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： 国内中药企业常用的浸膏干燥设备是箱式干燥和喷雾干燥。箱式干燥时间长，能耗高，间断操作，容易染菌和吸潮；喷雾干燥的粉剂致密而水溶性差，干燥温度高，热敏感性的物质容易被破坏，多糖含量高的物料会粘在喷雾干燥收集器的壁上，造成收粉困难。近几年，一种自动真空履带干燥机开始应用生产。与箱式干燥相比，自动真空履带干燥机的优点是：料层薄、干燥快、物料受热时间短；物料松脆，容易粉碎；隔离操作，避免污染；动态操作，不易结垢；连续生产，自动控制。自动真空履带干燥机也能克服喷雾干燥的缺点，与常用的干燥设备相比，自动真空履带干燥机具有更好的应用价值，控制系统采用德国西门子S7-200 PLC、西门子变频技术，实现了干燥回转圆筒干燥机 　　已用于硫酸铁、硝酸铁、尿素、焦亚硫酸钠、钙镁磷肥、轻质碳酸钙、磷矿、硫精矿、石棉矿等物料的干燥。 　　滚筒干燥机 　　已用于硫化蓝、硫化元、淀粉、轻质碳酸钙、苯甲酸钠、三盐基硫酸铝、葡萄糖、草酸、酵母、煤粉、味精、硝酸钠、立德粉、增白剂、直接元青、重碱、拉开粉、电玉粉、碳酸氢钠、盐基锌、硫酸铬、骨胶、活性炭等物料的干燥。 　　厢式干燥机 　　常压厢式干燥机已用于纸张、皮革、棉纱、人造丝束、羊毛、染料、颜料、盐类、催化剂半成品、催化剂、陶瓷、耐1 饲料干燥的目的和方法 　　饲料干燥的目的就是除去饲料原料中多余的水分，以便于包装、运输、储藏、加工和使用。干燥是一个复杂的过程，不同的干燥对象有不同的干燥方法，所以必须根据饲料的不同组成和特性，来确定合理的干燥方法。干燥机的分类方法很多，按干燥机的结构不同分类，常用的干燥机有：喷雾干燥机、流化床干燥机、气流干燥机、回转圆筒干燥机、滚筒干燥机、红外线干燥机、高频干燥机等。这些干燥机在饲料干燥工业中得到了广泛地应用，大大地支持了饲料工业的发展，其结构及工作原理都已被我们所熟知。本文将介绍几种新兴的干燥方法和干燥机，以便大家了解干燥机的发展方向和前景。 　　2 新兴干燥机 　　干燥粉、粒、片状物料，最普通的方式就是在颗粒表面施加热空气或气体流。通过的气流对物料进行传热，使水分蒸发。蒸发后的水蒸汽直接进入空气中被带走，对干燥系统中常用的干燥介质有空气、惰性气体、直接燃烧气体或过热蒸汽。 　　该方法使热空气与物料直接接触，边加热边除去水分。关键是要提高物料与热空气的接触面积，防止热空气偏流。恒速干燥期间的物料温度几乎与热空气的湿球温度相同，所以使用高温热空气也可以干燥热敏性物料。这种干燥方法干燥速率高，设备投资少，但热效率较低，下面是各类对流干燥设备的基本情况。 　　⑴箱式干燥设备是最老的干燥设备之一。物料设备。我国产品与发达国家产品相比，具有明显的价格优势，因此在十五前两年，国内外市场对一步制粒机的需求，每年都将递增，但在 2003年以后的两年中，随着制药工业 GMP改造完成，需求将饱和，而且将迅速衰退。 　　此外，国内高科技生物工程正在蓬勃发展，估计十五期间对沸腾制粒干燥机也有较强需求。 　　除制药厂外，国内外食品和饲料生产企业也看重此类干燥设备，其需求呈扩大趋势。 　　值得注意的是，与发达国家相比，国内产品在质量及技术水平上还存在一定差距。因此，我国干燥设备制造企业必须不断借鉴国际先进技术，结合实际使用经验，探索新工艺，开发新技术，拿出新产品去参与国际竞争。

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