摘要：微波热风组合干燥技术是近些年来出现的新型干燥技术，这一技术是将微波干燥与热风干燥两种干燥技术结合起来，实现内外共同干燥，能够有效的缩短物体的干燥时间，并确保干燥物体的质量。微波热风干燥涉笔设备具有一定的复杂性，要对设备进行合理的设计，确保其应用的科学性。本文主要对微波热风干燥技术以及微波干燥技术的缺点进行分析，针对微波热风干燥设备的设计与应用进行研究。
关键词：微波热风；干燥；设备；设计
1、微波热风组合干燥技术与设备
微波干燥是以湿木材作电介质，在交变电磁场的作用下使木材中的水分子高速频繁地转动，水分子之间发生摩擦而生热，使木材从内到外同时加热干燥。
热风干燥是一种使用热风干燥机械进行干燥的方法。用热风炉加热空气，由风机将热风送入烘箱与待干燥物体接触实现加热干燥。此方法成本较低，处理量大，易于操作，可实现自动化，但有效成分损失较大，品质较差。
热风微波联合干燥技术是指根据物料的特性，将微波干燥和热风干燥两种方式优势互补，分阶段进行的一种复合干燥技术，其目的是缩短干燥时间、降低能耗、提高产品质量。其优点如下：
1）实现内外同时加热；
2）环境温度上升加大系统抽湿能力；
3）合理分配两者之间能量比例，可加快干燥速度，提高产品质量，降低干燥成本；
4）充分发挥各自的工艺优势，如热风的处理量大，干燥成本低，微波场中热、质传递快；
5）干燥兼有杀菌、杀虫功效，保证了产品的安全卫生；
6）实时监控，便于实现连续生产及自动化控制。
目前，在我国各地从事常压微波设备生产制造的大小厂家很多，只有少数几家能生产工业用的间歇式微波真空干燥实验装置，还没有厂家开发用于工业化生产的连续式微波真空干燥设备。真空微波-热风组合干燥技术及装备，汇聚了多项关键技术，具有良好的延伸性能，适于不同水果、蔬菜、珍贵药材等农产品的干燥加工，目前该技术已具有中试平台功能，设备的配套性能较高，成套生产线的性能价格比具有较强的市场竞争力，为设备成果的进一步转化和产业化打下了坚实的基础。
2、微波干燥的不足之处
微波干燥使用湿木材作为电介质，在交变电磁场的作用下，木材中的水分子频繁且快速地旋转，水分子之间产生摩擦产生热量，使木材从内向外加热干燥。这种干燥方法的特点是干燥速度快，木材温度场均匀，残余应力小，干燥质量好。微波干燥的优点是干燥速度快，通常比常规干燥速度快几倍甚至几百倍。而且干燥应力小，质量好。但是，这种干燥方法的缺点是投资大，功耗大。同时，如果功率选择不同，功率太大或干燥过程控制不当，容易产生内部开裂和碳化。此外，微波干燥不适合干燥厚度大的木材或含水量高的物体。
由于微波、高频干燥在解决大断面髓心方材的干燥时有突出的优点，而且微波与高频干燥设备已较完善，干燥工艺已逐渐成熟，它的工业应用与真空干燥比例差不多，而且通常是真空――微波、真空――高频联合干燥。
微波加热效应与材料的介电性能、形状、分布和尺寸有关，具有选择性加热的特性。当干燥物体的形状、大小、厚度和密度不一致时，由于微波会选择性加热，材料的温度不均匀，优先吸收微波能的物料先于其他物料干燥，甚至出现部分物料已过温而其他物料未干燥的情况。微波加热与物料分布、形状有关，一般情况下，料层内部温度会高于外部。工业生产中，温差有时会使物料变质，导致物料品质不一致。
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3、微波与热风组合干燥设备的开发研究
在干燥过程中，物料表面蒸发的水分如果没有空气流将其带走，就会聚集在物料表面形成一层水蒸气薄膜层，称为蒸发界面。随着水汽持续蒸发，薄膜层逐渐增厚，当F（薄膜层厚）=（f蒸发界面）时，停止蒸发。为了使水分保持快速蒸发，必须采用强制通风，破坏该蒸发界面。空气温度升高，水蒸气分压下降，相对湿度下降，就能够携带更多的水汽。例如，15℃时的湿度RH=65%，40℃时的湿度RH=15%。从2003年开始尝试将热风技术与微波技术有机结合，称为微波热风结合干燥（MDC），经过多年的开发实践，积累了一定的经验。
3.1第一代微波与热风组合干燥设备
第一代机型（2003年）采用微波与平流热风相结合。该机型平流热风的风道设计比较简单，机械结构也比较简单。经过实践发现，平流热风效果并不理想。干燥能耗的80%以上来自于微波，未取得预期大幅度降低电耗的效果。
3.2第二代微波与热风组合干燥设备
第二代机型（2005年）采用微波与穿流热风相结合。微波能自上向下馈送，热风自上向下穿过物料层及网状传送带。这一机型在使用中基本达到了预期的干燥效果，但也发现如下问题：（1）热风一次性排放，热能未充分利用。（2）热风风道布置及分风结构比较复杂，与微波部件在机械结构上存在冲突。设备设计偏离了简洁和美观的原则，因此这一结构仍不够完善。
3.3第三代微波与热风组合干燥设备
在开发过程中，采用将物料同时置于微波能和热风下的合理结构，使两者能最大程度地发挥作用、互不冲突，并且寻求两者的最佳热能配比。微波传输时具有在曲折空间内绕行传输的特点，利用这一特点将微波系统与热风系统有机结合，进行整合和协同，设计出三代机型，简称第三代为MDC-R。热风干燥时，穿流风的干燥效率要比平流风提高至少2倍，而均匀分风和风量控制就成为关键，其中传送带横向方向的分风更为重要。在风道设计上，采用了热风循环配合部分新风补充、部分排潮，这样既能充分利用热能，又能保持充足的风量。通过实际应用和改进，对风温和热能配比进行了探索。
通过试验发现，在微波作用存在时，热风温度设为60～70℃即可，既能减少热风的能量消耗，又能降低物料过热的概率。在同等风温的干燥条件下，为达到30kg/h的水蒸发量，选择不同的微波功率，使其热能贡献份额分别在50%、35%、20%、15%、5%条件下进行试验。结果表明，当微波贡献在50%时，药材仍旧出现了部分完全干燥而少量部分未干的现象；微波贡献在35%～5%时，若物料原始含水在30%以内，微波贡献份额可以控制在20%左右；若物料原始含水在35%～30%时，微波贡献份额可以控制在15%或更低一些，这样即可得到较好的干燥效果。由于干燥时热风的贡献较高，这样MDC-R可以称为带有微波的热风组合干燥设备。
4、结语
总而言之，微波热风干燥技术在药品、食物加工等方面具有十分广泛的应用，这一干燥设备的设计与应用也是非常重要的。因此，在微波热风干燥设备的设计过程中，要不断对设备进行优化，提高干燥质量。
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论文作者:李海霞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/16
标签：干燥论文; 微波论文; 热风论文; 物料论文; 组合论文; 干燥设备论文; 技术论文; 《电力设备》2018年第25期论文;