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微波真空干燥技术现状.pdf

微波真空干燥技术现状

erics
2009-11-28 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《微波真空干燥技术现状pdf》,可适用于自然科学领域

(年第!卷第朗··微波真空干燥技术现状曹崇文日币(中国农业大学工学院北京)摘要:阐述了国内外微波真空于燥的研究现状重点分析了脉中微波真空干燥(间歇式微波干燥)的主要参数脉冲比、真空度、微波功率和能量效率。对微波真空于燥技术的发展提出了个人的看法。关键词:干燥微波真空脉冲微波组合干燥中圉分类号:.W~s.文献标识码:A文章编号:{)序言微波是指频率为MHzGHz、波长为lmm~lm的电磁波。它的干燥原理是:微波发生器将微波辐射到待干燥的物料上当微波射人物料内部时使物料内的水等极性分子按微波频率作同步旋转和摆动水等极性分子高速旋转的结果使物料内部瞬时产生摩擦热导致物料内部和表面同时升温使大量的水分子从物料中蒸发逸出从而达到干燥的目的。微波真空干燥是随微波干燥技术发展起来的一项新的组合干燥技术。它不仅具有干燥速度快、时问短、物料温度低、色香味及营养成分保留好等优点而且参数容易控制能干燥多种不同类型的物料。目前我国虽有一些单位正在进行研究但其技术性能还需要完善在机理和工艺方面也还有很多问题需要深化和研究。国内外研究现状早在上世纪年代美国、加拿大、英国和德国就开始研究微波真空干燥技术主要集中在美国的威斯康辛大学、加利福尼亚大学加拿大的BritishColumbia大学德国的Karlsruhe大学英国的QueenSUniversity希腊的国立科技大学法国的Albi研究所等。研究的内容涉及微波真空干燥机理、传热传质、微波真空干燥模拟、微波真空干燥能耗与工艺以及各种不同类型物料(香蕉萝卜片果胶土豆浆果作者简介:曹崇文教授.博上=生导师等)的微波真空干燥操作等。国内目前的研究单位有江南大学食品学院、东北大学、大连水产大学、中国农业大学、浙江大学、上海工程技术大学、华南理工大学、华南农业大学、天津轻工大学、上海辰灿轻工机械公司、四川大学食品学院食品科学与工程系、南京三乐微波技术有限公司等。江南大学食品学院进行了甘蓝的微波真空和热风联合干燥试验。试验结果表明:微波真空联合干燥缩短干燥时问%提高了营养成分和叶绿素的保存率改善了干燥品质。大连水产大学张国琛进行了扇贝柱的微波真空联合干燥试验研究了微波功率、真空度微波炉启闭比、预处理盐水浓度和扇贝大小对干燥效果的影响建立了扇贝微波真空干燥的动力学模型。对主要操作参数进行了优化其最佳参数组合为:微波功率.~.W/g真空度.MPa启闭I:go..。组合干燥所需干燥时问比单纯热风干燥缩短%以上。张国琛等还试验研究了微波真空组合干燥技术对干燥质量(收缩率复水率抗破碎能力和感观质量)的影响。微波组合干燥技术组合干燥是一种具有广阔发展前景的干燥技术它可以发挥各种干燥工艺的长处克服各自缺点借长补短达到高效率、低能耗、优品质的干燥目的。由于微波干燥是一种完全不同于其它干燥方式nen备.没与y术£}燥fy)维普资讯http:wwwcqvipcom··干燥技术与DryingTechnology年第卷的干燥技术所以它也是与其它干燥方式组合最多的一种干燥技术同时也是当前国际上研究最多的一种干燥技术。以下是几种较常见的组合方式。.微波热风组合干燥(也称微波对流干燥)在与微波组合的干燥方法中微波热风组合干燥是研究最多的一种。由于热风干燥时间长、质量差故不适合干燥热敏性物料采用热风微波组合干燥可以克服上述缺点。此外微波干燥的成本与热风干燥相比还是很高单纯微波干燥是不经济的。热风干燥对物料来说是从表面向内干燥温度梯度与水分转移的方向相反而微波干燥是从内部加热温度梯度与水分转移的方向相同二者结合可以达到既缩短干燥时间又降低成本的目的。微波与热风干燥可以有三种结合方式。..在临界含水率处加入微波当干燥从恒速段进入降速段(即物料含水率达到临界水分)时将微波能引入干燥器使物料内部产生热量和蒸汽压使水分扩散至物料的表面并被排除这时利用微波会非常显著地提高干燥速度。..在干燥器的终端加入微波单一的干燥系统在接近干燥终了时效率最低去除几个百分点的水分往往需要很长的时间利用微波可以显著减少干燥时间。..在最初预热阶段加入微波在干燥前物料含水率较高可以先用微波将物料加热到蒸发温度然后用普通热风干燥去除表面水分干燥时间可以缩短。微波真空组合干燥微波虽然具有加热速度快、干燥时间短、选择性好、能源利用率高和便于控制等优点但单纯使用微波进行食品干燥容易产生由于过热引起的烧伤现象和食品边缘焦化、结壳和硬化等现象上述现象多半是由于温度过高和干燥过快引起的。采用真空可以降低水的蒸发温度使物料在较低的温度下快速蒸发同时还可避免氧化因而改善了干燥品质。在医药、食品和化工领域有很多热敏性物料需要低温快速干燥因此将微波技术与真空技术相结合就成为一项极具发展前景和实用价值的新技术。从国内外有关微波干燥的研究现状来看微波真空组合干燥也是目前发展较快的一种组合干燥技术。..脉冲间歇式微波真空干燥微波干燥虽有许多优点但经常会发生局部过热、表面硬化、颜色不正和加热不均匀等现象此外能量效率不高也是一个缺点。产生这些现象的原因之一就是热质传递控制不当解决的方法之一是采用脉冲方式输入微波能即短时间的微波加热和较长时间的间断。试验证明:当物料干燥到临界水分以后连续施加微波能并不能加速水分的蒸发采用间歇干燥的方法不仅可以节省能量、提高干燥效率还可以改善干后物料的品质。脉冲间歇式微波真空干燥技术是Edholm于年提出的。采用这种技术的特点是使物料中的水分和温度在间歇阶段能够均衡再分配减少水分梯度这将有利于提高下阶段的干燥速率。年美国Wisconsin大学进行了酸浆果的脉冲间歇式微波真空干燥试验真空度为.~.kPa微波输入功率为W脉冲比为每次装入的物料量为g初水分为%%。他提出的脉冲比(PulseRatio)其定义为:PR:鎏±堕微波接通时间当采用连续微波真空干燥时:PR=I当采用脉冲微波真空干燥时:PR=即微波开启s微波关闭sss。试验结果证明当微波炉不断开启和关闭时物料的温度也不断的升降当脉冲比为PR=I时物料的温度较高而且升温很快酸果温度可超过oC当PR>时物料温度明显降低当PR=时物料温度<℃。连续微波真空干燥时物料温度很高而且升温快速当采用脉冲微波真空干燥时物料温度很低(不超过℃)升温速度较慢。此外调节真空度也可以改变物料的温度。当真空压力为.kPa时物料温度为.℃真空压力为.kPa时物料温度仅为℃。试验还表明脉冲微波干燥时微波接通时间越长、断开时间越短物料温度越高。因此通过调节脉冲比或真空度可以改变物料的温度。需要注意的一个问题是在选择脉冲比时只给一个比值是不够的必需再给定一个微波接通时间因为相同的PR值可维普资讯http:wwwcqvipcom第期曹崇文.微波真空干燥技术现状··以有不同的微波接通时间微波的启闭各为s和Os时其PR值均可以是。大连水产大学用微波开启时间和关闭时间的比值表示脉冲微波干燥的间歇程度选用了O.'.、O、O.和O.五个启闭比水平并进行了试验得出启闭比的较优水平。国内外脉冲微波真空干燥参数的选用情况见表。美国Gunasekaran对微波真空干燥的能量利用率进行了分析。他认为作效率分析时吸收微波的能和输入的能都应当考虑并把吸收能量和输入能量之比定义为能量利用率。试验和计算结果见表。表的数据说明:问歇式微波真空干燥的能量表国内外微波真空干燥参数表操作条件真空压力脉冲比能量利用率(EUF)含水率/%(wb)于燥效率(DE)含水率/%(wb)修正的于燥效率含水率/%(wb)/kPa利用率高于连续式微波真空干燥另外真空压力减小则能量利用率增加也就是说压力越低被吸收的微波能越多。此外物料的含水率越高能量利用率也会增加。..变功率微波真空干燥加拿大食品工程研究所ChristeneH.等进行了萝卜片的变功率微波真空干燥微波的频率为MHz微波功率kW可调真空度为.kPa萝卜片的终水分为O%微波谐振腔为圆筒形直径mm长度omill采用的干燥工艺为:干燥开始后的最初min微波功率为kW中间min为】kW最后min为O.kW。试验过程研究了颜色、复水性、密度和胡萝卜素、维生素含量等质量指标。结果表明:如果综合考虑微波真空干燥的性能甚至优于真空冷冻干燥。美国加利福尼亚大学研制的微波真空干燥设备谐振腔是一个长.m的不锈钢圆筒中间有输送带沿长度方向分为三个干燥区第一干燥区的微波功率较大真空度为.~.kPa第二、第三干燥区的微波功率递减。说明变功率微波真空干燥是一个研究方向。.微波热风和真空组合干燥技术Maskan利用微波和热风组合方式干燥猕猴桃发现干后猕猴桃的收缩率(%)小于单纯的微波干燥(%)而且颜色也有很大改善。Szabo利用热风维普资讯http:wwwcqvipcom··干燥技术与设备DryingTechnologyEquipment午第卷微波热风的组合方式进行蘑菇的干燥试验发现能改善干后蘑菇的品质。大连水产大学的研究表明热风干燥扇贝具有较小的收缩率。Durance利用微波真空与热风组合干燥西红柿发现西红柿的复水率有所改善。由此可见微波真空干燥与热风干燥具有一定的互补性。近些年在高含水率和热敏性物料的干燥中微波真空和热风的组合干燥也逐步得到了应用。几个值得探讨的问题.关于物料的尺寸和形状微波干燥的物料种类繁多成分和状态也各不相同按形状分有液状、糊状、浆状、粒状、片状、粉状按类型分有蔬菜、水果、谷物、药品、水产品和农副产品就尺寸而言可以小到菜籽大到人参、蘑菇。微波干燥的研究表明物料的大小、形状、数量、水分和在微波炉谐振腔中的位置对干燥效果均有一定影响。Drouzas用微波进行干燥果胶试验时用五个料盘放在炉内五个不同的位置发现干燥速率有明显区别。因此微波干燥应根据物料的特性(介电特性、热物理特性、含水率和形状、大小)选择干燥工艺和参数其原则如下:①微波功率应与干燥的物料量相匹配。②待干燥的物料其大小和含水率应尽可能均匀一致。③考虑微波的穿透深度大块物料最好先处理成小的粒状或片状。④粉状物料如果堆积在一起时应看成是一个整体。⑤小粒物料所用的微波功率(W/g)可以适当减小。⑥对于热敏性物料可以适当加大真空度或减小微波功率。关于真空度从蒸汽特性表可知真空度越高水的沸点温度越低水分越容易蒸发。但是在微波真空干燥时并不是真空度越高越好真空度增高能耗加大干燥成本增加而且会产生击穿放电现象。当微波频率为MHz时真空度kPa已经足够了其相应的水分汽化温度是℃和oC。对于热敏性物料要求物料的温度低所以真空度就要高一些。法国Pere教授进行了不同真空条件下的微波真空干燥试验试验表明在相同的条件下真空度从kPa增加到kPa时干燥结果有明显区别。由表也可以看出各单位采用的真空度数值有很大的差别说明对于微波真空干燥中真空度的合理选择尚需进一步研究探讨。注意事项采用微波真空干燥时有一些问题需要注意:①微波能被金属反射干燥物料和测试传感器中不可混入金属。②待干燥物料的大小和形状应基本接近。③微波干燥设备不可空载运行。④微波可以穿透玻璃和聚合物而不损失能量。⑤微波炉内的物料应分散布置而不要堆积。⑥干燥过程中物料最好能够运动。参考文献:【l】徐艳阳张憨等.热风和微波真空联合干燥甘蓝试验⋯.无锡轻工大学学报().【】张国琛毛志怀等.微波真空于燥扇贝柱的物理特性研究【JJ.农工学报().【】汤大卫张天使.微波真空干燥技术的运用与前景【JJ医药工程设计().【】崔正伟孙大文等.微波真空干燥技术的进展⋯.粮油加工与食品机械。().PereC.RodierO.Investigationonmicrowaveandvacuumdryingexperiments:dryingofamodelporousmediumatlaboratoryscale。IDS'proceeding.PereC.Microwavevacuumdryingofporousmedia:qualitativeconsiderationofinternaltransferChemicalEngineeringandprocessing.Vo...【】PeteC.RodierO.Microwavevacuumdryingofporousmedia:VerificationofasemiempiricalformulationofthetotalabsorbedpowerJ.DryingTechnology():.【】RodriguezR.Strategiesinvacuummicrowavedrying:EffectsonthemoisturesorptioncapacityofdehydratedproductsIDS'Proceedings.KamdM.DryingkineticsandenergyconsumptioninvacuumdryingprocesswithmicrowaveandradiantheatingIDS'Proceedings.TeinM.LinCharacterizationofvacuummicrowaveairandfreezedriedcarrotslicesIJ】.FoodresearchInternational():JakieG.WhiteOnlinemoisturedetectionfora维普资讯http:wwwcqvipcom第期曹崇文.微波真空:j:燥技术现状··microwavevacuumdrycrJI.PhannaceuticalResearch.().L一GunasekaranS.PulsedmicrowavevacutulldRringoff《M×lmaterialslJ.DryingI'echnology():.【~DrouzasAE.Microwaveapplicationinvacuumdryingt】ffruitslJ.Journal‘foodEngineering.():.DrouzasAE.Microwave/vacuumdryingofmodelfruitgelsJ.JournaloffoodEngineering():.MeLoughlinCM.Microwave/vacuumdryingofPharma.ceutiealsJ.DryingTechnolo~():t.PappasC.TheeffectofprocessconditionsondryingkineticsandrehydrationcharacteristicsofsomeMWVacuumdehydratedfruitsJ..DryingTechnology():.ZibaVaghriQualityofthevacuummicrowavedriedblueberriesintermsofcolorcompositionandantioxidantactivityIDS'Proceedings.NidhalMousaMicrowave/vacuumdryingofbananaslicesIJ.DryingFechnology():.lLitvinS.Dehydrationofcarrotsbya,:ombinationoffreezedryingmicrowaveheatingandvacuulndrying【J.Journaloff(H)dEngineering.:.【jTannerPA.MicrowavevacuumdryingofmarinesedimentAnalyticaChimicaActa.LianG.CoupledheatandmQ,~stransferduringmicrowavevacuumdryinglJ.Journalofmicrowavepowerandelectromagneticenergy():.RodierE.Experimentalstudyonmicrowavevacuumdryingoftwoporositylevelmedia【J.DryingTechnology():.jCuiZhengweiDehydrationofgarlicslicesbycombinedmicrowavevacuumandairdrying【J.DryingTechnology():.ProgressofthemicrowavevacuumdryingtechnologyCAOChongwern(CollegeofEngineeringChinaAcultureUniversityBeijingChina)Abstract:Inthispapertheprogressofmicrowavevacuumdryingtechnologywaspresented.Themainparametersofpulsemicrowavevacuumdryingprocessincludingpulseratiodegreeofvacuuinmicrowavepowerandenergyeflqciencywereanalyzed.Someadviceontheimprovementofmicrowavevacuumdryingtechnologywasgiven.Keywords:microwavevacuumpulsemicrowavedrying(上接第页)干燥中的湿分阶段迁移过程。Luikov、Philip、DeVries等人给出的干燥过程热质传递理论模型都是基于连续性假设的条件下导出的推导中把对多孑L介质干燥过程有重要影响的微观结构等因素都归结到依赖试验条件的有效传输系数上。Whitaker利用表征性体积单元法用平均结构参数的概念得到了与Luikov、Philip、DeVries等人相似的干燥理论模型并试图以此来弥补上述模型的缺欠。由于对多孑L介质几何参量很难作出严格的描述而实际均匀一致的颗粒形状和孑L隙分布又几乎不存在固相界面存在着随机的不确定性因此研究者采取了“容积平均”概念把多孔介质看作是一种在大尺度上均匀分布的虚拟连续介质这与许多实际情况有较大差异。随着对多孑L介质研究的深入基于连续假设基础上干燥模型的缺欠日益暴露出来如缺少用来预测对流干燥中界面质量传递系数的通用方法不能预测干燥过程出现的干斑现象和恒速干燥阶段等。由于连续性模型所固有的不足近年来借用侵入渗流理论及孑L道网络方法研究多孑L介质的干燥问题取得了一些进展为干燥理论模型研究开辟了一条新途径。GeneralsituationofdryingmechanismresearchLIUXiangdong(ChinaAgricultureUniversityBeijingChina)维普资讯http:wwwcqvipcom

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