微波干燥應(yīng)用中需要注意的幾個(gè)問題及對策

    采用能量轉(zhuǎn)換效率高、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、占用空間小、可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際隨時(shí)關(guān)停.微波加熱干燥設(shè)備等措施，可避免出現(xiàn)采用一般常規(guī)的火爐或鍋爐加熱時(shí)出現(xiàn)的對產(chǎn)品和環(huán)境的污染、安全隱患、維護(hù)費(fèi)用高、使用壽命短、工作溫度難以控制等問題。但是若使用不當(dāng)，特別是微波干燥室的結(jié)構(gòu)及載荷配置不合理，會(huì)導(dǎo)致微波能反射、效率降低、物料加熱不均勻，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證等問題。最新的研究結(jié)果表明，在微波干燥過程中載荷的形式、通風(fēng)與否及通風(fēng)方向等對于干燥的均勻性、產(chǎn)品的質(zhì)量以及微波干燥設(shè)備的能量效率等都有很大的影響。

    1  通風(fēng)方向及風(fēng)量等的選擇  稻谷和糙米的厚層微波干燥研究結(jié)果表明，在微波干燥中適當(dāng)?shù)耐L(fēng)是必要的，通風(fēng)的方向和風(fēng)量的大小如果合適都會(huì)影響到干燥的均勻性、能量效率等重要的干燥工藝性能指標(biāo)。根據(jù)被干燥物料層內(nèi)通風(fēng)的方向與微波輻射的方向的關(guān)系，通風(fēng)的模式可分為順流通風(fēng)、逆流通風(fēng)和橫流通風(fēng)三種形式[注：逆流通風(fēng)是指通風(fēng)氣流在物料層內(nèi)的流動(dòng)方向與微波輻射物料的方向相反，即氣流自下而上流動(dòng)，而微波自上而下輻射；順流通風(fēng)是指通風(fēng)氣流在物料層內(nèi)的流動(dòng)方向與微波輻射物料的方向一致，即自上而下流動(dòng)(輻射)；橫流通風(fēng)是指通風(fēng)氣流在物料層內(nèi)的流動(dòng)方向與微波輻射物料的方向相垂直.

    稻谷的厚層微波干燥實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，順流通風(fēng)有利于提高干燥的均勻性、能量效率和被干燥物料的品質(zhì)。其主要體現(xiàn)在被干燥物料層內(nèi)水分和溫度分布較為均勻。

    在順流通風(fēng)狀態(tài)下微波干燥90min后糙米厚層中的溫度和含水率分布的典型曲線。其表示出了在順流通風(fēng)狀態(tài)下用微波干娛厚層糙米的特征。因稻谷和糙米有相似的特征，困此稻谷厚層中的溫度相含水率的分布曲線勺糙米厚層中的溫度和含水率的分布曲線非常相似。從糙米層的最高處到深度為0．05m處，隨著深度的增加，溫度會(huì)隨之增加，但含水率卻隨之減少。雖然微波放熱能量的強(qiáng)度在最高處理論上是最強(qiáng)的，但是溫度相對卻是最低的。在深度為0.0 5-0.07m的區(qū)間內(nèi)，溫度達(dá)到最高值，含水率也達(dá)到最低值。溫度的最大增加幅度和含效率的最大減少幅度是在深度為0.05一0.0 7m的區(qū)間內(nèi)。通風(fēng)空氣和糙米之間的熱傳遞在這個(gè)區(qū)間內(nèi)也達(dá)到了平衡。隨著深度的繼續(xù)增加，溫度會(huì)降低，這是因?yàn)樯疃瘸^0．07m之后，微波的放熱能量會(huì)變得越來越小。因而，在深度大于0．130m之后，干燥能力會(huì)變得越來越弱。厚層稻谷的微波干燥也存在類似的情況。在厚層糙米的微波干燥過程中確實(shí)也存在一個(gè)有效干燥厚度，此有效干燥厚度約為0．130m。

    順流通風(fēng)在厚層微波干燥中有兩個(gè)作用：一是把谷層中被蒸發(fā)出來的水分帶到干燥器外，另—個(gè)作用就是熱傳遞。在顧流通風(fēng)狀態(tài)下，空氣把熱能從微波能量強(qiáng)度最高的物料層頂部帶到厚層的深處，使干燥所需的熱量分布均勻。根據(jù)微波傳輸理論，糙米厚層內(nèi)的微波能量強(qiáng)度分布應(yīng)呈負(fù)指數(shù)曲線狀。稻谷微波干燥的實(shí)驗(yàn)結(jié)果亦表明，在無通風(fēng)的條件下，稽谷厚層內(nèi)的溫度分布為旱負(fù)指數(shù)曲線狀，即厚層頂部的溫度最高。當(dāng)在順流通風(fēng)條件下，如前所述，頂部的微波能量被順流通風(fēng)的空氣傳遞到了糙米層的深處，因此頂部的溫度并不是最高。而且厚層內(nèi)的相對高溫區(qū)向厚層深處延伸。順流通風(fēng)在厚層糙米的微波干燥中對溫度和含水率的分布均勺性起著十分重要的作用。事實(shí)上，前述的厚層糙米微波干燥的有效干燥厚度在順流通風(fēng)狀態(tài)廠也會(huì)增大。

    對于稻谷和糙米的厚層微波干燥，如果微波的功率被控制在0．05-0.09kW／kg范圍內(nèi)風(fēng)速被控制在0．12-0．20m／s范圍內(nèi)，則可以保證不出現(xiàn)爆腰和發(fā)芽率降低等質(zhì)量問題。

    2  微波干燥器的反射問題  出于受微波傳輸特點(diǎn)的限制，在微波干燥室的結(jié)構(gòu)和干燥工藝設(shè)計(jì)及實(shí)際操作中不可避免地存在能量反射問題。

    均勻平鋪載荷條件下的實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果證明，隨著干燥室內(nèi)的物料量的增加(即隨著干燥床上物料層厚度的增加)，功率反射系數(shù)減小。在稻谷的平鋪載荷條件下，當(dāng)物料層厚度小于10mm時(shí)，功率反射系數(shù)在0．42-0．52范圍內(nèi)。如果在稻谷的平鋪載荷條件下．物料層厚度大于20mm，或在糙米的平鋪載荷條件下，物料層厚度大于17mm，功率反射系數(shù)將小于0．15。功率反射系數(shù)的這種變化是因?yàn)殡S著干燥床上物料數(shù)量的變化，載荷的阻抗將隨之變化，進(jìn)而使干燥室的功率反射系數(shù)也隨之變化。干燥空存在可使其功率反射系數(shù)達(dá)到最小值的物料層厚度臨界值。對于稻谷和糙米，在平鋪載荷條件下，這個(gè)臨界值分別為20mm和17mm。

    實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果也表明，由于不同的物料品種介電常數(shù)不同，使得干燥空在相同的物料量情況下表現(xiàn)出不同的功率反射特性。所以，在同樣的物料量及微波功率條件下，介電損失常數(shù)較大的物料吸收的微波能量較多，反射的較少，因此干燥室的功率反射系數(shù)就比較小。

3  微波干燥室的裝載方式對能量效率的影響  有關(guān)浮層及均勻平鋪載荷條件下稻谷和糙米的微波干燥過程中的能量效率問題的研究結(jié)果表明，如果干燥方法和工藝安排合理，微波干燥稻谷和糙米可達(dá)到較高的能量效率，甚至可達(dá)到高于傳統(tǒng)干燥方法。在微波干燥過程中安排一定的間歇時(shí)間以發(fā)揮照射后期作用、間歇照射作用或緩蘇作用，可以有效地提高微波干燥過程中的能量效率。有間歇的干燥工藝的能量效率明顯高于沒有間歇的干燥工藝的能量效率。載荷形式對微波干燥過程中的能量效率亦影響較大，微波干燥宜采用薄層載荷形式。

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