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論文關(guān)鍵詞：微波 組合干燥 現(xiàn)狀
論文摘要：本文闡述了國內(nèi)外微波真空干燥的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析了各種微波干燥，并分析了微波真空于燥技術(shù)的幾個(gè)問題。
1.序言
微波是指頻率為300MHz～300GHz、波長為lmm～lm的電磁波。它的干燥原理是：微波發(fā)生器將微波輻射到待干燥的物料上，當(dāng)微波射人物料內(nèi)部時(shí)，使物料內(nèi)的水等極性分子按微波頻率作同步旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)；水等極性分子高速旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，使物料內(nèi)部瞬時(shí)產(chǎn)生摩擦熱，導(dǎo)致物料內(nèi)部和表面同時(shí)升溫，使大量的水分子從物料中蒸發(fā)逸出，從而達(dá)到干燥的目的。
微波真空干燥是隨微波干燥技術(shù)發(fā)展起來的一項(xiàng)新的組合干燥技術(shù)。它不僅具有干燥速度快、時(shí)問短、物料溫度低、色香味及營養(yǎng)成分保留好等優(yōu)點(diǎn)，而且參數(shù)容易控制，能干燥多種不同類型的物料。目前我國雖有一些單位正在進(jìn)行研究，但其技術(shù)性能還需要完善，在機(jī)理和工藝方面也還有很多問題需要深化和研究。
2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
早在上世紀(jì)80年代，美國、加拿大、英國和德國就開始研究微波真空干燥技術(shù)，主要集中在美國的威斯康辛大學(xué)、加利福尼亞大學(xué)，加拿大的Britis C0lumbia大學(xué)，德國的Karlsruhe大學(xué)，英國的Queen University，希臘的國立科技大學(xué)，法國的Albi研究所等。研究的內(nèi)容涉及微波真空干燥機(jī)理、傳熱傳質(zhì)微波真空干燥模擬、微波真空干燥能耗與工藝以及各種不同類型物料(香蕉，蘿卜片，果膠，土豆，漿果等)的微波真空干燥操作等。
國內(nèi)目前的研究單位有江南大學(xué)食品學(xué)院、東北大學(xué)、大連水產(chǎn)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、上海工程技術(shù)大學(xué)、華南理工大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、天津輕工大學(xué)、上海辰燦輕工機(jī)械公司、四川大學(xué)食品學(xué)院食品科學(xué)與工程系、南京三樂微波技術(shù)有限公司等。
江南大學(xué)食品學(xué)院進(jìn)行了甘藍(lán)的微波真空和熱風(fēng)聯(lián)合干燥試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：微波真空聯(lián)合干燥縮短干燥時(shí)問48％，提高了營養(yǎng)成分和葉綠素的保存率，改善了干燥品質(zhì)。
大連水產(chǎn)大學(xué)張國琛進(jìn)行了扇貝柱的微波-真空-聯(lián)合干燥，試驗(yàn)研究了微波功率、真空度，微波爐啟閉比、預(yù)處理鹽水濃度和扇貝大小對干燥效果的影響，建立了扇貝微波真空干燥的動(dòng)力學(xué)模型。
3. 微波組合干燥技術(shù)
組合干燥是一種具有廣闊發(fā)展前景的干燥技術(shù)，它可以發(fā)揮各種干燥工藝的長處，克服各自缺點(diǎn)，借長補(bǔ)短，達(dá)到率、低能耗、優(yōu)品質(zhì)的干燥目的。由于微波干燥是一種*不同于其它干燥方式的干燥技術(shù)，所以它也是與其它干燥方式組合zui多的一種干燥技術(shù)，同時(shí)也是當(dāng)前上研究zui多的一種干燥技術(shù)。以下是幾種較常見的組合方式。
3.1微波熱風(fēng)組合干燥(也稱微波對流干燥)
在與微波組合的干燥方法中，微波熱風(fēng)組合干燥是研究zui多的一種。由于熱風(fēng)干燥時(shí)間長、質(zhì)量差，故不適合干燥熱敏性物料；采用熱風(fēng)微波組合干燥可以克服上述缺點(diǎn)。此外，微波干燥的成本與熱風(fēng)干燥相比還是很高，單純微波干燥是不經(jīng)濟(jì)的。熱風(fēng)干燥對物料來說是從表面向內(nèi)干燥，溫度梯度與水分轉(zhuǎn)移的方向相反，而微波干燥是從內(nèi)部加熱，溫度梯度與水分轉(zhuǎn)移的方向相同，二者結(jié)合，可以達(dá)到既縮短干燥時(shí)間又降低成本的目的。微波與熱風(fēng)干燥可以有三種結(jié)合方式。
3.1.1.在臨界含水率處加入微波
當(dāng)干燥從恒速段進(jìn)入降速段(即物料含水率達(dá)到臨界水分 )時(shí)將微波能引入干燥器，使物料內(nèi)部產(chǎn)生熱量和蒸汽壓，使水分?jǐn)U散至物料的表面并被排除，這時(shí)利用微波會(huì)非常顯著地提高干燥速度。
3.1.2.在干燥器的終端加入微波
單一的干燥系統(tǒng)在接近干燥終了時(shí)效率zui低去除幾個(gè)百分點(diǎn)的水分往往需要很長的時(shí)間，利用微波可以顯著減少干燥時(shí)間。
3.1.3.在zui初預(yù)熱階段加入微波
在干燥前物料含水率較高，可以先用微波將物料加熱到蒸發(fā)溫度，然后用普通熱風(fēng)干燥，去除表面水分，干燥時(shí)間可以縮短。
3.2.微波真空組合干燥
微波雖然具有加熱速度快、干燥時(shí)間短、選擇性好、能源利用率高和便于控制等優(yōu)點(diǎn) ，但單純使用微波進(jìn)行食品干燥，容易產(chǎn)生由于過熱引起的燒傷現(xiàn)象和食品邊緣焦化、結(jié)殼和硬化等現(xiàn)象；上述現(xiàn)象多半是由于溫度過高和干燥過快引起的。采用真空可以降低水的蒸發(fā)溫度，使物料在較低的溫度下快速蒸發(fā)，同時(shí)還可避免氧化，因而改善了干燥品質(zhì)。在醫(yī)藥、食品和化工領(lǐng)域有很多熱敏性物料需要低溫快速干燥，因此，將微波技術(shù)與真空技術(shù)相結(jié)合就成為一項(xiàng)發(fā)展前景和實(shí)用價(jià)值的新技術(shù)。從國內(nèi)外有關(guān)微波干燥的研究現(xiàn)狀來看，微波真空組合干燥也是目前發(fā)展較快的一種組合干燥技術(shù)。
3.2.1.脈沖間歇式微波真空干燥
微波干燥雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但經(jīng)常會(huì)發(fā)生局部過熱、表面硬化、顏色不正和加熱不均勻等現(xiàn)象；此外，能量效率不高也是一個(gè)缺點(diǎn)。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因之一就是熱質(zhì)傳遞控制不當(dāng)，解決的方法之一是采用脈沖方式輸入微波能，即短時(shí)間的微波加熱和較長時(shí)間的間斷。試驗(yàn)證明：當(dāng)物料干燥到臨界水分以后，連續(xù)施加微波能并不能加速水分的蒸發(fā)；采用間歇干燥的方法，不僅可以節(jié)省能量、提高干燥效率，還可以改善干后物料的品質(zhì)。脈沖間歇式微波真空干燥技術(shù)是Edh0lm于1933年提出的。采用這種技術(shù)的特點(diǎn)是使物料中的水分和溫度在間歇階段能夠均衡再分配，減少水分梯度，這將有利于提高下階段的干燥速率。
試驗(yàn)還表明，脈沖微波干燥時(shí)，微波接通時(shí)間越長、斷開時(shí)間越短，物料溫度越高。因此，通過調(diào)節(jié)脈沖比或真空度可以改變物料的溫度。
3.2.2.變功率微波真空干燥
加拿大食品工程研究所 Christene H．等進(jìn)行了蘿卜片的變功率微波真空干燥，微波的頻率為2450MHz，微波功率4kW可調(diào)，真空度為13.3kPa，蘿卜片的終水分為10％，微波諧振腔為圓筒形，直徑350mm，長度500mm，采用的干燥工藝為：干燥開始后的zui初19min微波功率為3kW，中間4min為1kW，zui后10min為0.5kW。試驗(yàn)過程研究了顏色、復(fù)水性、密度和胡蘿卜素、維生素含量等質(zhì)量指標(biāo)。結(jié)果表明：如果綜合考慮，微波真空干燥的性能甚至優(yōu)于真空冷凍干燥。美國加利福尼亞大學(xué)研制的微波真空干燥設(shè)備諧振腔是一個(gè)長12.2m的不銹鋼圓筒，中間有輸送帶，沿長度方向分為三個(gè)干燥區(qū)，*干燥區(qū)的微波功率較大，真空度為1.33～3.99kPa，第二、第三干燥區(qū)的微波功率遞減。說明變功率微波真空干燥是一個(gè)研究方向。
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