干燥机:连续式微波真空干燥设备的研究

  • 2021-06-19 12:11:28
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微波干燥加工比常规干燥方式加工提高了产品质量,但由于干燥温度一般在70C以上,干燥速度快,易导致部分产品内部糊化,降低了产品品质;微波真空干燥技术把真空干燥与微波干燥的特点有机结合,在真空条件下利用微波能进行物料的干燥加工,真空环境保证了物料能在低温条件下进行干燥,微波干燥物料又具有瞬时高效性,因此可以实现物料的快速低温干燥研制的连续式微波真空干燥设备可保证物料的干燥温度在4C左右,干燥速度是真空热风干燥的数十倍,极大提高了生产能力,而且干燥的产品可有效地保持色香味形和营养成分,提高了产品品质1主要结构与关键技术1-1主要结构微波真空干燥装置是由真空系统和微波系统组成的一套干燥系统其工作过程为:首先关闭进出料挡板阀,打开真空蝶阀,同时启动真空泵,使真空干燥室内产生一定的真空度,并通过电磁压差放气真空截止阀来维持干燥室内的真空度。物料连续不断地进入到进料斗中,通过进料系统进入微波真空工作室,此时顺序启动各微波源,物料开始进行微波真空干燥加工,采用滚筒刮板螺旋输送物料,使物料在微波真空干燥室内缓慢横向移动和上下径向转动,12关键技术在真空状态下,由于真空度的降低,降低了空气的击穿场强,使气体分子易被电场电离,从而出现气体击穿、拉弧放电现象,该现象*易发生在微波馈能耦合口和腔体内场强集中处,不仅会消耗微波能,而且会损坏部件并产生较大的微波反射,缩短磁控管使用寿命在真空度和微波功率的给定范围条件下,应合理设计确定微波真空干燥室的结构和尺寸,使室内的空气击穿场强在安全范围之内。微波真空干燥室的结构还应保证微波场的均匀性,避免物料介质某部分由于场强很强而过热,而另一部分却由于弱电场而受热不足,同时微波真空干燥室的结构还应满足压力容器的设计要求和规范依据以上设计原则,确定微波真空干燥室的主要结构和尺寸参数。

在微波真空干燥设备各连接处,需要同时进行微波和真空的双重密封,将微波泄漏量控制在安全标准范围内,真空度还应达到相应的设计要求因此,在微波真空干燥室和馈能装置的接口各法兰和进出料口等处,既要采用适合的微波密封材料来防止微波泄漏,同时还需采用橡胶圈进行真空密封,防止系统泄漏引起真空度的降低根据连接处的不同结构型式,分别采用导电橡胶条、导电金属圈和软性铁氧体等材料作为微波密封材料。

由于进出料动作频繁,所以该结构需具有较好的密封性来保持整个系统的真空度并防止微波泄漏,所以密封是该部件的关键传统的真空进出料结构采用旋转闭风器结构,该结构连续输送性好,入料均匀,但容易堵料,使密封件磨损严重,密封件磨损后会使真空系统泄漏,造成真空度不稳定。同时,微波沿着密封件磨损后的缝隙向外辐射,导致微波泄漏量超过安全辐射标准本研究采用双挡板阀结构将物料从进料斗送入微波干燥室,再从该室卸料到常压环境。

2主要部件设计2.1微波真空干燥室微波真空干燥室采用圆柱形谐振腔,圆柱形加热器的磁力线比较集中,物料升温较快,比较适合物料干燥膨化的快速升温要求,同时圆柱形结构易满足压力容器的设计要求。

由工作负载的*大允许温度、工作的真空度以及空气击穿场强与压力的相关关系,确定*大安全工作电场强度,利用下式可计算出工作负载的*大功率耗散密度k一一安全系数k-一微波场的角频率,1/sX-一真空介电常数,F/mXf-一介电损耗因子Emax一一*大安全工作电场强度,V/m由己知生产能力计算总功率,计算式为Q被干燥物料所需要的热量,kJ t-一微波的作用时间,sZ*加热效率Z*微波转换效率由于物料本身含有水分,除计及产品本身升温所需的热量外,还要计及水分升温和水分蒸发所需要的热量计算公式为被干燥物料的质量,kg物料干燥前的含水率%被干燥物料的初温,K T厂被干燥物料的末温,K一物料不含水时的比热容,kJ/(kg.K)干燥室内的单位微波功率应小于工作负载的*大功率耗散密度,由此可计算出干燥室的*小体积,计算公式为确定了干燥室的*小体积,并考虑物料系数、功率密度及微波场均匀性等因素,来确定干燥室的主要参数。在输入功率不变的情况下,腔体尺寸越大,出现的模式越多,不同模式的电场叠加,使得总的叠加电场在整个腔体内比较均匀干燥室的另一个重要参数是品质因数,品质因数表示了谐振腔的质量,其值越高,微波效率利用率越高,计算公式为S干燥室内表面积,m2微波系统采用多馈口独立输入微波能到干燥室内,以降低馈能耦合口的功率密度,防止出现气体击穿、拉弧放电现象,每个独立微波源包括微波功率源和微波传输系统微波功率源主要电气线路见,其中关键元件是磁控管VE,该系统采用连续波磁控管,由具有高漏电感的专用微波变压器T提供磁控管正常工作所需电压,在该变压器初级绕组上加220V交流电压后,在次级低压绕组中产生用于磁控管阴极加热的灯丝电压,与此同时,在次级高压绕组中产生千伏级的高压交流电,经高压电容C与高压二极管VD组成倍压整流回路后,加到磁控管两极之间,为磁控管阴极提供一个负高压磁控管工作时,会散发大量热量,应进行冷却控制,为了使用方便,通常采用强迫风冷,即将风扇安装在磁控管散热片附近,用于冷却工作中的磁控管。

(c卜微波功率源电气原理图微波传输系统是通过标准波导将磁控管输出的微波功率以*低损耗传输到微波真空干燥室,磁控管的输出天线插入标准波导宽边上的孔中,保证其输出天线头上所附的金属丝网垫圈与波导孔的翻边用。波导与干燥室连接处的法兰加了一块聚四氟乙烯板,可以阻隔干燥过程中的水蒸气,并在法兰的凹槽中放入了橡胶圈密封真空,保证干燥室内的真空环境,采用软性铁氧体环防止微波泄漏进料系统由进料斗、进料器进料器驱动装置、缓冲室1上挡板阀1储料室1下挡板阀1组成经预处理后的物料连续不断地进入进料斗中,进料器驱动装置带动进料器旋转,使物料分批进入缓冲室1中,此时下挡板阀1关闭,上挡板阀1打开物料进入储料室,随后上挡板阀1关闭,下挡板阀1打开,物料由储料室1进入微波真空工作室,下挡板阀1再次关闭,完成一次进料出料系统由缓冲室2上挡板阀2储料室2下挡板阀2组成干燥后的物料进入缓冲室2中,此时下挡板阀2和上挡板阀2处在关闭中,当缓冲室2堆积一定物料后,上挡板阀2打开,物料进入储料室2中,随后上挡板阀2关闭,下挡板阀2打开,物料由储料室2排出,下挡板阀2再次关闭,完成一次出料。

进出料系统的上挡板阀和下挡板阀均粘有食品用橡胶制成的密封垫,以保证气密性,进出料系统与微波真空工作室进出料接管采用法兰连接,各连接处均采用橡胶密封圈进行真空密封,导电橡胶条进行微波密封3性能试验与应用实例该连续式微波真空干燥设备的结构参数如表1所示,性能参数见表2经试验验证,该机结构设计合理,结构参数选择正确,操作方便、性能稳定、安全可靠,其各项指标达到了设计要求应用该设备进行了苹果脆片的干燥加工,可在4凸缘锄,接触,然J均挪腿螺钉*可使Msh;内干燥并膨g化苹果脆片,干燥膨化后的苹果表1连续式微波真空干燥设备结构参数微波输入功率/kW磁控管型号及数量千燥室体积/m3千燥室直径/mm千燥室长度/mm波导尺寸/mm脆片干基含水率为%,膨化率可达到3.21,产品蓬松酥脆可口,颜色浅黄,接近于苹果原色,具有较浓的苹果香味4结论微波真空干燥室采用圆柱形谐振腔,通过优化设计确定其尺寸,以减少微波能的损失,使微波能得到充分利用。

采用多个独立微波源组成微波系统,每个微波源通过各自的馈入口和标准波导将微波能传输到干燥室内,降低了微波功率密度,不会出现气体击穿和拉弧放电现象进出料口采用双挡板阀结构实现了连续进出料,减轻了劳动强度,节省了进出料时间,从而提高了生产能力经试验验证,整机结构设计合理,参数选择正确,操作方便、性能稳定、安全可靠,各项指标达到了设计要求利用该设备可在40*C左右4min内达到干燥膨化苹果脆片的目的,而且产品蓬松酥脆可口,颜色浅黄,接近于苹果原色,具有较浓的苹果香味

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