准范围内,真空度还应达到相应的设计要求。因此,在微波真空干燥室和馈能装置的接口、各法兰和进出料口等处,既要采用适合的微波密封材料来防止微波泄漏,同时还需采用橡胶圈进行真空密封,防止系统泄漏引起真空度的降低。根据连接处的不同结构型式,分别采用导电橡胶条、导电金属圈和软性铁氧体等材料作为微波密封材料。
  (3)连续式进出料结构
  连续式进出料结构可保证设备的连续化生产,由于进出料动作频繁,所以该结构需具有较好的密封性来保持整个系统的真空度并防止微波泄漏,所以密封是该部件的关键。传统的真空进出料结构采用旋转闭风器结构,该结构连续输送性好,入料均匀,但容易堵料,使密封件磨损严重,密封件磨损后会使真空系统泄漏,造成真空度不稳定。同时,微波沿着密封件磨损后的缝隙向外辐射,导致微波泄漏量超过安全辐射标准。本研究采用双挡板阀结构将物料从进料斗送入微波干燥室,再从该室卸料到常压环境。
  2 性能试验与应用实例
  该连续式微波真空干燥机经试验验证,结构设计合理,结构参数选择正确,操作方便、性能稳定、安全可靠,其各项指标达到了设计要求。
  应用该设备进行了苹果脆片的干燥加工,可在4min内干燥并膨化苹果脆片,干燥膨化后的苹果脆片干基含水率为6%,膨化率可达到3121,产品蓬松酥脆可口,颜色浅黄,接近于苹果原色,具有较浓的苹果香味。
  3 结论
  (1)微波真空干燥室采用圆柱形谐振腔,通过优化设计确定其尺寸,以减少微波能的损失,使微波能得到充分利用。
  (2)采用多个独立微波源组成微波系统,每个微波源通过各自的馈入口和标准波导将微波能传输到干燥室内,降低了微波功率密度,不会出现气体击穿和拉弧放电现象。
  (3)进出料口采用双挡板阀结构实现了连续进出料,减轻了劳动强度,节省了进出料时间,从而提高了生产能力。
  (4)经试验验证,整机结构设计合理,参数选择正确,操作方便、性能稳定、安全可靠,各项指标达到了设计要求。利用该设备可在40℃左右4min内达到干燥膨化苹果脆片的目的,而且产品蓬松酥脆可口,颜色浅黄,接近于苹果原色,具有较浓的苹果香味。(韩清华 李树君 马季威 赵东林)

 
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