一種新型紅參干燥設備的設計與研究

施華 張偉燕 黃晶晶

摘要：新鮮紅參的含水量較高，極難長期保存，所以需要盡快將其干燥以脫除水分。針對紅參干燥要求與特點，通過開展設備結構設計與CST微波仿真研究，采用微波和熱風聯(lián)合干燥的方式，將干燥后的紅參含水量控制在適宜范圍內，為后續(xù)同類物料的干燥提供工藝技術支撐。

關鍵詞：紅參;CST微波仿真;微波干燥;熱風干燥

0 引言

紅參是一種中藥，有大補元氣、復脈固脫、益氣攝血的功效，其藥用價值很高，但高質量的紅參對含水量要求較高，宜控制在12%～15%，而常規(guī)的烘干方法費時費力，且無法保證烘干質量。

微波技術作為一種將電磁能轉化為熱能的特殊導熱方式，在食品加熱、殺蟲滅菌、干燥保鮮等方面用途廣泛，同時，更向催化化學反應、新材料微波處理等應用發(fā)展[1]。微波干燥比傳統(tǒng)熱風干燥更快、能效更高、產品品質更均一[2]。微波干燥系統(tǒng)能量集中，與傳統(tǒng)熱風干燥設備相比，其只占用20%～30%的空間，就能實現(xiàn)快速、有效的熱處理且可有效防止產品品質下降。本文所闡述的紅參干燥設備是一種采用微波與熱風干燥技術相結合的新型設備。

1 設計原理

本文所研究的物料為紅參，其干燥過程是將物料放入腔體聚丙轉盤上，在微波與熱風的聯(lián)合作用下進行干燥。若采用傳統(tǒng)加熱方式，加熱均勻性很難得到保證，而微波加熱依靠微波滲透至物料內，與物料的極性分子間相互作用轉化為熱能，使物料內各部分都在同一瞬間獲得熱量而升溫，該干燥設備具有干燥均勻、高效節(jié)能、操作方便、殺菌環(huán)保的優(yōu)點。

2 設備結構

2.1 ? ?機械結構

該微波設備由機架組合、腔體組合、轉盤系統(tǒng)等組成。物料擺放在聚丙轉盤上，在微波與熱風的聯(lián)合作用下進行干燥，設備結構示意圖如圖1所示。

2.2 ? ?微波能量傳輸形式設計

為了增強物料加熱的均勻性，經仿真設計腔體結構，從兩側面及后面將微波能量傳輸至腔體內，每個面的功率為1 kW，設備所需微波功率為3 kW，考慮到該設備在運行過程中要反復開機、停機，故選擇三星油冷式1 kW磁控管3只。微波能量傳輸形式基本是360°全方位加熱，均勻性較好。

3 仿真設計

CST是一款專用于微波無源器件及天線設計與分析的微波仿真軟件，其強大的實體建模前端基于著名的ACIS建模內核，結構輸入過程簡便，再加上完善的圖形化反饋，極大地簡化了對各種器件的定義。本文中考慮到物料加熱時間和溫度變化情況確定微波能量傳輸形式為四面?zhèn)鬏敚蕦Υ朔N方案進行仿真分析。其仿真模型示意圖如圖2所示。

腔體采用3只1 kW磁控管將微波能量從輸能窗傳輸至腔體內，輸能窗分別分布在除門之外的3個側面上，下設托盤和轉軸，頂部分布紅外測溫，同時設置排濕口，底面設置熱風進口，仿真設計結果如圖3、圖4所示。

經仿真優(yōu)化，腔體尺寸：長×寬×高=800 mm×800 mm×645 mm，托盤尺寸：500 mm×500 mm×10 mm。從仿真結果看，各能量傳輸口S參數(shù)在2.45 GHz頻率附近均小于-10 dB，對于2.45 GHz多管磁控管設備可以滿足使用要求。靜態(tài)仿真結果顯示，負載處電場和功率密度較為均勻，后期進行轉盤轉動和熱風補償后，均勻性會更佳。

4 試驗數(shù)據(jù)

從試驗結果可以看出，物料均勻性較好，經過檢測，物料溫差在±5 ℃。經過調查研究，紅參干燥后的含水量宜控制在12%～15%。為此對初始含水量不同的紅參進行工藝試驗，對其吸收微波功率的大小及干燥時間進行工藝摸索，使干燥后的紅參含水量始終保持在12%～15%。具體試驗結果如圖5所示。

5 結語

新鮮紅參干燥在微波干燥領域一直是難點之一。本文從紅參干燥的具體需求出發(fā)，研究出了一種微波和熱風聯(lián)合干燥的新型方式，有效地保證了干燥后紅參的含水量在12%～15%，很好地解決了產品干燥效率、均勻性方面的問題，為后續(xù)同類物料的干燥提供了工藝技術支撐。

[參考文獻]

[1] 王志偉.關于微波干燥設備的特點及應用[J].科技視界，2014（27）：339.

[2] 朱建錫.食品干燥新技術[J].新農村，2019（4）：35.

收稿日期：2020-08-13

作者簡介：施華（1990—），女，江蘇泰州人，助理工程師，研究方向：機械結構設計。