微波轉(zhuǎn)筒干燥研究

◎陳敬舉，謝建松，肖彥民

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南　鄭州　450053）

微波轉(zhuǎn)筒干燥研究

◎陳敬舉，謝建松，肖彥民

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南鄭州450053）

微波干燥以其干燥速度快、干燥時(shí)間短等獨(dú)特的干燥特點(diǎn)，成為目前干燥研究的熱點(diǎn)。但其唯一的不足是干燥的不均勻性。在本文中，將微波干燥與轉(zhuǎn)筒干燥相結(jié)合，利用轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)動(dòng)可克服微波干燥的不均勻性，同時(shí)，可充分發(fā)揮微波干燥速度快，轉(zhuǎn)筒干燥處理量大等優(yōu)點(diǎn)。

微波干燥；轉(zhuǎn)筒；均勻性

微波干燥具有干燥速度快，干燥時(shí)間短，干燥設(shè)備緊湊以及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但微波加熱的最大缺點(diǎn)是加熱不均勻。

回轉(zhuǎn)圓筒干燥器是一種既受高溫加熱又兼輸送的設(shè)備，可以處理大量的物料，在食品、化工、冶金、建材等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。轉(zhuǎn)筒干燥與其他干燥設(shè)備相比，生產(chǎn)能力大，可連續(xù)操作；結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；故障少，維修費(fèi)用低；適用范圍廣，流體阻力小，適用于顆粒狀物料的干燥，對于那些附著性大的物料也很有利；操作彈性大，生產(chǎn)上允許產(chǎn)品的流量有較大波動(dòng)范圍，不會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量；清掃容易。缺點(diǎn)是在進(jìn)行干燥操作時(shí)熱損失較大，熱效率低。

本文將微波與轉(zhuǎn)筒干燥相結(jié)合，一可以利用微波干燥與轉(zhuǎn)筒干燥的優(yōu)點(diǎn)，二可以克服二者的缺點(diǎn)。通過轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)動(dòng)使得物料處于一種隨機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過改變物料的位置可以改善物料對微波能的吸收，提高微波加熱的均勻性。

王瑞芳等［1］研究了微波轉(zhuǎn)筒干燥器的均勻性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示微波轉(zhuǎn)筒干燥大大優(yōu)于靜止及轉(zhuǎn)盤微波干燥的均勻性。同時(shí)，利用微波干燥速度快的優(yōu)點(diǎn)可提高轉(zhuǎn)筒的熱效率。

1　研究內(nèi)容

在青豌豆的微波轉(zhuǎn)筒干燥過程中，用單一的微波作為加熱源，發(fā)現(xiàn)在干燥的前期，由于蒸發(fā)的水分不能被及時(shí)排除，在轉(zhuǎn)筒壁面凝結(jié)成水滴，從而影響干燥過程，同時(shí)，干燥后的產(chǎn)品品質(zhì)比較差。本實(shí)驗(yàn)通過通以一定條件的熱風(fēng)，研究在微波轉(zhuǎn)筒干燥過程中，熱風(fēng)對干燥過程及干燥產(chǎn)品品質(zhì)的影響。

2　微波轉(zhuǎn)筒干燥中通氣的實(shí)驗(yàn)研究

2.1熱風(fēng)轉(zhuǎn)筒干燥與微波熱風(fēng)轉(zhuǎn)筒干燥的比較

在一定的通風(fēng)條件下（通風(fēng)溫度T=50℃，通風(fēng)速度v=1.5 m/s），微波功率P=126 W，濕物料質(zhì)量m=100 g，圖1比較了熱風(fēng)轉(zhuǎn)筒干燥與微波熱風(fēng)轉(zhuǎn)筒干燥的干燥速率。圖1中可見，微波熱風(fēng)干燥速率大約是熱風(fēng)干燥速率的3倍，微波的加入大大提高了干燥速率，節(jié)約了干燥時(shí)間。這主要是由于微波干燥過程中，溫度梯度、壓力梯度與水分的遷移方向均一致，形成了由內(nèi)向外的干燥特點(diǎn)，從而大大改善了干燥過程，而熱風(fēng)干燥中，由于物料外層首先被加熱，其溫度梯度與水分的遷移方向相反，而且在干燥中，物料表皮容易形成硬殼，阻礙內(nèi)部水分向外遷移，因此，熱風(fēng)干燥速度較慢。

圖1　熱風(fēng)與微波干燥速率的比較圖

2.2通風(fēng)溫度的影響

取微波功率P=252 w，濕物料質(zhì)量m=200 g，轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速n=15 r/min，通風(fēng)速度v=1 m/s，圖2比較了通風(fēng)溫度分別為30℃，50℃，70℃時(shí)以及與單一微波干燥時(shí)其濕含量降低率與時(shí)間的變化曲線。圖中所示，在干燥前期，隨著通風(fēng)溫度的升高，濕含量的降低率增大，表明干燥速率加快；當(dāng)進(jìn)入降速干燥階段，干燥速率不再隨著熱風(fēng)溫度的變化而變化，在降速階段熱風(fēng)溫度對干燥速率基本沒有影響。

圖2　熱風(fēng)溫度對干燥速率的影響圖

2.3通風(fēng)速度的影響

圖3比較了相同微波功率質(zhì)量比（P/m=252 W/200 g），相同轉(zhuǎn)速（n=15 r/min），相同通風(fēng)溫度（T=50℃）的條件下，不同通風(fēng)速度（v=1 m/s，1.5 m/s，2 m/s）及單一微波干燥對濕含量降低率的影響。圖中可見，在干燥的前期，通風(fēng)速度越大，干燥速率越快；當(dāng)進(jìn)入降速階段，通風(fēng)速度對干燥的影響甚微。

圖3　熱風(fēng)速度對干燥速率的影響圖

2.4變換微波功率的影響

由圖1可知，加入微波后，干燥速率可提高3倍左右。因此，在青豌豆的微波熱風(fēng)轉(zhuǎn)筒干燥過程中，青豌豆的干燥速率主要取決于微波功率。在提高干燥速率的同時(shí)，必須保證產(chǎn)品的品質(zhì)。單一微波干燥時(shí)，其產(chǎn)品品質(zhì)最差，通風(fēng)之后，對產(chǎn)品品質(zhì)有所改善，但在干燥的末期，豌豆內(nèi)部有微熟現(xiàn)象。這主要是由于在降速干燥階段，單一微波干燥的失水率太高，而且在干燥末期，功率/質(zhì)量比太大，過多的微波能吸收使得豌豆內(nèi)部溫度過高而造成。因此，控制降速階段的失水率非常必要。

圖4比較了單一功率與變換功率對干燥速率的影響。功率的變換點(diǎn)主要選擇在25分鐘進(jìn)入降速階段時(shí)，微波功率由252 W變換為126 W。由于在降速階段，微波功率減小，因此其干燥速率明顯降低，失水率減小。但變換功率后的色澤也是最好的，顏色鮮綠，接近于干燥前的新鮮豌豆，豌豆內(nèi)部沒有熟的現(xiàn)象。其主要原因是在降速階段降低微波功率實(shí)際上控制了降速階段的失水率和物料內(nèi)部的溫度。雖然變換功率后，干燥時(shí)間加長，但總的能耗卻是降低的。

圖4　變換功率對干燥速率的影響圖

3　結(jié)論

在青豌豆的微波轉(zhuǎn)筒干燥研究中，通以一定條件的熱風(fēng)可提高干燥速率，改善產(chǎn)品品質(zhì)。通風(fēng)溫度與速度對干燥前期影響較大，隨著通風(fēng)溫度的升高和通風(fēng)速度的加大，干燥速率加大；但進(jìn)入降速干燥階段，通風(fēng)溫度與速度的變化對干燥速率的影響甚微。這主要是由于干燥前期去除的主要是自由水分，空氣的溫度、流速影響其傳質(zhì)過程；但在降速階段，傳質(zhì)過程主要取決于物料內(nèi)部擴(kuò)散過程，其受空氣溫度與流速的影響很小。

通風(fēng)溫度與速度對產(chǎn)品的品質(zhì)都有影響。在微波轉(zhuǎn)筒干燥中通以一定條件的熱風(fēng)可改善產(chǎn)品的品質(zhì)。隨著通風(fēng)溫度的升高，干制品的色澤卻變差；隨著通風(fēng)速度的提高，干制品的色澤變好。但通風(fēng)對產(chǎn)品品質(zhì)的改善程度有限，嚴(yán)格控制干燥末期的失水率和物料內(nèi)部的溫度對于保證產(chǎn)品品質(zhì)非常重要。通過在整個(gè)干燥過程中，變換微波功率可大大提高產(chǎn)品的品質(zhì)，一般在進(jìn)入降速階段，降低微波功率以減少物料對微波能的吸收，從而降低物料內(nèi)部溫度，保證產(chǎn)品品質(zhì)。

［1］王瑞芳，李占勇.水平轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)筒微波干燥均勻性的實(shí)驗(yàn)研究［J］.天津科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，24（4）.

Investigation of MICROWAVE-ROTARY-DRUM DRYING

Chen Jingju，Xie Jiansong，Xiao Yanmin
（COFCO Engineering&Technology（Zhengzhou）Co.，Ltd. Zhengzhou 450053，China）

Microwave drying has been the hot point of present study due to its high dryingspeedandshortdryingtime.Butthereisstillonedeficiency，say，drying non-uniformity.In this project，microwave drying is combined with rotary drum，which could not only void the drying non-uniformity，but also use the high speed of microwave drying and large handling capacity of rotary drum.

microwave drying；rotary drum；uniformity

S226.6

2015-11-03

陳敬舉（1986-），男，工程師；專業(yè)方向糧食干燥技術(shù)和設(shè)備。