微波干燥設(shè)備原理是被干燥的物料在微波干燥設(shè)備場中吸收微波能量轉(zhuǎn)化為熱量,通過熱量來蒸發(fā)水分,達到干燥物料的目的。
微波干燥設(shè)備分隧道式微波干燥設(shè)備,箱式微波干燥設(shè)備,真空式微波干燥設(shè)備。極性介質(zhì)在未加電場時,其偶極子作雜亂無章的運動,整體對外呈電中性;當外加電場時,介質(zhì)中的偶極子就呈方向性重新排列,即帶正電的一端趨向負極,帶負電的一端趨向正極,使雜亂運動著、毫無規(guī)則排列的偶極子,變成了有一定取向、有規(guī)則排列的極化分子,同時,外加電場給予偶極子以勢能。介質(zhì)的極化愈強,介質(zhì)所儲存的能量也就愈多,若改變電場方向,則偶極子的排列方向也隨之改變。在轉(zhuǎn)變過程中,由于分子的熱運動、相鄰分子間的相互作用和極性分子的變極效應(yīng),產(chǎn)生了類似“摩擦”的作用,使極性分子獲得能量,并以熱能的形式表現(xiàn)出來,介質(zhì)的溫度也隨之上升。
把直流電源換成超高頻率的微波,微波波段電磁場頻率高達108數(shù)量級,分子每秒鐘頻繁轉(zhuǎn)向運動數(shù)億次,極化過程中類似于“摩擦”的效果表現(xiàn)得極為激烈,產(chǎn)生極為可觀的熱量。
物料吸收微波的能力取決于微波的電場強度、頻率以及物料的介電常數(shù)。物料的水分含量、溫度、密度及組分等因素對介電常數(shù)都會產(chǎn)生影響,介電常數(shù)隨著水分含量的增加而增加;物料在低水分含量時由于物理上的束縛效應(yīng)減弱及偶極子易于重新取向,使得介電常數(shù)與溫度呈現(xiàn)正的梯度關(guān)系,在高水分含量時則相反,隨著溫度的上升反而減小了,故溫度系數(shù)取決于物料的水分含量;介電常數(shù)受水分的影響最大,鹽分可以降低物料中自由水的相對比例,使介電常數(shù)和偶極損耗減小,但增大了電導(dǎo)損耗。物料的幾何形狀對微波加熱方式有很大影響,物料周邊及尖角的電場強度較高,出現(xiàn)邊角效應(yīng),球形是微波加熱的理想形狀。
微波干燥時,微波能透射到物料內(nèi)部被水分所吸收,微波能瞬時轉(zhuǎn)化為熱能使物料內(nèi)外同時升溫,使內(nèi)層水蒸氣壓力驟升,驅(qū)動水蒸氣向表層排出,內(nèi)層首先出現(xiàn)干燥層,并逐漸向外層擴展;常規(guī)干燥時,表面吸收了熱介質(zhì)傳遞的熱能而汽化,表層溫度升高,內(nèi)外層溫差加大,外層首先形成干燥層,水分減少導(dǎo)致細胞濃度提高,形成內(nèi)層細胞的滲透壓差,水分便由內(nèi)層向外層流動。常規(guī)干燥與微波干燥機理模型如常規(guī)干燥溫度梯度方向、熱量傳導(dǎo)方向由外向內(nèi),與蒸汽遷移方向正好相反,水蒸氣的擴散遷移阻礙了熱量向內(nèi)層傳遞,因此延緩了整體升溫過程,溫度分布不均勻,內(nèi)外層溫差大,外層溫度較高促使表層水分蒸發(fā)加快,水分大量蒸發(fā)和細胞濃度降低了內(nèi)部水分的擴散和蒸發(fā)速度,導(dǎo)致外層容易結(jié)殼,整個干燥時間較長;微波干燥為內(nèi)外同時升溫,物料表面因水分蒸發(fā)而相對溫度較低,外層不會結(jié)殼,溫度梯度方向由外向內(nèi),整體溫度分布均勻,內(nèi)外層溫差小,微波能的吸收程度取決于介電常數(shù),介電常數(shù)隨水分含量的變化而變化,水分含量越高,吸收的微波能量越多,轉(zhuǎn)化的熱量越多,因此熱量傳導(dǎo)方向由內(nèi)向外,與溫度梯度方向、蒸汽遷移方向相同,水蒸氣的擴散遷移不影響熱量向表面?zhèn)鬟f,水分蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸氣引起內(nèi)部氣體壓力增加, 形成較大的壓力 差 , 內(nèi)層細胞濃度增加會產(chǎn)生一定的濃度差, 促使水分快速向表面擴散遷移,蒸發(fā)速度高于常規(guī)干燥方式,縮短整個干燥時間。
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