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： 记者8月27日从大连橡胶塑料机械股份有限公司了解到，我国石化行业百万吨乙烯工程关键设备国产化的最后一个“堡垒”——大型挤压造粒机组国产化被攻克，并通过了出厂验收。至此，我国百万吨乙烯工程的三大动力设备全部实现国产化，大型乙烯装备制造能力达到国际先进水平。 　　这台20万吨/年聚丙烯大型挤压造粒机组的价格及生产周期仅为进口同规格机组的一半左右，是我国实现百万吨级大型乙烯成套设备和对二甲苯（PX）、对苯二甲酸（PTA）、聚酯成套设备的国产化标志性成包装机械的种类繁多，分类方法很多。按功能可分为单功能包装机和多功能包装机；按使用目的可分为内包装机和外包装机；按包装品种又可分为专用包装机和通用包装机；按自动化水平分为半自动机和全自动机，按产品状态分，有液体、块状、散粒体包装机；按包装作用分，有内包装、外包包装机；按包装行业分，有食品、日用化工、纺织品等包装机；按包装工位分，有单工位、多工位包装机；按自动化程度分，有半自动、全自动包装机等。 　　包装机械的分类方法还有许多，各种分类方法各有其特点及适用范围，但均有其局限性。从国际上包装机械总的情况来看，比较科学的分类方法是按其主要功能进行分类，它能抓住事物的本质。其基本分类如下： 2004年以来，受全国化工发展形势持续向好带动，干燥设备市场形势稳中看好，生产企业普遍获得了较好的经营业绩。干燥设备的科技含量初显出主导作用。 　　目前干燥设备服务化工行业的显著特点是技术含量的作用日益突出。这与过去销售产品主要靠价格竞争已有很大不同。其中，一些干燥设备技术含量高，注重发展新品的厂家，效益日渐提升；相反，一些产品技术含量低，新品和新技术开发能力弱的企业，效益开始下滑。 　　比较典型的是兰州瑞德目前，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减低对环境的污染。 　　本干燥机不设常规双锥真空干燥机一样的旋转真空密封件，不存在机械磨损异物污染可能。本干燥机干燥温度由控制一次蒸汽量以稳定二次低温蒸汽干燥温度，设定二次干燥温度就确定了干燥的最高操作温度，即使产品已脱水干净，也能确保产品不超过干燥温度值。本干燥机既无结构性污染，干燥速度快、自然定留时间短，再由稳定高效的低温蒸汽加热，所以能达到很高的干燥效率和极高的产品质量。 　　本干燥机抽出尾气中不带产品粉尘，产品收得率≥ 99%。 　　本干燥机可一次性加料和卸料，卸料干净利落，可配专用卡箍式干燥料筒。过滤器折卸简单方便，取出过滤器后筒体很容易清洗干净，所以操作十分容易。

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