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微波干燥加工比常規(guī)干燥方式加工提高了產(chǎn)品質(zhì)量,但由于干燥溫度一般在70℃以上,干燥速度快,易導(dǎo)致部分產(chǎn)品內(nèi)部糊化,降低了產(chǎn)品品質(zhì);微波真空干燥技術(shù)把真空干燥與微波干燥的特點有機結(jié)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高效性,因此可以實現(xiàn)物料的快速低溫干燥[ 1～ 2 ]。連續(xù)式真空干燥微波設(shè)備可保證物料的干燥溫度在40℃左右,干燥速度是真空熱風(fēng)干燥的數(shù)十倍,極大提高了生產(chǎn)能力,而且干燥的產(chǎn)品可有效地保持色、香、味、形和營養(yǎng)成分,提高了產(chǎn)品品質(zhì)。主要結(jié)構(gòu)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(guān)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(nèi)產(chǎn)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(nèi)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(nèi)緩慢橫向移動和上下徑向轉(zhuǎn)動,可均勻接受微波能。物料干燥處理結(jié)束后,通過出料系統(tǒng)輸出,完成卸料。該設(shè)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。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)象最易發(fā)生在微波饋能耦合口和腔體內(nèi)場強集中處,不僅會消耗微波能,而且會損壞部件并產(chǎn)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(yīng)合理設(shè)計確定微波真空干燥室的結(jié)構(gòu)和尺寸,使室內(nèi)的空氣擊穿場強在安全范圍之內(nèi)。微波真空干燥室的結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證微波場的均勻性,避免物料介質(zhì)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(jié)構(gòu)還應(yīng)滿足壓力容器的設(shè)計要求和規(guī)范。依據(jù)以上設(shè)計原則,確定微波真空干燥室的主要結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)。微波真空密封結(jié)構(gòu)在微波真空干燥設(shè)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(nèi),真空度還應(yīng)達到相應(yīng)的設(shè)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(jié)構(gòu)型式,分別采用導(dǎo)電橡膠條、導(dǎo)電金屬圈和軟性鐵氧體等材料作為微波密封材料。連續(xù)式進出料結(jié)構(gòu)連續(xù)式進出料結(jié)構(gòu)可保證設(shè)備的連續(xù)化生產(chǎn),由于進出料動作頻繁,所以該結(jié)構(gòu)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(guān)鍵。傳統(tǒng)的真空進出料結(jié)構(gòu)采用旋轉(zhuǎn)閉風(fēng)器結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)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(dǎo)致微波泄漏量超過安全輻射標準。本研究采用雙擋板閥結(jié)構(gòu)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。

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(jié)構(gòu)易滿足壓力容器的設(shè)計要求。由工作負載的最大允許溫度、工作的真空度以及空氣擊穿場強與壓力的相關(guān)關(guān)系,確定最大安全工作電場強度,利用下式可計算出工作負載的最大功率耗散密度。干燥室內(nèi)的單位微波功率應(yīng)小于工作負載的最大功率耗散密度,由此可計算出干燥室的最小體積,計算公式為確定了干燥室的最小體積,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(nèi)比較均勻。干燥室的另一個重要參數(shù)是品質(zhì)因數(shù),品質(zhì)因數(shù)表示了諧振腔的質(zhì)量,其值越高,微波效率利用率越高。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(nèi),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見圖2,其中關(guān)鍵元件是磁控管VE,該系統(tǒng)采用連續(xù)波磁控管,由具有高漏電感的專用微波變壓器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(chǎn)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(chǎn)生千伏級的高壓交流電,經(jīng)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(yīng)進行冷卻控制,為了使用方便,通常采用強迫風(fēng)冷,即將風(fēng)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(dǎo)將磁控管輸出的微波功率以最低損耗傳輸?shù)轿⒉ㄕ婵崭稍锸?磁控管的輸出天線插入標準波導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(nèi)的真空環(huán)境,采用軟性鐵氧體環(huán)防止微波泄漏。