研究微波干燥粮食的问题

随着科技的飞速发展，先后出现了热风、蒸汽、电加热等粮食干燥方法，虽解决了一定的问题，但因其需要缓苏且时间较长，干燥后粮食品质明显下降，且难以控制，对干燥工艺和设备要求较高，增加了粮食干燥成本。微波是一种高频电磁波，我国从20世纪7O年代开始进行微波技术的研究与开发，目前在冶金、化工、食品加工、干燥、保鲜与包装、农产品的干燥、杀菌杀虫等领域已得到了广泛的应用，采用微波干燥粮食不但大大缩短干燥时间，而且可提高粮食干燥后的加工品质和食用品质，降低粮食成本。因此，微波技术在粮食干燥方面有着广阔的应用前景。 　　1 微波干燥原理 　　微波是一种波长范围为1mm—1m、频率范围为3．0×102～3．0×l05MHz、具有穿透特性的电磁波，常用的微波频率为915MHz和2450MHz。微波干燥技术是一种新的干燥技术，它是依靠以每秒几亿次速度进行周期变化的微波透人物料内，与物料的极性分子相互作用，物料中的极性(如水分子)吸收了微波能以后，改变其原有的分子结构，亦以同样的速度作电场极性运动，致使彼此间频繁碰撞而产生大量的摩擦热，从而使物料内各部分在同一瞬间获得热能而升温，相继发生水分的蒸发，达到干燥的目的。由于微波辐射下介质的热效应是内部整体加热的，即理论上所谓的“无温度梯度加热”，基本上介质内部不存在热传导现象，因此，微波可相当均匀地加热介质。微波加热造就物料体热源的存在，改变了常规加热干燥过程中某些迁移势与迁移势梯度方向，形成了微波干燥的独特机理。总之，微波透人物料内，与物料的极性分子相互作用，使其极性取向随着外电磁场的变化而变化，致使分子急剧摩擦、碰撞，使物料各部分在同一瞬间获得热量而升温、蒸发干燥。 　　2 微波干燥的特性 　　2．1 选择性加热 　　微波可以加热粮食中的水、蛋白质、脂肪和碳水化合物等成分，微波是一种能量，只有当与物质接触，才能发生能量转移和产生的热效应。由于各物质的损耗因数的差异，使微波具有选择性加热的特性，即不同的物质，在同样磁场中加热时，所吸收的热量是不同的。对于粮食来说，含水量对微波加热的效果影响很大。因为水的介电常数大，而蛋白质、碳水化合物的介电常数小，即后者对微波的吸收能力比水小得多。水分含量相对较低的粮食热容小，更容易受热均匀。 　　2．2 穿透性强 　　因为微波比其他用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长更长，因此具有更好的穿透性。微波可对绝大多数的非金属材料穿透到相当的深度，因此对加热干燥的物料表里一致。电磁波穿透到介质中去，部分能量被消耗，其场强将按一定规律衰减，当微波减少到原来最大值的13．6％时，离表面的距离为穿透深度。 　　微波穿透深度D可用下式表示： 　　对粮食而言，由此可见，波长 值大，穿透深度D值大，如功率为2450MHz的微波比功率为915MHz的微波能量大，但其波长比后者短，故后者穿透深度大。所以在选用微波加热的工作频率时，必须考虑此因数，高频率的微波，虽可加大介质的吸收功率，但由于波长较短，穿透深度很小。由于微波加热具有独特的性能，因此在粮食干燥中具有很好的应用价值。 　　3 微波加热系统 　　微波加热系统主要由直流电源、微波发生器、波导管、微波加热器等组成。见图1。微波发生器是微波加热系统的关键部分，它由磁控管和微波电源组成。其主要作用是产生所需要的微波能量；微波管产生的微波通过波导管无损耗地传输到微波加热器中；微波加热器是实现物料与微波相互作用的空间，微波能量在此转化为被加热物料的内能，使物料温度升高。4 微波干燥粮食的作用机理 　　4．1 加热干燥时间短 　　一般说来，粮食常规热风干燥的小时降水率应在1％以下，而微波干燥的小时降水率是常规热风干燥的几倍，甚至几十倍，微波干燥时间仅为常规热风干燥时间的十几分之一，大大地缩短了粮食干燥所用的时间。这是因为水分梯度和温度梯度方向不一致，阻碍了粮食内部水分的蒸发，延长了干燥时间。而微波干燥加热的热源在内部，表里一起热，加热所需的时间非常短。因为外部易散热，往往内部温度比外部高，这种“内高外低”的温度分布和“内高外低”湿度梯度相一致，可以促进粮食内部水分迅速蒸发，并很快扩散到表面而蒸发，从而使干燥时间大大缩短。 　　4．2 热能效率高、物料品质好 　　微波干燥设备本身不耗热，热能绝大部分都作用在物料上，热能利用率高，节省能源，一般可以节电30％～50％，对环境温度几乎无影响。与传统干燥方法相比，不但加热效率高，加热时间短，而且处理温度低，能够较好地保持粮食中原有物质成分不被破坏，同时具有独特的杀菌杀虫作用，有利于保持粮食品质，提高粮食贮藏期和发芽率。 　　由于微波干燥速度快、干燥时间短、微波杀菌杀虫是微波热效应和生物效应共同作用的结果。微波杀菌杀虫正是利用电磁场效应和生物效应起到对微生物和害虫的杀灭作用。实践证明采用微波装置在杀菌杀虫温度、杀菌杀虫时间、粮食品质保持、粮食贮藏期和发芽率提高及节能方面都有明显的优势。 　　4．3 易于自动控制 　　利用微波加热，无升温过程，开机数分钟就可正常运转，如停机，只需切断电源，物料加热情况立即无惰性地停止，不存在“余热”现象，通过调整输出功率，物料的加热情况可以随时改变，与计算机等组成流水线，便于连续生产和实现自动化控制，提高劳动生产率，改善劳动条件，而且微波干燥设备可以根据需要做得小一些。 　　5 结束语 　　研究表明，在微波干燥粮食过程中，要根据不同粮食类型的特点，选择合适的微波加热功率(一般在150W 以下)和工作频率(一般采用2450MHz或915MHz)以及适当的单位质量功耗，否则会由于干燥热量供给过大，引起粮食降水速率过快或穿透深度过小，加热不均匀，影响粮食的加工品质和食用品质。 　　微波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，在粮食干燥方面有其十分广阔应用前景。利用热空气可以有效的排除物料表面的自由水分和微波干燥提供了排除内部水分的有效方法，将微波干燥与热风干燥有机地结合起来，进一步提高干燥过程的效率和经济性。微波干燥粮食目前在国内应用较少，而且规模小，但随着微波技术自身技术方法和设备的不断完善以及农业部门的宣传推广，微波技术在粮食干燥方面的应用将会不断发展。 · 行业聚焦： 一、电烘箱基本介绍 　　电烘箱是实验室测定物质含水率的仪器。它是利用电阻丝加热空气，电子管自动控制温度，从而去除物质的水分。电烘箱具有操作简便、动作灵敏、控温准确、安全可靠、工效高等特点，因此被广泛应用到工业、农技、科研、医疗等行业中。根据功率和控温范围分为高、低温两种类型，工作温度在50℃以上的，称为高温烘箱，简称烘箱；工作温度在50℃以下的称为低温烘箱，亦称培养箱。因行业用途不同，其容积又分大、中、4、三种，下面笔者以Y801A型电烘箱为例，简述其工作原理及常见故障分析与排除方法，仅供参考。 　　Y801A型电烘箱用途广泛： 　　烘箱适用于烘烤有化学性气体及食品加工行业的欲烘烤物品、基板应力的去除、油墨的固化、漆膜的烘干等。广泛使用于电子、电机、通讯、电镀、塑料、五金化工、食品、印刷、制药、PC板、粉体、含浸、喷涂、玻璃、陶瓷、木器建材……等等的精密烘烤、烘干、回火、预热、定型、加工等。 　　烘箱优势： 　　耐用性较强：由于电热器被密封在箱体内，与外界空气接触面小，因此不易被氧化腐蚀。 　　内热循环：烘烤物件受热均 　　干燥领域近年来陆续取得了一些研究成果，有些成果颇受业界关注。总结后发现，干燥技术作为一种古老的操作技术日益为制造业所重视。据国际干燥技术专业期刊发表的论文报道，干燥产业是一个值得关注和投入精力进行研究的领域。期刊重点阐述了冷冻干燥系统、喷雾干燥、超临界干燥系统、折射窗干燥等一系列热点干燥技术的研究发展。 　　首先看冷冻干燥系统。国外研究人员开始把喷雾干燥和冷冻干燥结合起来，从而形成了新的干燥技术，即喷雾冷冻干燥技术。据不完全统计，喷雾干燥技术每年在我国喷雾干燥设备制造产业的产值在3亿元以上，涉及了化工、医药、食品、陶瓷、生化、环保、纳米材料等诸多行业。目前在干燥领域运用的目前，我国生产制药装备的企业已发展到800余家，产品品种规格超过3000种，据不完全统计，年产值约150亿元人民币，产品除充分满足国内中西药厂、动物药厂及保健品厂需求外，还远销60多个国家和地区业内有关专家分析认为，市场亟待整合和产品亟待创新是我国制药装备行业当前最急需破解的难题。整个行业需要进一步加强行业洗牌,达到药品行业的发展要求. 　　专家指出，我国制药装备行业虽然取得了很大的成绩，但不少企业在技术水平上基本上仍处于仿制、改进及组合阶段，没有达到创新或超过世界同类产品的水平。现阶段，我国制药装备同国外制药装备水平相比整体上要差10年以上，造成我国制药装备技术水平发展缓慢的原因主要有的微粉干燥机，产品性能大大改善，完全满足了厂家的要求。这充分说明微粉干燥机的优越性。     另外，微粉干燥机还可以直接干燥对浆状物料如分子筛等进行干燥。     5 结束语     微粉干燥机是在旋转闪蒸干燥机的基础上开发出来的一种新型干燥机。但微粉干燥机的结构型式更加先进，性能更优越，尤其适合于超细物料的干燥。微粉干燥机的制造费用与旋转闪蒸干燥机相比增加不多。在纳米技术蓬勃发展的今天，微粉干燥机的应用范围将会越来越广阔。（来源：中国制药设备网）

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