濃縮與干燥技術(shù)系列二
微波干燥
（1）微波加熱干燥原理
微波是頻率在300兆赫到300千兆赫的電磁波（波長(zhǎng)1米-1毫米），具有較強(qiáng)的穿透性。物料介質(zhì)由極性分子和非極性分子組成，在電磁場(chǎng)作用下，這些極性分子從隨機(jī)分布狀態(tài)轉(zhuǎn)為依電場(chǎng)方向進(jìn)行取向排列。
微波發(fā)生器將微波輻射到干燥物料上，當(dāng)微波射入物料內(nèi)部時(shí)，促使水等極性分子隨微波的頻率作同步旋轉(zhuǎn)，在微波電磁場(chǎng)作用下，這些取向運(yùn)動(dòng)以每秒數(shù)十億次的頻率不斷變化，造成分子的劇烈運(yùn)動(dòng)與碰撞摩擦，從而產(chǎn)生熱量，達(dá)到電能直接轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能。
可見(jiàn)，微波加熱是介質(zhì)材料自身?yè)p耗電場(chǎng)能量而發(fā)熱。而不同介質(zhì)材料的介質(zhì)常數(shù)εr和介質(zhì)損耗角正切值tgδ是不同的，故微波電磁場(chǎng)作用下的熱效應(yīng)也不一樣。由極性分子所組織的物質(zhì)，能較好地吸收微波能。
水分子呈極強(qiáng)的極性，是吸收微波的最好介質(zhì)，所以凡含水分子的物質(zhì)必定吸收微波。另一類(lèi)由非極性分子組成，它們基本上不吸收或很少吸收微波，這類(lèi)物質(zhì)有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜等、塑料制品和玻璃、陶瓷等，它們能透過(guò)微波，而不吸收微波。這類(lèi)材料可作為微波加熱用的容器或支承物，或做密封材料。
在微波電場(chǎng)中，介質(zhì)吸收微波功率的大小P 正比于頻率f、電場(chǎng)強(qiáng)度E 的平方、介電常數(shù)εr 和介質(zhì)損耗正切值tgδ。
即：
此外，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)一種現(xiàn)象，就是有的加熱透，有的加熱不透，這就存在一個(gè)穿透能力和透射深度問(wèn)題。穿透能力是電磁波穿入到介質(zhì)內(nèi)部的本領(lǐng)，電磁波從介質(zhì)的表面進(jìn)入并在其內(nèi)部傳播時(shí)，由于能量不斷被吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，它所攜帶的能量就隨著深入介質(zhì)表面的距離，以指數(shù)形式衰減。
透射深度被定義為材料內(nèi)部功率密度為表面能量密度的1/e 或36.8%處算起的深度。
從上式可看出，微波的加熱深度比紅外加熱大得多，因?yàn)槲⒉ǖ牟ㄩL(zhǎng)是紅外波長(zhǎng)的近千倍。紅外加熱只是表面加熱，微波是深入內(nèi)部加熱。
目前國(guó)內(nèi)用于工業(yè)加熱的常用頻率為915兆赫和2450兆赫。 微波頻率與功率的選擇可根據(jù)被加熱材料的形狀、材質(zhì)、含水率的不同而定。
（2）微波干燥的特點(diǎn)
①效率高、節(jié)約能源、加熱均勻。微波具有穿透性，能穿透到被加熱物體的內(nèi)部進(jìn)行加熱，做到里外同時(shí)加熱，電熱效率高、加熱均勻、熱損失小。與常規(guī)電熱干燥相比，一般可節(jié)電1/3-1/2。
②低溫殺菌效果好，微波熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)雙重殺菌作用，與常規(guī)方法比，具有低溫、快速的特點(diǎn)。
③控制方便及時(shí)、生產(chǎn)不受氣候條件影響，微波設(shè)備即開(kāi)即用，沒(méi)有熱慣性，微波功率的大小、傳輸速度可連續(xù)平滑調(diào)節(jié)，可連續(xù)24小時(shí)生產(chǎn)。
④微波設(shè)備加熱時(shí)本身沒(méi)有熱輻射，可改善勞動(dòng)條件。微波泄漏量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小。
噴霧干燥
（1）噴霧干燥原理
噴霧干燥是采用霧化器將原料液分散為霧滴，并用熱氣體（空氣、氮?dú)饣蜻^(guò)熱水蒸氣）干燥霧滴而獲得產(chǎn)品的一種干燥方法。原料液可以是溶液、乳濁液、懸浮液，也可以是熔融液或膏糊液。干燥產(chǎn)品根據(jù)需要可制成粉狀、顆粒狀、空心球或團(tuán)粒狀。
溶液的噴霧干燥，是在瞬間完成的。為此，必須最大限度地增加其分散度，即增加單位體積溶液中的表面積，才能加速傳熱和傳質(zhì)過(guò)程。
例如體積為1cm3的溶液，若將其分散成直徑為10μm 的球形小液滴，分散前后相比，表面積增大1290倍，從而大大地增加了蒸發(fā)表面，縮短了干燥時(shí)間。因此液體的霧化、將料液分散為霧滴的霧化器是噴霧干燥的關(guān)鍵部件。
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