微波干燥設(shè)備原理是被干燥的物料在微波干燥設(shè)備場(chǎng)中吸收微波能量轉(zhuǎn)化為熱量,通過(guò)熱量來(lái)蒸發(fā)水分,達(dá)到干燥物料的目的。
微波干燥設(shè)備分隧道式微波干燥設(shè)備,箱式微波干燥設(shè)備,真空式微波干燥設(shè)備。極性介質(zhì)在未加電場(chǎng)時(shí),其偶極子作雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng),整體對(duì)外呈電中性;當(dāng)外加電場(chǎng)時(shí),介質(zhì)中的偶極子就呈方向性重新排列,即帶正電的一端趨向負(fù)極,帶負(fù)電的一端趨向正極,使雜亂運(yùn)動(dòng)著、毫無(wú)規(guī)則排列的偶極子,變成了有一定取向、有規(guī)則排列的極化分子,同時(shí),外加電場(chǎng)給予偶極子以勢(shì)能。介質(zhì)的極化愈強(qiáng),介質(zhì)所儲(chǔ)存的能量也就愈多,若改變電場(chǎng)方向,則偶極子的排列方向也隨之改變。在轉(zhuǎn)變過(guò)程中,由于分子的熱運(yùn)動(dòng)、相鄰分子間的相互作用和極性分子的變極效應(yīng),產(chǎn)生了類似“摩擦”的作用,使極性分子獲得能量,并以熱能的形式表現(xiàn)出來(lái),介質(zhì)的溫度也隨之上升。
把直流電源換成超高頻率的微波,微波波段電磁場(chǎng)頻率高達(dá)108數(shù)量級(jí),分子每秒鐘頻繁轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)數(shù)億次,極化過(guò)程中類似于“摩擦”的效果表現(xiàn)得極為激烈,產(chǎn)生極為可觀的熱量。
物料吸收微波的能力取決于微波的電場(chǎng)強(qiáng)度、頻率以及物料的介電常數(shù)。物料的水分含量、溫度、密度及組分等因素對(duì)介電常數(shù)都會(huì)產(chǎn)生影響,介電常數(shù)隨著水分含量的增加而增加;物料在低水分含量時(shí)由于物理上的束縛效應(yīng)減弱及偶極子易于重新取向,使得介電常數(shù)與溫度呈現(xiàn)正的梯度關(guān)系,在高水分含量時(shí)則相反,隨著溫度的上升反而減小了,故溫度系數(shù)取決于物料的水分含量;介電常數(shù)受水分的影響最大,鹽分可以降低物料中自由水的相對(duì)比例,使介電常數(shù)和偶極損耗減小,但增大了電導(dǎo)損耗。物料的幾何形狀對(duì)微波加熱方式有很大影響,物料周邊及尖角的電場(chǎng)強(qiáng)度較高,出現(xiàn)邊角效應(yīng),球形是微波加熱的理想形狀。
微波干燥時(shí),微波能透射到物料內(nèi)部被水分所吸收,微波能瞬時(shí)轉(zhuǎn)化為熱能使物料內(nèi)外同時(shí)升溫,使內(nèi)層水蒸氣壓力驟升,驅(qū)動(dòng)水蒸氣向表層排出,內(nèi)層首先出現(xiàn)干燥層,并逐漸向外層擴(kuò)展;常規(guī)干燥時(shí),表面吸收了熱介質(zhì)傳遞的熱能而汽化,表層溫度升高,內(nèi)外層溫差加大,外層首先形成干燥層,水分減少導(dǎo)致細(xì)胞濃度提高,形成內(nèi)層細(xì)胞的滲透壓差,水分便由內(nèi)層向外層流動(dòng)。常規(guī)干燥與微波干燥機(jī)理模型如常規(guī)干燥溫度梯度方向、熱量傳導(dǎo)方向由外向內(nèi),與蒸汽遷移方向正好相反,水蒸氣的擴(kuò)散遷移阻礙了熱量向內(nèi)層傳遞,因此延緩了整體升溫過(guò)程,溫度分布不均勻,內(nèi)外層溫差大,外層溫度較高促使表層水分蒸發(fā)加快,水分大量蒸發(fā)和細(xì)胞濃度降低了內(nèi)部水分的擴(kuò)散和蒸發(fā)速度,導(dǎo)致外層容易結(jié)殼,整個(gè)干燥時(shí)間較長(zhǎng);微波干燥為內(nèi)外同時(shí)升溫,物料表面因水分蒸發(fā)而相對(duì)溫度較低,外層不會(huì)結(jié)殼,溫度梯度方向由外向內(nèi),整體溫度分布均勻,內(nèi)外層溫差小,微波能的吸收程度取決于介電常數(shù),介電常數(shù)隨水分含量的變化而變化,水分含量越高,吸收的微波能量越多,轉(zhuǎn)化的熱量越多,因此熱量傳導(dǎo)方向由內(nèi)向外,與溫度梯度方向、蒸汽遷移方向相同,水蒸氣的擴(kuò)散遷移不影響熱量向表面?zhèn)鬟f,水分蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸氣引起內(nèi)部氣體壓力增加, 形成較大的壓力 差 , 內(nèi)層細(xì)胞濃度增加會(huì)產(chǎn)生一定的濃度差, 促使水分快速向表面擴(kuò)散遷移,蒸發(fā)速度高于常規(guī)干燥方式,縮短整個(gè)干燥時(shí)間。
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