微波干燥/加工比常規(guī)干燥方式加工提高了產品質量, 但由于干燥溫度一般在70℃以上, 干燥速度快,易導致部分產品內部糊化, 降低了產品品質; 微波真空干燥技術把真空干燥與微波干燥的特點有機結合,
在真空條件下利用微波能進行物料的干燥加工, 真空環(huán)境保證了物料能在低溫條件下進行干燥,微波干燥物料又具有瞬時性,因此可以實現(xiàn)物料的快速低溫干燥[ 1～ 2 ]。研制的連續(xù)式微波真空干燥設備可保證物料的干燥溫度在40℃左右,干燥速度是真空熱風干燥的數(shù)十倍, *提高了生產能力,而且干燥的產品可有效地保持色、香、味、形和營養(yǎng)成分, 提高了產品品質。
1 主要結構與關鍵技術
1.1 主要結構
微波真空干燥裝置是由真空系統(tǒng)和微波系統(tǒng)組成的一套干燥系統(tǒng)。其工作過程為: 首先關閉進出料擋板閥, 打開真空蝶閥,同時啟動真空泵, 使真空干燥室內產生一定的真空度,并通過電磁壓差放氣真空截止閥來維持干燥室內的真空度。物料連續(xù)不斷地進入到進料斗中, 通過進料系統(tǒng)進入微波真空工作室,此時順序啟動各微波源, 物料開始進行微波真空干燥加工, 采用滾筒刮板螺旋輸送物料,使物料在微波真空干燥室內緩慢橫向移動和上下徑向轉動,可均勻接受微波能。物料干燥處理結束后, 通過出料系統(tǒng)輸出,完成卸料。該設備主要包括進料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、微波系統(tǒng)、真空干燥室、出料系統(tǒng)和真空系統(tǒng)6個部分。
1.2 關鍵技術
（1） 微波真空干燥室
在真空狀態(tài)下, 由于真空度的降低, 降低了空氣的擊穿場強, 使氣體分子易被電場電離, 從而出現(xiàn)氣體擊穿、拉弧放電現(xiàn)象, 該現(xiàn)象zui易發(fā)生在微波饋能耦合口和腔體內場強集中處, 不僅會消耗微波能, 而且會損壞部件并產生較大的微波反射, 縮短磁控管使用壽命。在真空度和微波功率的給定范圍條件下, 應合理設計確定微波真空干燥室的結構和尺寸,使室內的空氣擊穿場強在安全范圍之內。微波真空干燥室的結構還應保證微波場的均勻性, 避免物料介質某部分由于場強很強而過熱,而另一部分卻由于弱電場而受熱不足, 同時微波真空干燥室的結構還應滿足壓力容器的設計要求和規(guī)范。依據(jù)以上設計原則, 確定微波真空干燥室的主要結構和尺寸參數(shù)。
（2） 微波真空密封結構
在微波真空干燥設備各連接處, 需要同時進行微波和真空的雙重密封, 將微波泄漏量控制在安全標準范圍內,真空度還應達到相應的設計要求。因此, 在微波真空干燥室和饋能裝置的接口、各法蘭和進出料口等處,既要采用適合的微波密封材料來防止微波泄漏, 同時還需采用橡膠圈進行真空密封,防止系統(tǒng)泄漏引起真空度的降低。根據(jù)連接處的不同結構型式, 分別采用導電橡膠條、導電金屬圈和軟性鐵氧體等材料作為微波密封材料。
（3） 連續(xù)式進出料結構
連續(xù)式進出料結構可保證設備的連續(xù)化生產,由于進出料動作頻繁,所以該結構需具有較好的密封性來保持整個系統(tǒng)的真空度并防止微波泄漏,所以密封是該部件的關鍵。傳統(tǒng)的真空進出料結構采用旋轉閉風器結構, 該結構連續(xù)輸送性好, 入料均勻, 但容易堵料,使密封件磨損嚴重, 密封件磨損后會使真空系統(tǒng)泄漏, 造成真空度不穩(wěn)定。同時, 微波沿著密封件磨損后的縫隙向外輻射,導致微波泄漏量超過安全輻射標準。本研究采用雙擋板閥結構將物料從進料斗送入微波干燥室, 再從該室卸料到常壓環(huán)境。
2 主要部件設計
2.1 微波真空干燥室
微波真空干燥室采用圓柱形諧振腔, 圓柱形加熱器的磁力線比較集中, 物料升溫較快,比較適合物料干燥膨化的快速升溫要求,同時圓柱形結構易滿足壓力容器的設計要求。由工作負載的zui大允許溫度、工作的真空度以及空氣擊穿場強與壓力的相關關系,確定zui大安全工作電場強度, 利用下式可計算出工作負載的zui大功率耗散密度。
干燥室內的單位微波功率應小于工作負載的zui大功率耗散密度, 由此可計算出干燥室的zui小體積,確定了干燥室的zui小體積, 并考慮物料系數(shù)、功率密度及微波場均勻性等因素,來確定干燥室的主要參數(shù)。在輸入功率不變的情況下, 腔體尺寸越大,出現(xiàn)的模式越多, 不同模式的電場疊加, 使得總的疊加電場在整個腔體內比較均勻。干燥室的另一個重要參數(shù)是品質因數(shù), 品質因數(shù)表示了諧振腔的質量,其值越高,微波效率利用率越高。
2.2 微波系統(tǒng)
微波系統(tǒng)采用多饋口獨立輸入微波能到干燥室內, 以降低饋能耦合口的功率密度, 防止出現(xiàn)氣體擊穿、拉弧放電現(xiàn)象，每個獨立微波源包括微波功率源和微波傳輸系統(tǒng)。微波功率源主要電氣線路，其中關鍵元件是磁控管V E,該系統(tǒng)采用連續(xù)波磁控管, 由具有高漏電感的微波變壓器T 提供磁控管正常工作所需電壓, 在該變壓器初級繞組上加220V交流電壓后, 在次級低壓繞組中產生用于磁控管陰極加熱的燈絲電壓, 與此同時, 在次級高壓繞組中產生千伏級的高壓交流電，經高壓電容C 與高壓二極管VD 組成倍壓整流回路后, 加到磁控管兩極之間，為磁控管陰極提供一個負高壓。磁控管工作時,會散發(fā)大量熱量, 應進行冷卻控制, 為了使用方便,通常采用強迫風冷，即將風扇安裝在磁控管散熱片附近, 用于冷卻工作中的磁控管。
微波傳輸系統(tǒng)是通過標準波導將磁控管輸出的微波功率以zui低損耗傳輸?shù)轿⒉ㄕ婵崭稍锸?/span>, 磁控管的輸出天線插入標準波導寬邊上的孔中, 保證其輸出天線頭上所附的金屬絲網(wǎng)墊圈與波導孔的翻邊凸緣均勻良好接觸，然后均勻擰緊固定螺釘, 即可使用。波導與干燥室連接處的法蘭加了一塊聚四氟乙烯板, 可以阻隔干燥過程中的水蒸氣，并在法蘭的凹槽中放入了橡膠圈密封真空, 保證干燥室內的真空環(huán)境, 采用軟性鐵氧體環(huán)防止微波泄漏。
