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粉体干燥-造粒-微波加热干燥新工艺路线的探讨(2)

粉体干燥-造粒-微波加热干燥新工艺路线的探讨(2)

发布时间:2013-06-06
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5.  微波加热干燥的工业应用
      微波加热在20世纪70年代我国电子工业下属单位成立了微波应用研究所,推广微波加热技术。一些军工企业研制成功5kw、10kw、20kw磁控管、调速管,试制20kw、40kw工业微波炉,在木材、食品、医药、化工、陶瓷等工业部门应用,获得较高经济效益。
      (1)食品的微波速效干燥
      用微波加热的方法将蔬菜干燥为含水量低于20%的“干菜”,比传统方法效率高10多倍。用微波加热干燥海藻类食品,其鲜味与新鲜的海藻差别很少。油炸类食品用微波进行最终干燥,不仅省油,还可得到含油率低的清淡味美的食品,如方便面等食品。
      (2)食品、果品的微波膨化干燥
      以蛋白质为主的原料加入淀粉类强化剂、盐、调味品和膨胀剂等混含搅拌、成型、预干燥,再用微波加热,产生二氧化碳和水蒸汽获得质地松散的食品。苹果切成片,经预干燥(水分由92%干至含水20%),后用微波加热干燥,再急冷,则得到与鲜苹果一样鲜味的苹果脆。
      (1)肉类的微波烹调加工
      用微波加热烹调肉类,平均节能63%,肉类的营养成分不受影响。如用2450MHz频率的2.2kw的微波烤炉烤肉仅需2.8min,肉骨头能反射微波,故肉的内部易熟透。
      (2)食品微波杀菌保鲜
      我国城镇居民80%的家庭拥有家用微波炉,很少人知道剩饭剩菜用微波炉加热1~2min,一般杂菌就会杀死。
      (3)药材微波加热干燥灭菌
      中草药是中国的国宝,但不论是饮片还是水丸、蜜丸,因为其杂菌含量较多,故出口换外汇受到限制。大家知道中药材都是植物的根、茎、叶。采摘后经太阳晒,水洗用旧式烘房烘干,故杂菌数量较高,每克达5万至10万。中药厂用钴60照射杂菌量下降到1万左右。用微波加热干燥,不仅时间缩短很多(如蜜丸旧式烘房需6h,而微波连续干燥仅需22min),而且含菌数降低一个数量级(1万个菌可降低至1千个左右),中药成分不受任何影响。丸药色泽好,收缩率小,特别是草药。
      (4)微波加热干燥陶瓷胚体
      采用微波二级连续干燥陶瓷坯体,干燥时间比旧法缩短2/3(由1.5h降至0.5h),而且陶瓷坯体各部湿分含量均匀,表面无麻皱。上釉、烧制成品率高、品质好。
      (5)微波加热干燥木材
      南京某高新企业为东北木材企业提供很多台套微波加热干燥设备,用915MHz,60kw隧道式微波干燥器对红木、桦木等进行加热干燥,获得十分可喜的效果。
      (6)染料、聚合物等物料的干燥领域里,微波加热干燥技术大有用武之地
      据资料分析,有些染料及其助剂在干燥过程中环境保护成为突出的问题,这类物料粒度较小(<100μm)且带有鲜明的色彩,即使很少量的粉尘飞扬,对环境也会造成明显的污染,所以对干燥过程排气中粉尘收集要十分细致,一般需要二级收尘,而第二级往往采用袋滤器或湿式洗涤式除尘器,洗涤水要循环使用,不用直接排放,否则会对环境造成二次污染。如果采用前期预干燥(控制含水量在15%左右)进行造粒(颗粒直径按商品粒度),再对颗粒染料进行微波加热干燥,可以得到均匀干燥产品,并且可以提高色泽、溶解度、扩散性和吸附性等物理性能。因为微波加热干燥能严格控制干燥温度和时间,从而得到商品所需要的晶型体。
6.  微波加热干燥器
      微波加热干燥器,主要由微波源控制柜、谐振腔(干燥室)、传动装置、排湿风机等组成。可以间隙或连续对各种形态的物料进行加热干燥。微波源可用大功率调速管,磁控管(5kw 、10kw、20kw)或小功率微波管(1kw、2kw)。采用多源馈能的方式,不论是大功率还是小功率的微波管都能设计制造出大功率的微波干燥器,如用2只20kw磁控管从两个耦合孔向干燥室馈送微波能,则得到40kw 的干燥器。如20只2kw的微波管分20个耦合孔向干燥室馈能,也可以得40kw的微波加热干燥器,这两种方法获得大功率干燥器,各有优点缺点,但采用小功率管多口馈能有如下优势:小功率管价格低,易于维修,单管受损可以不停机更换。
      微波加热干燥器的干燥室(或称微波谐振腔)可做成各种型式,主要有多模微波炉(矩形,圆型驻波腔)、单模谐振腔、行波型等三种。视被加热干燥物料的形状而设计不同型式干燥室,如丝状、纤维、纸可用行波腔,电磁波在加热器直行传播或曲折传播,平板型,V型波导,脊弓型波导等。粉状、膏状、颗粒等物料的干燥室可设计成箱式、隧道式微波干燥器,不论何种微波腔,均是用其固有的品质数来衡量其优势。
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      式中V为腔内体积,m3;S腔内表面积m2;δ,趋肤深度,m,δ= /πfμσ,μ磁导率,H/m。该式告诉我们可以根据谐振腔所用材料、形状、尺寸来估算它的Qo值。Qo是衡量腔体损耗的基本参量,另一参数谐振频率fo是腔体谐振特性的基本参量。特性阻抗ξo是衡量腔体内某参考面上电场强度的基本参量。
发vb

和健康
      这里要强调的是fo、Qo、ξo都是对一定的振荡模式而言的,不同的模式其基本参量的数值一般是不同的。谐振腔需金属导体材料,如不锈钢、铝等。
      传动装置在微波加热干燥器中的作用,主要输送物料进出干燥室,如传送带,介质筒等,都需用绝缘体材料制作,如,聚四氟乙稀、石英玻璃、95瓷等。
      微波加热干燥器在物料进入和排出干燥室的进出口处设置轭流器微波泄露,泄露量要低于2mw/cm2。
      总之,微波加热干燥装置体积小、结构简单、效率高、操作维护方便。为什么微波加热干燥器一次性投资较高呢?主要是微波源投资大,如5kw的微波源及控制柜需(3~5)万元,10kw的需(5~7)万元。随着电子工业的发展,小功率微波源会实现产量大,制作工艺先进,价格降低且效率高、寿命长的目的。用小功率微波管多源馈能的微波加热干燥器价格会合理下降。
7.  结论
      本文对粉体处理提出了新的工艺路线,即粉体前期预干燥,终湿含量控制在10%~15%——再对这种松散湿物料进行辊压造粒——对颗粒物料用微波加热方法进行干燥。通过全文分析这条工艺路线有如下特点:
     (1)整个工艺过程没有严重的粉尘飞扬和污染环境。
     (2)干燥速率高,前期干燥除去的湿分是自由水,干燥处于恒速干燥阶段,即外部因素控制的干燥阶段。故只需改变外部可变量,如热空气用量,介质温度,强传热等便可加速干燥(当然要防止物料出现缺陷)。后期颗粒干燥用微波加热方法,物料颗粒内与表面同时生热,内部湿分汽化形成压力梯度,促使内部湿分向表面迁移,加速干燥,虽然过程受内部条件控制,微波加热的特点改变了传热传质动力学条件,即物料内部水分在压力梯度和正的温度梯度、湿度梯度共同推动下,迅速向表面迁移,并向空气中传递,被排湿风机排出。
     (3)节能、松散的湿物料用辊压机造粒,易成粒,颗粒均匀,强度高,耗能低。前期干燥和后期干燥方法科学合理,能量得到高效利用。
     (4)干燥—造粒—干燥可安排一条龙生产,便于实现自动化生产和管理。建议国家有关单位考虑推广应用。

参考文献
[1] R. B. Keey: Drying Principles and Practice, New York,1986
[2] 潘永康,王忠喜主编. 现代干燥技术. 北京:化学工业出版社,1996
[3] Schiffiman R.F. Microwave and Diclectric Drying .in:Handbook of Industrial Drying (Ed. Mujumdar AS), Harcel Dekker,Inc., New York and Basel