微波干燥应用中需要注意的几个问题及对策

微波干燥应用中需要注意的几个问题及对策

    采用能量转换效率高、易实现自动控制、占用空间小、可以根据生产实际随时关停.微波加热干燥设备等措施，可避免出现采用一般常规的火炉或锅炉加热时出现的对产品和环境的污染、安全隐患、维护费用高、使用寿命短、工作温度难以控制等问题。但是若使用不当，特别是微波干燥室的结构及载荷配置不合理，会导致微波能反射、效率降低、物料加热不均匀，产品质量难以保证等问题。最新的研究结果表明，在微波干燥过程中载荷的形式、通风与否及通风方向等对于干燥的均匀性、产品的质量以及微波干燥设备的能量效率等都有很大的影响。

    1  通风方向及风量等的选择  稻谷和糙米的厚层微波干燥研究结果表明，在微波干燥中适当的通风是必要的，通风的方向和风量的大小如果合适都会影响到干燥的均匀性、能量效率等重要的干燥工艺性能指标。根据被干燥物料层内通风的方向与微波辐射的方向的关系，通风的模式可分为顺流通风、逆流通风和横流通风三种形式[注：逆流通风是指通风气流在物料层内的流动方向与微波辐射物料的方向相反，即气流自下而上流动，而微波自上而下辐射；顺流通风是指通风气流在物料层内的流动方向与微波辐射物料的方向一致，即自上而下流动(辐射)；横流通风是指通风气流在物料层内的流动方向与微波辐射物料的方向相垂直.

    稻谷的厚层微波干燥实验结果表明，顺流通风有利于提高干燥的均匀性、能量效率和被干燥物料的品质。其主要体现在被干燥物料层内水分和温度分布较为均匀。

    在顺流通风状态下微波干燥90min后糙米厚层中的温度和含水率分布的典型曲线。其表示出了在顺流通风状态下用微波干娱厚层糙米的特征。因稻谷和糙米有相似的特征，困此稻谷厚层中的温度相含水率的分布曲线勺糙米厚层中的温度和含水率的分布曲线非常相似。从糙米层的最高处到深度为0．05m处，随着深度的增加，温度会随之增加，但含水率却随之减少。虽然微波放热能量的强度在最高处理论上是最强的，但是温度相对却是最低的。在深度为0.0 5-0.07m的区间内，温度达到最高值，含水率也达到最低值。温度的最大增加幅度和含效率的最大减少幅度是在深度为0.05一0.0 7m的区间内。通风空气和糙米之间的热传递在这个区间内也达到了平衡。随着深度的继续增加，温度会降低，这是因为深度超过0．07m之后，微波的放热能量会变得越来越小。因而，在深度大于0．130m之后，干燥能力会变得越来越弱。厚层稻谷的微波干燥也存在类似的情况。在厚层糙米的微波干燥过程中确实也存在一个有效干燥厚度，此有效干燥厚度约为0．130m。

    顺流通风在厚层微波干燥中有两个作用：一是把谷层中被蒸发出来的水分带到干燥器外，另—个作用就是热传递。在顾流通风状态下，空气把热能从微波能量强度最高的物料层顶部带到厚层的深处，使干燥所需的热量分布均匀。根据微波传输理论，糙米厚层内的微波能量强度分布应呈负指数曲线状。稻谷微波干燥的实验结果亦表明，在无通风的条件下，稽谷厚层内的温度分布为旱负指数曲线状，即厚层顶部的温度最高。当在顺流通风条件下，如前所述，顶部的微波能量被顺流通风的空气传递到了糙米层的深处，因此顶部的温度并不是最高。而且厚层内的相对高温区向厚层深处延伸。顺流通风在厚层糙米的微波干燥中对温度和含水率的分布均勺性起着十分重要的作用。事实上，前述的厚层糙米微波干燥的有效干燥厚度在顺流通风状态厂也会增大。

    对于稻谷和糙米的厚层微波干燥，如果微波的功率被控制在0．05-0.09kW／kg范围内风速被控制在0．12-0．20m／s范围内，则可以保证不出现爆腰和发芽率降低等质量问题。

    2  微波干燥器的反射问题  出于受微波传输特点的限制，在微波干燥室的结构和干燥工艺设计及实际操作中不可避免地存在能量反射问题。

    均匀平铺载荷条件下的实验研究的结果证明，随着干燥室内的物料量的增加(即随着干燥床上物料层厚度的增加)，功率反射系数减小。在稻谷的平铺载荷条件下，当物料层厚度小于10mm时，功率反射系数在0．42-0．52范围内。如果在稻谷的平铺载荷条件下．物料层厚度大于20mm，或在糙米的平铺载荷条件下，物料层厚度大于17mm，功率反射系数将小于0．15。功率反射系数的这种变化是因为随着干燥床上物料数量的变化，载荷的阻抗将随之变化，进而使干燥室的功率反射系数也随之变化。干燥空存在可使其功率反射系数达到最小值的物料层厚度临界值。对于稻谷和糙米，在平铺载荷条件下，这个临界值分别为20mm和17mm。

    实验研究的结果也表明，由于不同的物料品种介电常数不同，使得干燥空在相同的物料量情况下表现出不同的功率反射特性。所以，在同样的物料量及微波功率条件下，介电损失常数较大的物料吸收的微波能量较多，反射的较少，因此干燥室的功率反射系数就比较小。

3  微波干燥室的装载方式对能量效率的影响  有关浮层及均匀平铺载荷条件下稻谷和糙米的微波干燥过程中的能量效率问题的研究结果表明，如果干燥方法和工艺安排合理，微波干燥稻谷和糙米可达到较高的能量效率，甚至可达到高于传统干燥方法。在微波干燥过程中安排一定的间歇时间以发挥照射后期作用、间歇照射作用或缓苏作用，可以有效地提高微波干燥过程中的能量效率。有间歇的干燥工艺的能量效率明显高于没有间歇的干燥工艺的能量效率。载荷形式对微波干燥过程中的能量效率亦影响较大，微波干燥宜采用薄层载荷形式。

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