連續式微波真空干燥設備

　　微波干燥加工比常規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,因此可以實現物料的快速低溫干燥[1～2]。研制的連續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十倍,極大提高了生產能力,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和微波系統組成的一套干燥系統。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。物料連續不斷地進入到進料斗中,通過進料系統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,通過出料系統輸出,完成卸料。該設備主要包括進料系統、輸送系統、微波系統、真空干燥室、出料系統和真空系統6個部分。連續式微波真空干燥設備示意圖參見圖1。1.進料系統2.輸送系統3.微波系統4.真空干燥室5.出料系統6.真空系統1.2關鍵技術（1）微波真空干燥室在真空狀態下,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,從而出現氣體擊穿、拉弧放電現象,該現象易發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[3]。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范。依據以上設計原則,確定微波真空干燥室的主要結構和尺寸參數。（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,防止系統泄漏引起真空度的降低。根據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）連續式進出料結構連續式進出料結構可保證設備的連續化生產,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的真空度并防止微波泄漏,所以密封是該部件的關鍵。傳統的真空進出料結構采用旋轉閉風器結構,該結構連續輸送性好,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泄漏,造成真空度不穩定。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,確定大安全工作電場強度,利用下式可計算出工作負載的大功率耗散密度。干燥室內的單位微波功率應小于工作負載的大功率耗散密度,由此可計算出干燥室的小體積,計算公式為確定了干燥室的小體積,并考慮物料系數、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。在輸入功率不變的情況下,腔體尺寸越大,出現的模式越多,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是品質因數,品質因數表示了諧振腔的質量,其值越高,微波效率利用率越高2.2微波系統微波系統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,防止出現氣體擊穿、拉弧放電現象,每個獨立微波源包括微波功率源和微波傳輸系統。微波功率源主要電氣線路見圖2,其中關鍵元件是磁控管VE,該系統采用連續波磁控管,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。微波傳輸系統是通過標準波導將磁控管輸出的微波功率以低損耗傳輸到微波真空干燥室,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[4]。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境,采用軟性鐵氧體環防止微波泄漏。