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、干燥時間短等獨特的干燥特點，成為目前干燥研究的熱點。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)動可克服微波干燥的不均勻性，同時，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。

微波干燥；轉(zhuǎn)筒；均勻性

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

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)都有廣泛的應用。轉(zhuǎn)筒干燥與其他干燥設備相比，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范圍，不會影響產(chǎn)品的質(zhì)量；清掃容易。缺點是在進行干燥操作時熱損失較大，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，二可以克服二者的缺點。通過轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)動使得物料處于一種隨機運動狀態(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，實驗結(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，利用微波干燥速度快的優(yōu)點可提高轉(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)的水分不能被及時排除，在轉(zhuǎn)筒壁面凝結(jié)成水滴，從而影響干燥過程，同時，干燥后的產(chǎn)品品質(zhì)比較差。本實驗通過通以一定條件的熱風，研究在微波轉(zhuǎn)筒干燥過程中，熱風對干燥過程及干燥產(chǎn)品品質(zhì)的影響。

2　微波轉(zhuǎn)筒干燥中通氣的實驗研究

2.1熱風轉(zhuǎn)筒干燥與微波熱風轉(zhuǎn)筒干燥的比較

在一定的通風條件下（通風溫度T=50℃，通風速度v=1.5 m/s），微波功率P=126 W，濕物料質(zhì)量m=100 g，圖1比較了熱風轉(zhuǎn)筒干燥與微波熱風轉(zhuǎn)筒干燥的干燥速率。圖1中可見，微波熱風干燥速率大約是熱風干燥速率的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，從而大大改善了干燥過程，而熱風干燥中，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，熱風干燥速度較慢。

圖1　熱風與微波干燥速率的比較圖

2.2通風溫度的影響

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，通風速度v=1 m/s，圖2比較了通風溫度分別為30℃，50℃，70℃時以及與單一微波干燥時其濕含量降低率與時間的變化曲線。圖中所示，在干燥前期，隨著通風溫度的升高，濕含量的降低率增大，表明干燥速率加快；當進入降速干燥階段，干燥速率不再隨著熱風溫度的變化而變化，在降速階段熱風溫度對干燥速率基本沒有影響。

圖2　熱風溫度對干燥速率的影響圖

2.3通風速度的影響

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），相同通風溫度（T=50℃）的條件下，不同通風速度（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，通風速度越大，干燥速率越快；當進入降速階段，通風速度對干燥的影響甚微。

圖3　熱風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，必須保證產(chǎn)品的品質(zhì)。單一微波干燥時，其產(chǎn)品品質(zhì)最差，通風之后，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。功率的變換點主要選擇在25分鐘進入降速階段時，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可提高干燥速率，改善產(chǎn)品品質(zhì)。通風溫度與速度對干燥前期影響較大，隨著通風溫度的升高和通風速度的加大，干燥速率加大；但進入降速干燥階段，通風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)部擴散過程，其受空氣溫度與流速的影響很小。

通風溫度與速度對產(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可改善產(chǎn)品的品質(zhì)。隨著通風溫度的升高，干制品的色澤卻變差；隨著通風速度的提高，干制品的色澤變好。但通風對產(chǎn)品品質(zhì)的改善程度有限，嚴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驗研究［J］.天津科技大學學報，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)和設備。