关于微波真空干燥技术研究的文献综述.doc

精品微波真空干燥技术研究综述 微波真空干燥技术，它是一种新的干燥方式，具有加工操作简单、效率高、成本低、节约能源等优点，文章分别从微波真空干燥的工作原理、特点、设备结构、经济效益、应用前景等方面进行介绍，并提出了此项技术目前存在的困难，希望可以继续研究完善。完成本文前阅读的资料如下：1牛忠霞.微波技术及应用M.北京:国防工业出版社,20052 潘永康,王喜忠,刘相东等.现代干燥技术M.北京:化学工业出版社,20073 杨先伟.微波炉电磁仿真与优化设计D.成都:电子科技大学:20084 刘相东,于才渊,周德仁.常用工业干燥设备及应用M.北京:化学工业出版 社,20055 赵祥涛，唐学军，张明学.节能减排加强真空低温连续干燥新技术推广与应用 J.粮食储藏技术.2009，（1）：8.6 廖承恩.微波技术基础M.西安:西安电子科技大学出版社,1994,127 张建龙,朱文学.微波冷冻干燥技术的特点及发展前景.食品工业科 技,2002.12,Vol.23(12), 88.89 (ISSN1002.0306 CN11.1759/TS)8 彭振,王继焕,邹雪平.红枣干燥技术的研究进展J.农业机械,2013,69 YONGSAWATDIGUL J,GUNASEKARANS.Pulsed microwave vacuum drying of cranberries:II.Quality evaluationJ.J of Food Processing and Preservation,1996,20(3):145-156.10 LIN Y E.Finite element analysis of microwave heating of foodsJ.J of Food Engineering,1995,25(1):85-112.11 崔正伟,许时婴,孙大文.微波真空干燥技术的进展J.粮油加工与食品机 械,2002,(7):28-30.12 梅成.微波真空低温干燥技术应用A.第十届全国微波能应用学术会议论文 集C,2001.7-8.13 陈建东,李峰,朱秀英,杨宛章.红枣微波干燥工艺的研究J.农机化研 究,2010 (11) : 228-231.1 引言 能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础，也是我国实现全面建设小康社会宏伟目标的基本物质保证!自改革开放以来，我国国民经济以较快的速度持续发展，能源需求迅速增长，由此造成的环境污染也日趋严重，我国正面临着前所未有的能源与环境的双重巨大压力。而随着经济的快速发展，人们的生活水平也不断提高，人们对于物质生活的要求也越来越高，为了更好的储藏保健品、食品、果蔬、药材等生活用品，都需要对其进行干燥处理，而传统的干燥方式大多是通过对物品进行加热从而达到干燥的目的，但是，被加热物料表面温度高内部温度低，内外温差大，温度难以控制，而热的传导速度也较缓慢，另外还有能耗大、效率低、干燥时间长等局限。近年来，国家把节能减排政策提到了前所未有的高度，大力鼓励节能减排我国能源环境发展战略的制定，已为我国干燥技术的发展指明了方向，而微波真空干燥技术的诞生解决了很多传统干燥方法所遗留的问题，因此得到了广泛应用。2 国内外微波干燥设备的发展与现状 微波干燥技术，起源于上世纪40年代,到60年代国外才开始大量应用。国外在上世纪60年代就对微波干燥技术的理论和应用,进行了广泛地研究,近几十年微波干燥技术又得到了进一步发展。我国微波干燥技术的研究起步较晚,微波干燥技术的应用始于上世纪70年代初期 牛忠霞.微波技术及应用M.北京:国防工业出版社,2005。虽然，目前与国外相比有一定差距,但也在一定领域内取得了不错的成绩和研究与应用成果,目前我国微波干燥技术已应用于食品、医药、材料化工、矿产开采业、实验室分析、湿天然橡胶加工等方面。由于微波对水分有选择加热的特点,所以粮食、木材、纸张、油料作物、蚕苗、茶叶、烟草等含水物料均可用微波干燥技术进行干燥。尽管我国在微波干燥方面己有一些成功的范例,但从整个行业来看,装机功率仍然非常低,与发达国家相比仍有很大的差距 潘永康,王喜忠,刘相东等.现代干燥技术M.北京:化学工业出版社,2007。 同国外相比,在微波干燥技术的应用研究方面我国起步较晚。虽然也取得不少成果,但微波干燥技术的应用研究领域还比较狭窄,大多数研究仍停留在实验阶段或小规模生产阶段;同时,复合微波干燥技术的研究有待近一步拓展,即微波干燥技术与传统干燥技术相结合的新型干燥方式;再者,与微波干燥技术相配套的设备及相关元器件的开发还需加强。另一方面,虽然目前微波技术在天然橡胶干燥方面的理论研究及应用,已取得了很大的进步,但再生胶生产过程中的规模化及自动化还有很多亟待解决的问题,微波技术对橡胶的分子结构、非橡胶组分以及用该方法生产的橡胶制品的工艺性能等方面的影响还需进一步研究。3 微波真空干燥的原理及特点微波的加热方式与普通的热传递有着较大不同。通过空间高频电场在空间不断变换方向,使物料中的极性分子随着电场作高频振动,由于分子间的摩擦挤压作用,使物料迅速发热。同时，热传导方向与湿分子传导方向一致，大大提高了物料的干燥速率。由于加热中热量直接来源于干燥物内部，微波加热设备本身不耗热，热效率可达80以上 杨先伟.微波炉电磁仿真与优化设计D.成都:电子科技大学:2008。这些因素使微波干燥物料完全可以达到干燥后的含水量要求，显现不可替代的优势。 据实际测验，在多层微波干燥设备中，每蒸发1kg水仅需消耗143kWh的电能。同时通过智能化控制系统可以精确控制水分等优点。此外，在低温低压干燥时氧含量低，被干燥物料氧化反应减弱变缓，从而保证了物料的风味、外观和色泽，易于干燥热敏性物料，特别是对农副产品如大枣的低温干燥，具有其独特的优势 刘相东,于才渊,周德仁.常用工业干燥设备及应用M.北京:化学工业出版 社,2005。 此种加热方式称为介电加热,由于这一不同的加热原理,使微波具有以下征: (1)穿透性:微波可以直接穿透入物料内部,对内外均衡加热,从而大大缩短了加热时间 赵祥涛，唐学军，张明学.节能减排加强真空低温连续干燥新技术推广与应用 J.粮食储藏技术.2009，（1）：8.。 (2)选择性加热:不同物料对微波吸收程度是不一样的。一般来说,物料分子极性越强,越容易吸收微波,水是分子极性非常强的物质,非常容易吸收微波而发热,物料含水量越高,其吸收微波的能力越强,含水量降低,对微波的吸收也相应减少,当干燥器内物料的含湿量有差异时,含水量较高的部分会吸收较多的微波,因此在腔体内起到一个能量自动平衡作用。由于这些特点,使微波非常适合于干燥。 (3)加热响应快,易于控制:微波加热的时滞极短,加热与升温几乎是同时的。通过实践证明,微波干燥的速率是非常高的,主要来源于以下因素: a)微波加热时,由于外部水分的蒸发,外部温度会略低于内部温度,热量从内向外传递,水分的转移同样由内向外,传质与传热是同向的,极大地提高了干燥速率,而传统干燥过程中,物料的温度梯度是外高内低,热量由外向内传递,水分自内向外转移,传质与传热逆向,干燥速率大大降低 廖承恩.微波技术基础M.西安:西安电子科技大学出版社,1994,12。 b)微波降低了水分子,尤其是结合水,与物料分子间的亲合力,使水分子容易脱离物料分子而向外逸散。将微波技术与真空技术结合起来,使干燥过程既具有高效率,又具有低温,隔绝氧气的特点,使得这一技术非常适合于各种热敏感性物质的干燥 张建龙,朱文学.微波冷冻干燥技术的特点及发展前景.食品工业科 技,2002.12,Vol.23(12), 88.89 (ISSN1002.0306 CN11.1759/TS)。 总体而言,微波真空干燥技术具有以下特点: (1)成品质量好:微波真空干燥对物料中热敏感性成份及生物活性物质具有极高的保存率,一般可达90%95%,成品品质达到或超过冻干产品。其原因,主要是因为微波真空干燥时间较冻干大大缩短的缘故 彭振,王继焕,邹雪平.红枣干燥技术的研究进展J.农业机械,2013,6。 (2)成本低:微波能源利用率高,对设备及环境不加热,仅对物料本身加热。运行成本比冻干降低30%40%,也低于红外干燥。系统的优化设计使设备维护费用降到最低。 (3)效率高:微波可以穿透至物料内部,使内外同时受热,蒸发时间比常规加热大大缩短。微波真空干燥设备每干燥一批物料,约4060min;冻干一批同样含水量的物料约2430h。连续式微波真空干燥设备可进一步提高效率,可对大宗物料进行高速连续化生产 YONGSAWATDIGUL J,GUNASEKARANS.Pulsed microwave vacuum drying of cranberries:II.Quality evaluationJ.J of Food Processing and Preservation,1996,20(3):145-156.。 (4)适用范围广:对物理状态的产品,不同形状及大小的物料均可有效干燥(但为了保持较高效率,一般物料最薄处20mm)。 (5)环保:无有毒有害废水或气体产生,工厂环境清洁卫生。 (6)安全性:微波不会给被加热物料带来不安全因素,其安全性得到国际认可。为保障设备使用的安全性,微波泄漏量应满足国际电工委员会(IEC)对微波安全性要求。 (7)小巧:相对于同样生产能力的冻干设备,微波真空干燥设备体积小,重量轻,节省了厂房面积和空间,也便于安装。 (8)操作简单:微波设备的操作使用十分简单。可以实现高度自动化操作。 (9)相容性:对于对热高度敏感的物质的干燥,如一些生物药品,可采取微波与真空冷冻干燥相结合的方法。微波真空冷冻干燥较传统冻干工艺缩短干燥周期,进一步提高品质 LIN Y E.Finite element analysis of microwave heating of foodsJ.J of Food Engineering,1995,25(1):85-112.。4经济效益和社会意义 用多层真空微波设备对物料进行干燥可以实现以下几个优点 崔正伟,许时婴,孙大文.微波真空干燥技术的进展J.粮油加工与食品机 械,2002,(7):28-30.： （1）干燥均匀。采用多层往复输送结构，使物料在干燥过程中呈”准动态”状态，可多次翻转、移位。使物料干燥均匀度得到了很大的提高，改善了长期以来中物料剂应用微波技术干燥不均的状态。 （2） 不开裂。利用自主的专利技术，解决了中物料应用微波干燥开裂的难题。利用计算机模拟技术，优化微波功率密度分布，可根据物料的干燥特性，达到自然干燥状态，利用空间面积和真空特性实现低温长距离干燥。 （3）节约能源。常规的真空干燥设备都采用蒸汽进行加热，需要从里到外进行加热，加热速度慢需要耗费大量的煤，而微波真空干燥设备采用的是电磁波加热，无需传热媒介，直接加热到物体内部，升温速度快，1千瓦的微波能在3-5分钟内将常温下的水加热到100，避免了上述缺点，所以速度快、效率高、干燥周期大大缩短，能耗降低。与常规干燥技术相比可提高工效四倍以上。 （4）易控，便于连续生产及实现自动化，由于微波功率可快速调整及无惯性的特点，易于即时控制，可以在40-100之间任意调节温度 梅成.微波真空低温干燥技术应用A.第十届全国微波能应用学术会议论文 集C,2001.7-8.。 （5）产品质量好，与常规方法相比，所加工的产品质量有较大幅度的提高。 （6）微波具有消毒、杀菌的功效，产品安全卫生。保质期长。 （7）经济效益显著。5 展望微波真空干燥技术作为一种现代高新技术，以其独特的加热特点和干燥机理为农产品的加工处理开辟了一条新的途径，应用前景十分广阔!尤其是对于用传统干燥工艺难以干燥的物料和高能耗作业，微波真空干燥技术可以发挥重要的