一種多層連續式微波熟化農副產品設備

王東升++岳華++劉鋒++張士偉++蘇建勇

摘 要：一種多層連續式微波熟化農副產品設備具有以下特點：冷卻風在設備內部呈“S”型運動，可有效利用冷卻段余熱，濕氣更有效被帶走，節約能源；多層分別傳動，各層傳動速度單獨變頻可調，便于用戶根據實際需要靈活調整等。此設備加工時間短，節能省時，營養成分保存率高，且熟化、殺菌、干燥同時完成。

關鍵詞：多層連續式；微波熟化；節約能源

中圖分類號：TH22 文獻標識碼：A

微波熟化技術、烘焙熟化技術作為新型熟化技術已經引起人們的重視，并逐步在生產中得到應用；超低溫熟化技術、超聲熟化技術、化學熟化技術都有可能在不久的將來得到實際的應用。熟化技術與熟化食品在我國方興未艾，隨著以上各項工作的開展，以及人民生活水平的不斷提高，滿足大眾生活需要的熟化食品必將迅速發展。

一、微波熟化農副產品新型工藝裝備

（一）研究現狀

微波熟化農副產品技術加工溫度低、營養成分損失率低、產品色澤、營養、口感方面較為突出，近幾年發展很快，將微波熟化應用于農副產品熟化發展亦很快。采用多層傳動，各層傳動速度單獨變頻可調；熟化冷卻同步完成，在熟化過程中物料經多次混合、冷卻，口感較好。

（二）方案設計原則

（1）本方案的確定考慮到食品加工過程中綠色、安全、衛生的要求，盡量保全農副產品的營養成分和品質，實現規模化連續高效作業、技術的先進性及成熟度、確保穩妥可行、風險最小，保證產品質量。（2）生產線工藝設備的設計、選型都考慮確保主要設備的配置與產品的生產技術工藝及生產規模相適應，工藝及各項技術參數具備實踐性。（3）生產線的所有設備確保先進、實用、可靠、安全，主要設備及元件選用國外進口的名牌產品，操作、維修方便，使用壽命較長。（4）生產線的總體布置設計，考慮整個生產線工藝流程的合理性，設備布置與車間協調、整齊、美觀、便于操作、維修。（5）該生產線的設計充分考慮到在確保熟化工藝的情況下，實現連續化作業以提高自動化程度，并充分考慮改善生產工作環境和勞動條件，貫徹國家和行業的有關標準及安全措施。（6）整個生產線的設計原則堅持“工藝可控化、生產自動化、風險最小化、效率最高化、服務全程化”。

（三）具體方案確定

針對規模化連續式生產的要求，設計一款尺寸為18.5m×1.2m×1.8m的設備，其中微波腔體的尺寸13.5m× 1.2m×0.55m，功率設置為0～120kW連續可調，頂部采用正交品字形分布，三層輸送帶的方式輸送物料。由尺寸相同的諧振腔串聯而成的腔體；物料從腔體一側進入，另一側排出。由激勵腔、彎頭和波導組成的能量輸送器，把微波能量輸送到腔體內。在物料出入口處，裝有梳型能量抑制器，能防止微波能的泄漏。傳輸機構一般由調速電機、傳送帶、變速箱、鏈輪和滾筒組成。

微波系統核心部件采用特殊的3層連續式輸送帶結構，防止落料，熟化經冷卻后可送到卸料口直接包裝，排濕系統使水蒸氣排出迅速，提高效率；人機界面操作，PLC自動控制，可實現數據存儲、輸出、打印功能；微波功率連續可調，熟化殺菌同步進行；工藝參數自由設定，可設置多種工藝曲線；采用非接觸式紅外測溫技術、精度高，控制簡單，帶有濕度傳感器，對進出口物料水分進行測量，視頻顯示腔體內部情況，便于監控；整體設計體現以下特點：（1）抽濕方式采用出口底部進風，出口頂部抽濕，冷卻風在設備內部呈“S”形運動，可有效利用冷卻段余熱，濕氣可更有效被帶走，節約能源；（2）電氣元器件控制柜單獨放置，與設備分離，節約潔凈空間，也更便于維修保養；（3）多層分別傳動，各層傳動速度單獨變頻可調，便于使用方根據實際也需要靈活調整；（4）腔體內表面平整光滑，檢視清掃方便。

（四）設備結構及尺寸的確定

選用微波的頻率為2450MHz±50Hz，波長λ≈12.5mm，根據實驗數據和理論計算得知，微波腔體尺寸應為波長的整數倍，即：

W=n·λ（W為設備腔體寬度尺寸，n為波的個數）

H=n·λ（H為設備腔體高度尺寸，n為波的個數）

考慮到設備腔體的高度和檢修需預留的空間；在高度方向上取n=48，高度為600mm，輸送帶位置距地板為H=13·λ=162.5mm。在設備的寬度方向上，由于輸送帶采用800mm寬，兩側各留150mm的跑偏距離和50mm的微波抑制系統安裝位置，所以取寬度為1200mm，則n=88，符合理論依據；布料寬度為500mm～600mm之間。

根據農副產品熟化的時間和規律，腔體長度設為13.5m，再加上兩端的上下料系統和微波抑制系統，總長定為18.5m。

（五）設備結構設計

由于一種多層連續式微波熟化農副產品設備屬于食品行業，因此生產過程中的清潔尤為重要。腔體采用食品級（SUS304 JIS）不銹鋼材質，整個生產流水線的結構如圖1所示。一種多層連續式微波熟化農副產品設備由布料系統、熟化腔體、輸送裝置、冷卻系統、抽濕系統、收料系統、儀表顯示臺、操作臺和支架系統組成。多層物料輸送帶由變頻電機驅動，熟化的產品經冷卻系統冷卻送到收料裝置后可直接稱重包裝。在熟化腔上安裝有多個紅外溫度傳感器和濕度傳感器。在進料口和排料口各安裝一個水分傳感器。儀表控制柜上安裝有物料表面溫度顯示儀、空氣溫濕度顯示儀、電源開關、磁控管功率調節開關、磁控管工作時間調節開關、輸送帶電機開關。

二、關鍵技術問題及解決

（一）微波源冷卻系統的設計

微波源冷卻系統包括制冷機組、微波設備和與微波設備鏈接的控制系統。制冷機組的進水端經第一管路連接微波設備的冷卻水道出水端，微波冷卻設備的冷卻水道經第二管路連接第一管道泵，第一管道泵連接制冷機組的出水端，第一管路上裝有第二管道泵、第一管道過濾器，第二管路上設有溫度傳感器、壓力傳感器、流量計、第二管道過濾器和調節閥，微波設備內的冷卻水道上連有自動排氣閥，制冷機組上連接有水源，冷卻效果好，節約水源，能對管路中的水進行檢查，保證設備安全運行。

（二）抽濕系統設計

自然空氣或者加熱后的趕在空氣從設備一端進入微波腔體，從設備另一端抽出，空氣流動過程中迅速帶走微波加熱過程中所產生的水蒸氣等氣體。系統支架上設置有傳輸裝置及配套的驅動裝置，在支架的傳輸裝置上依次設置有進口和出口，以及微波發生器和電氣部分，抑制系統，在靠近進口的微波作用腔體側壁上安裝有排濕系統，排濕系統的進風管位于微波發生腔外側。

三、展望

通過熟化農副產品項目研究團隊多年對熟化農副產品行業的監測調研，結合中國熟化農副產品行業發展現狀及前景趨勢，微波熟化農副產品技術作為一項高新技術，以其獨特的加熱特點開辟了一條新的途徑，這項技術將在完善自身技術方法和設備的同時，不斷與其他技術相結合，向著更廣更深的方向發展，應用前景十分廣闊。

參考文獻

[1]劉廣文.干燥設備設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2009.