微波干燥/加工比常規(guī)干燥方式加工提高了產(chǎn)品質(zhì)量, 但由于干燥溫度一般在70℃以上, 干燥速度快,易導(dǎo)致部分產(chǎn)品內(nèi)部糊化, 降低了產(chǎn)品品質(zhì); 微波真空干燥技術(shù)把真空干燥與微波干燥的特點(diǎn)有機(jī)結(jié)合,
在真空條件下利用微波能進(jìn)行物料的干燥加工, 真空環(huán)境保證了物料能在低溫條件下進(jìn)行干燥,微波干燥物料又具有瞬時(shí)性,因此可以實(shí)現(xiàn)物料的快速低溫干燥[ 1～ 2 ]。研制的連續(xù)式微波真空干燥設(shè)備可保證物料的干燥溫度在40℃左右,干燥速度是真空熱風(fēng)干燥的數(shù)十倍, *提高了生產(chǎn)能力,而且干燥的產(chǎn)品可有效地保持色、香、味、形和營(yíng)養(yǎng)成分, 提高了產(chǎn)品品質(zhì)。
1 主要結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)
1.1 主要結(jié)構(gòu)
微波真空干燥裝置是由真空系統(tǒng)和微波系統(tǒng)組成的一套干燥系統(tǒng)。其工作過(guò)程為: 首先關(guān)閉進(jìn)出料擋板閥, 打開真空蝶閥,同時(shí)啟動(dòng)真空泵, 使真空干燥室內(nèi)產(chǎn)生一定的真空度,并通過(guò)電磁壓差放氣真空截止閥來(lái)維持干燥室內(nèi)的真空度。物料連續(xù)不斷地進(jìn)入到進(jìn)料斗中, 通過(guò)進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)入微波真空工作室,此時(shí)順序啟動(dòng)各微波源, 物料開始進(jìn)行微波真空干燥加工, 采用滾筒刮板螺旋輸送物料,使物料在微波真空干燥室內(nèi)緩慢橫向移動(dòng)和上下徑向轉(zhuǎn)動(dòng),可均勻接受微波能。物料干燥處理結(jié)束后, 通過(guò)出料系統(tǒng)輸出,完成卸料。該設(shè)備主要包括進(jìn)料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、微波系統(tǒng)、真空干燥室、出料系統(tǒng)和真空系統(tǒng)6個(gè)部分。
1.2 關(guān)鍵技術(shù)
（1） 微波真空干燥室
在真空狀態(tài)下, 由于真空度的降低, 降低了空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng), 使氣體分子易被電場(chǎng)電離, 從而出現(xiàn)氣體擊穿、拉弧放電現(xiàn)象, 該現(xiàn)象zui易發(fā)生在微波饋能耦合口和腔體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)集中處, 不僅會(huì)消耗微波能, 而且會(huì)損壞部件并產(chǎn)生較大的微波反射, 縮短磁控管使用壽命。在真空度和微波功率的給定范圍條件下, 應(yīng)合理設(shè)計(jì)確定微波真空干燥室的結(jié)構(gòu)和尺寸,使室內(nèi)的空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)在安全范圍之內(nèi)。微波真空干燥室的結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證微波場(chǎng)的均勻性, 避免物料介質(zhì)某部分由于場(chǎng)強(qiáng)很強(qiáng)而過(guò)熱,而另一部分卻由于弱電場(chǎng)而受熱不足, 同時(shí)微波真空干燥室的結(jié)構(gòu)還應(yīng)滿足壓力容器的設(shè)計(jì)要求和規(guī)范。依據(jù)以上設(shè)計(jì)原則, 確定微波真空干燥室的主要結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)。
（2） 微波真空密封結(jié)構(gòu)
在微波真空干燥設(shè)備各連接處, 需要同時(shí)進(jìn)行微波和真空的雙重密封, 將微波泄漏量控制在安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),真空度還應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。因此, 在微波真空干燥室和饋能裝置的接口、各法蘭和進(jìn)出料口等處,既要采用適合的微波密封材料來(lái)防止微波泄漏, 同時(shí)還需采用橡膠圈進(jìn)行真空密封,防止系統(tǒng)泄漏引起真空度的降低。根據(jù)連接處的不同結(jié)構(gòu)型式, 分別采用導(dǎo)電橡膠條、導(dǎo)電金屬圈和軟性鐵氧體等材料作為微波密封材料。
（3） 連續(xù)式進(jìn)出料結(jié)構(gòu)
連續(xù)式進(jìn)出料結(jié)構(gòu)可保證設(shè)備的連續(xù)化生產(chǎn),由于進(jìn)出料動(dòng)作頻繁,所以該結(jié)構(gòu)需具有較好的密封性來(lái)保持整個(gè)系統(tǒng)的真空度并防止微波泄漏,所以密封是該部件的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的真空進(jìn)出料結(jié)構(gòu)采用旋轉(zhuǎn)閉風(fēng)器結(jié)構(gòu), 該結(jié)構(gòu)連續(xù)輸送性好, 入料均勻, 但容易堵料,使密封件磨損嚴(yán)重, 密封件磨損后會(huì)使真空系統(tǒng)泄漏, 造成真空度不穩(wěn)定。同時(shí), 微波沿著密封件磨損后的縫隙向外輻射,導(dǎo)致微波泄漏量超過(guò)安全輻射標(biāo)準(zhǔn)。本研究采用雙擋板閥結(jié)構(gòu)將物料從進(jìn)料斗送入微波干燥室, 再?gòu)脑撌倚读系匠涵h(huán)境。
2 主要部件設(shè)計(jì)
2.1 微波真空干燥室
微波真空干燥室采用圓柱形諧振腔, 圓柱形加熱器的磁力線比較集中, 物料升溫較快,比較適合物料干燥膨化的快速升溫要求,同時(shí)圓柱形結(jié)構(gòu)易滿足壓力容器的設(shè)計(jì)要求。由工作負(fù)載的zui大允許溫度、工作的真空度以及空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)與壓力的相關(guān)關(guān)系,確定zui大安全工作電場(chǎng)強(qiáng)度, 利用下式可計(jì)算出工作負(fù)載的zui大功率耗散密度。
干燥室內(nèi)的單位微波功率應(yīng)小于工作負(fù)載的zui大功率耗散密度, 由此可計(jì)算出干燥室的zui小體積,確定了干燥室的zui小體積, 并考慮物料系數(shù)、功率密度及微波場(chǎng)均勻性等因素,來(lái)確定干燥室的主要參數(shù)。在輸入功率不變的情況下, 腔體尺寸越大,出現(xiàn)的模式越多, 不同模式的電場(chǎng)疊加, 使得總的疊加電場(chǎng)在整個(gè)腔體內(nèi)比較均勻。干燥室的另一個(gè)重要參數(shù)是品質(zhì)因數(shù), 品質(zhì)因數(shù)表示了諧振腔的質(zhì)量,其值越高,微波效率利用率越高。
2.2 微波系統(tǒng)
微波系統(tǒng)采用多饋口獨(dú)立輸入微波能到干燥室內(nèi), 以降低饋能耦合口的功率密度, 防止出現(xiàn)氣體擊穿、拉弧放電現(xiàn)象，每個(gè)獨(dú)立微波源包括微波功率源和微波傳輸系統(tǒng)。微波功率源主要電氣線路，其中關(guān)鍵元件是磁控管V E,該系統(tǒng)采用連續(xù)波磁控管, 由具有高漏電感的微波變壓器T 提供磁控管正常工作所需電壓, 在該變壓器初級(jí)繞組上加220V交流電壓后, 在次級(jí)低壓繞組中產(chǎn)生用于磁控管陰極加熱的燈絲電壓, 與此同時(shí), 在次級(jí)高壓繞組中產(chǎn)生千伏級(jí)的高壓交流電，經(jīng)高壓電容C 與高壓二極管VD 組成倍壓整流回路后, 加到磁控管兩極之間，為磁控管陰極提供一個(gè)負(fù)高壓。磁控管工作時(shí),會(huì)散發(fā)大量熱量, 應(yīng)進(jìn)行冷卻控制, 為了使用方便,通常采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，即將風(fēng)扇安裝在磁控管散熱片附近, 用于冷卻工作中的磁控管。
微波傳輸系統(tǒng)是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)將磁控管輸出的微波功率以zui低損耗傳輸?shù)轿⒉ㄕ婵崭稍锸?/span>, 磁控管的輸出天線插入標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)寬邊上的孔中, 保證其輸出天線頭上所附的金屬絲網(wǎng)墊圈與波導(dǎo)孔的翻邊凸緣均勻良好接觸，然后均勻擰緊固定螺釘, 即可使用。波導(dǎo)與干燥室連接處的法蘭加了一塊聚四氟乙烯板, 可以阻隔干燥過(guò)程中的水蒸氣，并在法蘭的凹槽中放入了橡膠圈密封真空, 保證干燥室內(nèi)的真空環(huán)境, 采用軟性鐵氧體環(huán)防止微波泄漏。
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