第三節(jié) 輻射干燥設(shè)備

1、第四節(jié)第四節(jié) 輻射干燥機(jī)械設(shè)備輻射干燥機(jī)械設(shè)備除了前面提到加熱干燥方法以外，食品工業(yè)還可利用紅外線、微波、電阻加熱等原理對食品進(jìn)行加熱干燥處理。其中遠(yuǎn)紅外加熱的應(yīng)用最廣，它的主要設(shè)備形式是用于焙烤行業(yè)的烤爐。目前，微波加熱設(shè)備微波加熱設(shè)備應(yīng)用最多的是家用微波爐，但由于其獨特的介電加熱優(yōu)點，工業(yè)化規(guī)模的微波設(shè)備具有良好的發(fā)展前景。一、一、微波加熱設(shè)備微波加熱設(shè)備二、二、遠(yuǎn)紅外加熱設(shè)備遠(yuǎn)紅外加熱設(shè)備微波干燥裝置1、微波及微波加熱的基本概念與原理2、微波及微波干燥的特點3、微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用（微波加熱殺菌、微波提取、微波加熱干燥、微波熟化等）4、微波干燥裝置的組成5、微波加熱防泄露措施6、微

2、波干燥裝置的設(shè)計計算 1946年，斯潘瑟-美國雷聲公司的研究員，一個偶然的機(jī)會，他發(fā)現(xiàn)微波溶化了糖果。事實證明，微波輻射能引起食物內(nèi)部的分子振動，從而產(chǎn)生熱量。1947年，第一臺微波爐問世。 微波爐的心臟是磁控管。這個叫磁控管的電子管是個微波發(fā)生器，它能產(chǎn)生每秒鐘振動頻率為24.5億次的微波。這種肉眼看不見的微波，能穿透食物達(dá)5cm深，并使食物中的水分子也隨之運動，劇烈的運動產(chǎn)生了大量的熱能，于是食物煮熟了。這就是微波爐加熱的原理。 微波的特點微波的特點微波與無線電波、電視信號、通訊雷達(dá)、紅外線、可見光等一樣，都屬電磁波電磁波，只是波長不相同。微波是頻率在在300300兆赫到兆赫到300300

3、千兆赫的電千兆赫的電磁波（波長磁波（波長1 1米米1 1毫米）毫米）,通常用于電視、廣播、通訊技術(shù)中。而近代把微波作為一種能源，又近代把微波作為一種能源，又拓展了一個分支技術(shù)，在工農(nóng)業(yè)上進(jìn)行加熱、拓展了一個分支技術(shù)，在工農(nóng)業(yè)上進(jìn)行加熱、干燥、殺菌、陳釀等；在化學(xué)工業(yè)中進(jìn)行催化、干燥、殺菌、陳釀等；在化學(xué)工業(yè)中進(jìn)行催化、萃取等化學(xué)反應(yīng)和激發(fā)等離子體；萃取等化學(xué)反應(yīng)和激發(fā)等離子體；家用微波爐的使用更標(biāo)志微波技術(shù)的日趨成熟。 從低頻無線電波、微波到可見光以至X射線、射線的整個電磁波譜，可以發(fā)現(xiàn)它們雖然都同屬于電磁波，但隨著頻率的提高，不同波段的電磁波具有各自不同的性質(zhì)。偶極子與極化的概念1、電介質(zhì)極

4、化（電介質(zhì)極化（polarization）:電介質(zhì)插入電場后，由于同號電荷相斥、異號電荷相吸的結(jié)果，介質(zhì)表面也會出現(xiàn)與各自貼近電極電荷相反的電荷分布，此即為極化現(xiàn)象，介質(zhì)表面的電荷為極化電荷；2、有極分子與無極分子有極分子與無極分子：任何物質(zhì)的分子或原子都由帶相同正負(fù)電荷的電子和原子核組成，整個分子中的電荷代數(shù)和為0。在分子中正負(fù)電荷都不集中在一點，但在離開分子的距離比分子線度大得多的地方，分子中全部電荷對這些地方的影響將和一個單獨的負(fù)點電荷等效，這個等效電荷的位置稱為這個分子的負(fù)電荷“重心”，同樣正電荷也存在類似的正電荷“重心”，在無外電場存在時，按正負(fù)電荷重心是否重合，把介質(zhì)分為兩類：正正

5、負(fù)電荷重心重合的電介質(zhì)稱為無極分子；不重合的就稱負(fù)電荷重心重合的電介質(zhì)稱為無極分子；不重合的就稱為有極分子；為有極分子；由于有極分子正負(fù)電荷重心的相互錯開，形成一個電偶極距，所以有極分子又稱為偶極子有極分子又稱為偶極子；3 3、電場中電介質(zhì)的極化有三種情況：、電場中電介質(zhì)的極化有三種情況： 1）電子位移極化或光學(xué)極化電子位移極化或光學(xué)極化：無極分子處于外電場中時，在電場力作用下，本來處于重合中心的正負(fù)電何“重心”發(fā)生偏離，形成一個電偶極子，分子偶極距的方向與外電場方向一致，高頻電場中只發(fā)生電子位移極化，高頻電場中只發(fā)生電子位移極化，紫外線照射發(fā)生該極化現(xiàn)象；紫外線照射發(fā)生該極化現(xiàn)象； 2）原子

6、極化或紅外極化（原子極化或紅外極化（atomic polarizationatomic polarization）：構(gòu)成分子的各原子或原子團(tuán)在外電場作用下發(fā)生了偏離，而發(fā)生極化現(xiàn)象，各原子的偏移，是在像彈性振動下進(jìn)行的； 3）取向極化或偶極子極化（取向極化或偶極子極化（orientation polarizationorientation polarization）：有極分子在無外電場存在時，所有分子的固有電矩矢量和會相互抵消，宏觀上不表現(xiàn)電場，但當(dāng)處于外電場中時，分子電矩就會轉(zhuǎn)向外電場方向，雖然分子熱運動會使這種轉(zhuǎn)向不完全，但總體上會使介質(zhì)在垂直與電場方向的兩端產(chǎn)生極化電荷；4、松弛時間（松

7、弛時間（relaxation timerelaxation time）: :極化時，由非極化狀態(tài)到極化狀態(tài)總需要一段時間，此段時間即為松弛時間；松弛時間的倒數(shù)即為介質(zhì)的特征頻率；5、介電損耗：介電損耗：當(dāng)電介質(zhì)所處的電場的頻率與其特征頻率接近時，極化運動對處于外電場就會產(chǎn)生滯后，滯后程度與引起分子內(nèi)的摩擦產(chǎn)熱有關(guān)，把極化運動產(chǎn)生的熱損耗稱為介電損耗；把極化運動產(chǎn)生的熱損耗稱為介電損耗；l微波加熱特點及頻率n微波加熱屬于一種內(nèi)部生熱的加熱方式，依靠微波段電磁波將能量傳播到被加熱物體內(nèi)部，使物料整體同時升溫。n由于電磁波的應(yīng)用極為廣泛和普及，特別是通信領(lǐng)域，為避免相互干擾，國際無線電管理委員會對頻

8、率的劃分作了具體規(guī)定。分給工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)用的頻率有433兆赫、915兆赫、2450兆赫、5800兆赫、22125兆赫，與通信頻率分開使用。目前國內(nèi)用于工目前國內(nèi)用于工業(yè)加熱的常用頻率為業(yè)加熱的常用頻率為915915兆赫和兆赫和24502450兆赫。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。= tan 表示極化對于電場變化的滯后角度，極化損耗角； tan為損耗正切或耗散因子； 介電常數(shù)是衡量極化程度的尺度；所謂熱輻射，實際是加熱物體放出的各種頻率的電磁波被介質(zhì)所謂熱輻射，實際是加熱物體放出的各種頻率的電磁波被介質(zhì)吸收，而產(chǎn)生熱的現(xiàn)象；微波加熱實際是由水分子等偶極

9、子隨吸收，而產(chǎn)生熱的現(xiàn)象；微波加熱實際是由水分子等偶極子隨電場方向變化而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動得到的分子內(nèi)部摩擦熱而產(chǎn)生的；電場方向變化而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動得到的分子內(nèi)部摩擦熱而產(chǎn)生的；遠(yuǎn)遠(yuǎn)紅外線和紅外線加熱則是由原子振動產(chǎn)生的內(nèi)摩擦所致；紅外線和紅外線加熱則是由原子振動產(chǎn)生的內(nèi)摩擦所致；微波加熱過程微波加熱過程電能電子運動能電磁波（微波）能分子極化分子動能摩擦能熱能極性分子在未加外電場時，排列是雜亂無章的，對外不顯極性，如圖1之所示。在有外加電場時，極性分子帶正電荷的一端趨向電場負(fù)極，帶負(fù)電荷的一端趨向電場正極，從而形成一定順序的排列,當(dāng)外加反向電場時，極性分子則按相反方向有序排列，如圖1與所示。若外加電場的極性反

10、復(fù)變化，極性分子便跟著進(jìn)行上述擺動。在擺動過程中，各相鄰極性分子間將發(fā)生摩擦而產(chǎn)生熱量，使得介質(zhì)發(fā)熱。 由微波發(fā)生器產(chǎn)生的高頻電磁波猶如反復(fù)變換極性的外加電場。如果將極性分子放到頻率為2450MHz的交變電場中，電場方向每秒變化2.45億次，則極性分子也隨之?dāng)[動2.45億次。在擺動中，極性分子之間互相摩擦，在很短的時間內(nèi)產(chǎn)生足夠的熱量，從而加熱食物。這就是微波加熱的基本原理。微波場中不同介質(zhì)的響應(yīng)不同介質(zhì)材料的介電常數(shù)不同介質(zhì)材料的介電常數(shù)r和介質(zhì)損耗角正切值和介質(zhì)損耗角正切值tg是不是不同的同的，故其在微波電磁場作用下的熱效應(yīng)也不一樣。由極性分子所組成的物質(zhì)，能較好地吸收微波能由極性分子所組

11、成的物質(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)（介電常數(shù)為介電常數(shù)為77，介質(zhì)損耗為，介質(zhì)損耗為11.5），所以凡含水分子的物質(zhì)必定吸收微波。另一類由非極性分子組成，它們基本上不吸收非極性分子組成，它們基本上不吸收或很少吸收微波，這類物質(zhì)有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚或很少吸收微波，這類物質(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，微波能透過乙烯、聚砜等、塑料制品和玻璃、陶瓷等，微波能透過，而它們不吸收微波（，而它們不吸收微波（聚乙烯的介電常數(shù)為聚乙烯的介電常數(shù)為2.3，介質(zhì)損，介質(zhì)損耗為耗為0.012）。）。這類材料可作為微波加熱用的容器或支承物，或做密

12、封材料。 金屬材料反射、折射電磁波，可以金屬材料反射、折射電磁波，可以對電磁波進(jìn)行傳遞。對電磁波進(jìn)行傳遞。在微波電場中，介質(zhì)吸收微波功率的大小P正比于頻率f、電場強(qiáng)度E的平方、介電常數(shù)r 和介質(zhì)損耗正切值tg。 即: P = 2fEP = 2fE2 2rVtgrVtgV -物料介質(zhì)吸收微波的有效體積透射能力和加熱深度問題透射能力和加熱深度問題，什么叫穿透能力呢？穿透穿透能力能力就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，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：透射深度被定義為：材材料內(nèi)部功率密度為表面

13、能量密度的料內(nèi)部功率密度為表面能量密度的1/e或或36.8%處算處算起的深度起的深度D，即 0D=-2rtg 從式中可看出，微波的加熱深度比紅外加熱大得多微波的加熱深度比紅外加熱大得多，因為微波的波長是紅外波長的近千倍。紅外加熱只，因為微波的波長是紅外波長的近千倍。紅外加熱只是表面加熱，微波是深入內(nèi)部加熱。是表面加熱，微波是深入內(nèi)部加熱。微波加熱的優(yōu)點微波加熱的優(yōu)點 (1) (1)加熱速度快加熱速度快。微波加熱則屬內(nèi)部加熱方式，電磁能直接作用于介質(zhì)分子轉(zhuǎn)換成熱，且透射使介質(zhì)內(nèi)外同時受熱，不需要熱傳導(dǎo)，故可在短時間內(nèi)達(dá)到均勻加熱。（2 2）均勻加熱）均勻加熱 微波加熱時不論形狀如何，微波都能均勻

14、滲透，產(chǎn)生熱量，因此均勻性大大改善。(3)(3)節(jié)能高效節(jié)能高效 不同物料對微波有不同吸收率，含有水份的物質(zhì)容易吸收微波能。玻璃、陶瓷、聚丙烯、聚乙玻璃、陶瓷、聚丙烯、聚乙烯、氟塑料等則很少吸收微波，金屬將反射電波烯、氟塑料等則很少吸收微波，金屬將反射電波，這些物質(zhì)都不能被微波加熱。不會存在余熱和對周圍環(huán)境加熱而造成的熱量損耗，工作場所的環(huán)境溫度也不會因此而升高，生產(chǎn)環(huán)境明顯改善。(4)(4)易于控制易于控制微波功率的控制是由開關(guān)、旋鈕調(diào)節(jié)，即開即用，無熱慣性，功率連續(xù)可調(diào)，易于自動化。不存在預(yù)熱和余熱現(xiàn)象； (5)(5)清潔衛(wèi)生清潔衛(wèi)生 對食品、藥品等加工干燥時，微波熱效應(yīng)與生物效應(yīng)能在較低

15、的溫度下迅速殺蟲滅菌，能最大限度的保持營養(yǎng)成分和原有色澤。 (6)(6)選擇性加熱選擇性加熱 不同性質(zhì)的物料對微波的吸收損耗不同，即選擇性加熱的特點，這對干燥過程有利。因為水分子對微波的吸收損耗最大，所以含水量高的部位，吸收微波功率多于含水量高的部位，吸收微波功率多于含水量較低的部位，從而干燥速率趨一致。含水量較低的部位，從而干燥速率趨一致。 (7) (7)安全無害安全無害 通常微波能是在金屬制成的封閉加熱室、波道管內(nèi)傳輸。先進(jìn)的技術(shù)裝備，采用先進(jìn)設(shè)計，使進(jìn)出料口、觀察窗、爐門等處的微波泄漏嚴(yán)格控制在國家安全標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)內(nèi)，大大低于國家制定的安全標(biāo)準(zhǔn)，而且微波不屬于放射性射線、又無有害氣體排放，是

16、一種十分安全的加熱技術(shù)。 微波加熱干燥方法微波加熱干燥方法與通常加熱方法（如熱空氣、火焰、電熱器、煤氣爐、紅外線、高頻感應(yīng)加熱等）相比，具有許多特點。主要是：不需熱量由表及里的傳遞，直接不需熱量由表及里的傳遞，直接加熱物體內(nèi)部，且熱場溫度分布均勻；溫度可瞬時控制加熱物體內(nèi)部，且熱場溫度分布均勻；溫度可瞬時控制，準(zhǔn)確控制加熱時間；所需加熱時間短；產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)，準(zhǔn)確控制加熱時間；所需加熱時間短；產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量及勞動生產(chǎn)率得到提高；適合生產(chǎn)過程自動化；無公量及勞動生產(chǎn)率得到提高；適合生產(chǎn)過程自動化；無公害、污染問題。害、污染問題。 美國美國MicrodryMicrodry公司公司研制的915MHz、

17、60kW通心面通心面微波干燥已用于生產(chǎn)。該機(jī)先用7182的熱空氣，在35分鐘內(nèi)將面條的含水量降至18%左右，然后采用微波加熱，同時伴以溫度為8090，濕度為1520%的熱風(fēng)對流。利用微波快速升溫、由里向外蒸發(fā)水分的優(yōu)點，用熱風(fēng)加速表面水分的蒸發(fā)，在12分鐘內(nèi)將含水量降至13%，最后進(jìn)行冷卻。該機(jī)比原設(shè)備節(jié)能該機(jī)比原設(shè)備節(jié)能25%25%，加工時間從加工時間從8 8小時縮短到小時縮短到1.51.5小時，小時，1 1小時加工通心面小時加工通心面40004000磅，產(chǎn)品細(xì)菌含量為原來磅，產(chǎn)品細(xì)菌含量為原來1/151/15。產(chǎn)品色澤、口味、口感都比傳統(tǒng)方法好，目前大量投入使用。該機(jī)還可以干燥薯片、洋蔥片

18、等 。 法國國際微波公司，設(shè)計了微波真空干燥速溶桔粉微波真空干燥速溶桔粉的膨化裝置。真空室的直徑為1.5m，長為12m。饋入2450MHz，48kw功率的微波，使用玻璃增強(qiáng)聚四氟乙烯傳輸帶進(jìn)行傳送。它先將含有63%固形物的桔漿抽吸并涂布在寬1.2m的傳送帶上，堆高37mm，真空下輸入微波能量，加熱40分鐘，可膨化到厚度80100mm，含水量20%的速溶桔粉，其產(chǎn)量58kg/h，年產(chǎn)220噸。產(chǎn)品不僅保持了桔汁原有的色香味，而且保留的Vc是噴霧干燥法不可能達(dá)到的。微波加熱的缺點微波加熱的缺點 微波加熱的不均勻性，原因有：1、食品材料的不均質(zhì)性即各部分組成、溫度、狀態(tài)不同，吸收微波能不同；2、微波

19、在加熱過程中存在反射、穿透、折射、吸收等影響，使各部分產(chǎn)熱不同；3、電場的尖角集中效應(yīng)，食品不同曲率的表面產(chǎn)生棱角效應(yīng)，即在電場有棱角的地方集中，有較大的電場強(qiáng)度，產(chǎn)熱多、溫升快，所以在微波加熱中存在一些熱點（hot spot）;水對微波的吸水對微波的吸收特性和微波收特性和微波頻率的選擇：頻率的選擇：自由水的在微波頻率為17GHZ時最大，結(jié)合水的頻率特性與自由水不同，在較低范圍，所以選擇最佳頻率一最佳頻率一般為食品物質(zhì)般為食品物質(zhì)各自極化松弛各自極化松弛時間的倒數(shù)，時間的倒數(shù)，特征頻率附近特征頻率附近； 微波食品加工技術(shù)是應(yīng)用微波食品加工技術(shù)是應(yīng)用: :微波對物質(zhì)的電場作用來進(jìn)行物料的加熱、干

20、加熱、干燥、滅菌、燒結(jié)、合成、萃取、催陳等的特殊燥、滅菌、燒結(jié)、合成、萃取、催陳等的特殊加工；加工； 1. 1.干燥的基本目的是為了除去物料中的水分； 2.滅菌的目的是限制微生物和酶引起的腐??； 3.催熟、調(diào)溫等是根據(jù)加工的對象，利用微波的一些特殊效果（如催熟、調(diào)溫和解凍）進(jìn)行加工； 4.焙烤和膨化是利用微波所產(chǎn)生的較高溫度直接達(dá)到加工的目的；應(yīng)用于粉狀、顆粒狀、片狀或膠體狀等的食品、添加劑、調(diào)味品、藥品、中草藥材原料、營養(yǎng)保健品、農(nóng)副土特產(chǎn)品、非油榨（或節(jié)油）方便面、面條、米粉、豆制品、牛肉干、肉脯、魚干、茶葉、煙草等的干燥、殺菌；杏仁、桃仁、花生仁、板栗等的干燥脫皮、焙烤；休閑食品 、薯片

21、、土豆片、蝦片、魚肚等的膨化；口服液、醬菜、各種小包裝食品的防霉、殺菌保鮮；冷凍魚、肉禽的“回溫”解凍；大豆干燥脫腥；1. 微波是頻率從300MHz300GMHz的電磁波，其方向和大小隨時間作周期性變化。微波與物料直接作用，將超高頻電磁波轉(zhuǎn)化為熱能的過程即為微波加熱過程。水是強(qiáng)烈吸收微波的物質(zhì)，物料中的水分子是極性分子，在微波作用下，其極性取向隨著外電磁場的變化而變化，2450MHz的微波可使水分子每秒運動2.45億次，致使分子急劇磨擦、碰撞，使物料產(chǎn)生加熱和膨化等一系列過程而達(dá)到微波加熱目的。 微波加熱干燥、殺菌機(jī)理微波加熱干燥、殺菌機(jī)理2.微波殺菌是微波的熱效應(yīng)和生物效應(yīng)共同作用的結(jié)果。微

22、微波殺菌是微波的熱效應(yīng)和生物效應(yīng)共同作用的結(jié)果。微波對細(xì)菌的熱效應(yīng)波對細(xì)菌的熱效應(yīng)是使蛋白質(zhì)變性，使細(xì)菌失去營養(yǎng)、繁殖和生存的條件而死亡；生物效應(yīng)生物效應(yīng)是微波電場改變細(xì)胞膜斷面的電位分布，影響細(xì)胞周圍電子和離子濃度，從而改變細(xì)胞膜的通透性能，細(xì)菌因此營養(yǎng)不良，不能正常新陳代謝，細(xì)菌結(jié)構(gòu)功能紊亂，生長發(fā)育受到抑制而死亡。此外，決定細(xì)菌正常生長和穩(wěn)定遺傳繁殖的核酸（RNA）和脫氧核糖酸（DNA），是由若干氫鍵緊密連接而成的卷曲形大分子。足夠強(qiáng)的微波場可以導(dǎo)致氫鍵松馳、斷裂和重組，從而誘發(fā)遺傳基因突變，或染色體畸變，甚至斷裂。微波滅菌正是利用了電磁場的熱效應(yīng)微波滅菌正是利用了電磁場的熱效應(yīng)和生物效

23、應(yīng)共同對細(xì)菌的殺滅作用，因此，微波殺菌溫度低和生物效應(yīng)共同對細(xì)菌的殺滅作用，因此，微波殺菌溫度低于常規(guī)方法，僅要于常規(guī)方法，僅要7070105105，時間約，時間約9090180s180s 1）微波萃取是高頻電磁波穿透萃取媒質(zhì)，到達(dá)被萃取物料的內(nèi)部，微波能迅速轉(zhuǎn)化為熱能使細(xì)胞內(nèi)部溫度快速上升，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)部壓力超過細(xì)胞壁承受能力，細(xì)胞破裂，細(xì)胞內(nèi)有效成分細(xì)胞破裂，細(xì)胞內(nèi)有效成分自由流出，在較低的溫度下溶解于萃取媒質(zhì)自由流出，在較低的溫度下溶解于萃取媒質(zhì)再通過進(jìn)一步過濾和分離，便獲得萃取物料。在微波輻射作用下被萃取物料成分加速向萃取溶劑界面擴(kuò)散，從而使萃取速率提高數(shù)倍，同時還降低了萃取溫度，最大限度

24、保證萃取的質(zhì)量。微波輔助萃取微波輔助萃取2 2）微波萃取優(yōu)點）微波萃取優(yōu)點傳統(tǒng)熱萃取是以熱傳導(dǎo)、熱輻射等方式由外向里進(jìn)行，而微波萃取是微波瞬間穿透物料里外同時加熱進(jìn)行萃取。傳統(tǒng)熱萃取相比，微波萃取的主要優(yōu)點是：a、質(zhì)量高，可有效地保護(hù)食品、藥品以及其他化工物料中的功能成分；b、純度高、萃取率高；c、對萃取物具有高選擇性；d、速度快、省時，可節(jié)省50%-90%以上的時間；e、溶劑用量少（可較常規(guī)方法少50%-90%以上）；f、安全、節(jié)能，無污染，生產(chǎn)設(shè)備較簡單，節(jié)省投資。3 3）微波萃取與其它萃取方法的比較）微波萃取與其它萃取方法的比較 微波萃取效率高、純度高、能耗小、操作費用低，符合環(huán)境保護(hù)要

25、求。可廣泛用于中草藥、香料、保健食品、食品、化妝品、茶飲料、調(diào)味料、果膠、高粘度殼聚糖等行業(yè)。 目前在我國微波萃取已經(jīng)用于多項中草藥的浸取生產(chǎn)線之中，如葛根、茶葉、銀杏等。微波萃取已列微波萃取已列為我國二十一世紀(jì)食品加工和中藥制藥現(xiàn)代化推廣技為我國二十一世紀(jì)食品加工和中藥制藥現(xiàn)代化推廣技術(shù)之一。術(shù)之一。某中藥研究機(jī)構(gòu)的科研工作者，已經(jīng)用微波萃取方法處理上百種中藥。無論是萃取速度、萃取效率還是萃取質(zhì)量均比常規(guī)工藝優(yōu)越得多。酒類催陳酒類催陳釀造的新酒都必須經(jīng)過長期的貯存陳化，使之發(fā)生釀造的新酒都必須經(jīng)過長期的貯存陳化，使之發(fā)生相應(yīng)的理化反應(yīng)，使酒精分子與水分子間形成大的相應(yīng)的理化反應(yīng)，使酒精分子與

26、水分子間形成大的分子締合群，于是酒精分子受到束縛，活度下降，分子締合群，于是酒精分子受到束縛，活度下降，達(dá)到消除暴辣味，使之綿軟醇和達(dá)到消除暴辣味，使之綿軟醇和，這就占用了大量廠房、容器，在很大程度上限制了資金周轉(zhuǎn)，影響了經(jīng)濟(jì)效益。微波可與酒中的各種成分發(fā)生特殊作用，經(jīng)過12 min的處理，即可達(dá)到自然存放36個月的效果，并保持產(chǎn)品的原有風(fēng)格與特色，達(dá)到酒類老熟和催陳處理的目的，處理量每小時可達(dá)1500-2000Kg。老熟處理的酒類相當(dāng)于存放六個月，且更加醇香可口、品味顯著提高?？s短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。微波加熱裝置的組成及分類微波加熱裝置的組成及分類 微波能量是由微波發(fā)生器產(chǎn)生的，微波發(fā)生

27、器包括微微波發(fā)生器包括微波管和微波管電源兩個部分。波管和微波管電源兩個部分。其中微波管電源（簡稱電源或微波源）的作用是把常用的交流電能變成直流電能，為微波管的工作創(chuàng)造條件。微波管是微波發(fā)生器的核心，它將直流電能轉(zhuǎn)變成微波能。 微波管有微波管有微波晶體管和微波電子管微波晶體管和微波電子管兩大類兩大類。 微波晶體管輸出功率較小，一般用于測量和通訊等領(lǐng)域。 微波電子管種類很多，常用的有磁控管、速調(diào)管、行波管等。微波電子管種類很多，常用的有磁控管、速調(diào)管、行波管等。 由于磁控管的結(jié)構(gòu)簡單、效率高、工作電壓低、電源簡單和適應(yīng)負(fù)載變化的能力強(qiáng)，因而特別適用于微波加熱和微波能的其他應(yīng)用。磁控管由于工作狀態(tài)的

28、不同可分為脈沖磁控管和連續(xù)磁控管由于工作狀態(tài)的不同可分為脈沖磁控管和連續(xù)波磁控管兩類。波磁控管兩類。微波加熱設(shè)備主要工作于連續(xù)波狀態(tài)，所以多用連續(xù)波磁控管。 磁控管磁控管是一種用來產(chǎn)生微波能的電真空器件。實質(zhì)上是一個置于恒定磁場中的二極管。管內(nèi)電子在相互垂直的恒定磁場和恒定電場的控制下，與高頻電磁場發(fā)生相互作用，把從恒定電場中獲得能量轉(zhuǎn)變成微波能量，從而達(dá)到產(chǎn)生微波能的目的。 磁控管由磁控管由管芯和磁鋼（或電磁鐵）組成。管芯的結(jié)構(gòu)包括陽極、管芯和磁鋼（或電磁鐵）組成。管芯的結(jié)構(gòu)包括陽極、陰極、能量輸出器和磁路系統(tǒng)等四部分陰極、能量輸出器和磁路系統(tǒng)等四部分。管子內(nèi)部保持高真空。管子內(nèi)部保持高真空

29、狀態(tài)狀態(tài) 。磁控管磁控管通常有一個以高導(dǎo)電率無氧銅制成的陽極，一個發(fā)發(fā)射電子的陰極射電子的陰極，陽極同時是產(chǎn)生高頻振蕩的回路高頻振蕩的回路；當(dāng)磁控管陰極與陽極之間存在著一定的直流電場時，從陰極發(fā)射的電子受陽極正電位加速而向陽極移動，移動速度正比于電壓的1/2次方；由于空間存在著磁場，其方向與電場方向垂直，同時也與電子運動方向垂直。根據(jù)左手定則，從從陰極發(fā)射的電子將受到磁場作用，結(jié)果使電子偏離原來的陰極發(fā)射的電子將受到磁場作用，結(jié)果使電子偏離原來的方向呈圓周運動狀態(tài)，在陰極上的諧振腔的作用下即產(chǎn)生方向呈圓周運動狀態(tài)，在陰極上的諧振腔的作用下即產(chǎn)生所需的微波能；所需的微波能；調(diào)速管調(diào)速管結(jié)構(gòu)比磁控

30、管復(fù)雜，效率低，但單管可獲得大功率；由電子槍、諧振腔、輸入、輸出接頭和收集極等組成；陽極陽極 是磁控管的主要組成之一，它與陰極與陰極一起構(gòu)成電子與高頻電磁場相互作用的空間一起構(gòu)成電子與高頻電磁場相互作用的空間。在恒定磁場和恒定電場的作用下，電子在此空間內(nèi)完成能量轉(zhuǎn)換的任務(wù)；磁控管的陽極諧振系統(tǒng)除能產(chǎn)生所需要的電磁振蕩外，還能產(chǎn)生不同特性的多種電磁振蕩。 “隔型帶”來隔離干擾模式，隔型帶把陽極翼片一個間隔一個地連接起來,以增加工作模式與相鄰干擾模式之間的頻率間隔。陰極及其引線，陰極及其引線，磁控管的陰極即電子的發(fā)射體,又是相互作用空間的一個組成部分。陰極的性能對管子的工作特性和壽命影響極大，被視

31、為整個管子的心臟整個管子的心臟。能量輸出器能量輸出器是把相互作用空間中所產(chǎn)生的微把相互作用空間中所產(chǎn)生的微波能輸送到負(fù)載去的裝置波能輸送到負(fù)載去的裝置。能量輸出裝置的作用是無損耗，無擊穿地通過微波，保證管子的真空密封，同時還要做到便于與外部系統(tǒng)相連接。磁路系統(tǒng)磁路系統(tǒng), , 磁控管的磁路系統(tǒng)就是產(chǎn)生恒定恒定磁場磁場的裝置。磁路系統(tǒng)分永磁和電磁兩大類。永磁系統(tǒng)一般用于小功率管永磁系統(tǒng)一般用于小功率管，磁鋼與管芯牢固合為一體構(gòu)成所謂包裝式。大功率管多大功率管多用電磁鐵產(chǎn)生磁場用電磁鐵產(chǎn)生磁場，管芯和電磁鐵配合使用，管芯內(nèi)有上、下極靴，以固定磁隙的距離。磁控管工作時，可以很方便的靠靠改變磁場改變磁場

32、強(qiáng)度的大小，來調(diào)整輸出功率和工作頻率強(qiáng)度的大小，來調(diào)整輸出功率和工作頻率。 微波加熱干燥設(shè)備的組成微波加熱干燥設(shè)備的組成微波加熱干燥設(shè)備微波加熱干燥設(shè)備主要由微波電源、微波發(fā)生器（磁微波電源、微波發(fā)生器（磁控管）、連接波導(dǎo)、加熱器、冷卻系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、控管）、連接波導(dǎo)、加熱器、冷卻系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、防泄漏裝置防泄漏裝置等組成。微波加熱干燥設(shè)備按被加熱物和微波場的作用形式，可分為駐波場諧振腔加熱器、行波場波導(dǎo)加熱器、輻射駐波場諧振腔加熱器、行波場波導(dǎo)加熱器、輻射型加熱器和慢波型加熱器等型加熱器和慢波型加熱器等幾大類；按其結(jié)構(gòu)形式可分為：箱式、隧道式、平板式、彎曲波導(dǎo)式和直波導(dǎo)式箱式、隧道式、平板式

33、、彎曲波導(dǎo)式和直波導(dǎo)式等等，其中箱式、隧道式、平板式最常用。微波防泄漏措施微波防泄漏措施1、爐門與爐框具有良好的密封接觸；2、三層密封墊的結(jié)構(gòu)，減小門后板和爐前板之間的間隙g1，減少泄漏量；增加門后板和爐前板所接觸的長度L,L越大則漏波越少；3、扼流結(jié)構(gòu) 門與門框之間設(shè)置扼流結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步抑制微波能的泄漏，在微波傳導(dǎo)方向上，使微波傳導(dǎo)的路線長度等于微波波長的1/4,使微波起駐波場，避免其進(jìn)一步傳導(dǎo)；4、在微波可能傳出的部位設(shè)置電波吸收材料如：純鐵粒、石墨或水等，進(jìn)一步減少微波的泄漏；5、爐門上的那塊在觀察窗方向唯一能夠防止泄漏的金屬網(wǎng)片-金屬屏蔽網(wǎng)按國際電工委員會按國際電工委員會(IEC)(IE

34、C)的標(biāo)準(zhǔn)，微波泄漏應(yīng)低于的標(biāo)準(zhǔn)，微波泄漏應(yīng)低于5mw5mw平方厘米才是安全的。平方厘米才是安全的。美國電器安全標(biāo)準(zhǔn)委員會美國電器安全標(biāo)準(zhǔn)委員會(UL)(UL)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定更嚴(yán)格，為的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定更嚴(yán)格，為1mw1mw平方厘米平方厘米爐內(nèi)安裝抗流槽、金屬屏蔽網(wǎng)的基礎(chǔ)上，特在腔體上部的邊緣設(shè)計了回流槽（17、20升微波爐沒有回流槽），即使在使用數(shù)年后也可有效的防止微波泄漏，門開關(guān)處安裝了門開關(guān)處安裝了連鎖微動保護(hù)裝置連鎖微動保護(hù)裝置，在爐門變形或門鉤不復(fù)位的情況下，保證微波爐不會啟動，及最外層的特種輕質(zhì)防泄門板，使格蘭仕微波爐的泄漏值只有國際標(biāo)準(zhǔn)的國際標(biāo)準(zhǔn)的1/1001/100（微波泄漏量每平方厘米微

35、波泄漏量每平方厘米0.050.05毫瓦毫瓦，小于一支40瓦日光燈的輻射量），使用時更安全可靠。爐門金屬絲網(wǎng)的孔洞比微波波長小很多，因此它可以起到實體金屬反射鏡一樣的作用。連續(xù)式微波加熱裝置微波加熱功率計算微波加熱功率計算影響微波加熱效率的因素影響微波加熱的因素有微波頻率、電場強(qiáng)度、物料介微波頻率、電場強(qiáng)度、物料介電常數(shù)、物料密度、物料比熱和物料損耗角正切。電常數(shù)、物料密度、物料比熱和物料損耗角正切。而其中物料的介電性質(zhì)(r，tg）往又是頻率的函數(shù)。1頻率 從加熱的角度看，頻率越高，加熱速度越快，因此可以通過在一定條件下提高頻率來提高加熱速度。但不是頻率提高，對加熱操作越有利，在進(jìn)行微波加熱時，

36、微波的穿透深度必須考慮。頻率越高，波長便越短，其穿透深度便越小。2450MHz的加熱速度比915MHz快，但915MHz的穿透深度比2450MHz寸對較厚的物料，要達(dá)到均勻加熱，應(yīng)選用較小的頻率；對較薄的物料，可選用較高頻率以提高加熱速度。2、電場強(qiáng)度 即電場強(qiáng)度指標(biāo)實際上是與微波加熱器功率相關(guān)連的指標(biāo)，功率大，場強(qiáng)大、加熱速度快。 在食品加工中，加熱速度不一定越快越好，加熱操作后根據(jù)加工要求來進(jìn)行。在微波加熱器的設(shè)計中，應(yīng)設(shè)計功率調(diào)節(jié)旋鈕，以適應(yīng)不同的加工要求。 3物料的介電性質(zhì) 對不同的介質(zhì)，一般有著不同的r和tg。水的r 和tg 的值比一般的介質(zhì)大，因此在一般情況下，加工物料的含水量愈大

37、，其介質(zhì)損耗也愈大。某些物料在溫度上升時，介質(zhì)損耗系數(shù)降低，這時就出現(xiàn)了所謂的自動平衡。微波加熱具有這種自動平衡作用。4、物料的密度，物料密度越大，其升溫速度慢。密度高的物料對微波吸收較差，且對微波有反射作用。5、物料的比熱容 比熱容小的物質(zhì)溫度升高速度快。食品是多組分物質(zhì)，應(yīng)按比例分?jǐn)?shù)進(jìn)行計算；二、遠(yuǎn)紅外加熱設(shè)備l遠(yuǎn)紅外加熱原理l遠(yuǎn)紅外加熱應(yīng)用（一）遠(yuǎn)紅外輻射元件（二）箱式遠(yuǎn)紅外線烤爐（三）隧道式遠(yuǎn)紅外線烤爐 紅外線紅外線的波長為0.75m0.75m1000m1000m，介于電磁波和可見光之間，以輻射的形式向外傳播，由英國科學(xué)家霍胥爾于1800年發(fā)現(xiàn)。工業(yè)上，把0.75m1.5m波長的紅外線

38、稱為近紅外線，把1.5m1000m波長的紅外線稱為遠(yuǎn)紅外線。遠(yuǎn)紅外線同可見光、紫外線、X射線等都屬于電磁波，它們的傳播速度一樣，每秒鐘可達(dá)30萬公里。紅外線的主要作用是熱作用。紅外線的物理性質(zhì)紅外線的物理性質(zhì)在光譜中波長自0.760.76至至400400微米微米的一段稱為紅外線，紅外線是不可見光線。所有高于絕對零度（所有高于絕對零度（273273）的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線）的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線?，F(xiàn)代物理學(xué)稱之為熱射線。不同特性的物體發(fā)射的紅外線特性（波長）不同，不同特性的紅外線易為特性相同的物體所接收易為特性相同的物體所接收-即固體物質(zhì)發(fā)射的紅外線易被固體吸收。輻射熱能的吸收能力與受熱物體的表

39、面黑度成正比吸收能力與受熱物體的表面黑度成正比；熱能在高溫下主要（90%）以輻射的形式傳遞，其輻射輻射強(qiáng)度與溫度的四次方成正比。強(qiáng)度與溫度的四次方成正比。大多數(shù)有機(jī)物和水等的吸收光譜，在2.5m25m范圍內(nèi)。當(dāng)輻射源的波長與被加熱物當(dāng)輻射源的波長與被加熱物的吸收波長一致時，該物質(zhì)就易于吸收紅外的吸收波長一致時，該物質(zhì)就易于吸收紅外線線。遠(yuǎn)紅外線的波長正好在這個范圍內(nèi)。當(dāng)熱源溫度在200727范圍時，有80%以上的總輻射能集中在2.5m15m區(qū)間。超過15m，能量還有15 (200t)至4(600)，而250以上的輻射能則更少了。由此可見，遠(yuǎn)紅外線的大部分能量易被物質(zhì)吸收。物質(zhì)的分子在吸收紅外能

40、后，可使光子的能量完全轉(zhuǎn)變成分子的振動即轉(zhuǎn)動能量；也可使分子的轉(zhuǎn)動能量發(fā)生改變。并且，振動光譜有一種加寬振動、轉(zhuǎn)動的作用，能擴(kuò)大以平衡位置為中心的振幅，加劇其內(nèi)部的振動。由于電子的運動和分子的振動是處在極高的速度下，這種運動不斷地使晶格、鍵團(tuán)的振動在其相互間產(chǎn)生碰撞。這種運動狀況的變化，猶如兩種快速運轉(zhuǎn)的物體加快了摩擦而發(fā)熱升溫，所以，其升溫速度快。同時，紅外輻射加熱物品時，是按照紅外輻射能穿透的部位，其溫度往往比表面來得高。l遠(yuǎn)紅外加熱原理遠(yuǎn)紅外加熱原理遠(yuǎn)紅外加熱原理是當(dāng)被加熱物體中的固有振動頻率和射入該物體的遠(yuǎn)紅外線頻率遠(yuǎn)紅外線頻率(波長在5.6m附近)一致時，就會產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振，使物體中

41、的分子運動加劇，因而溫度迅使物體中的分子運動加劇，因而溫度迅速升高速升高。多數(shù)食品物料，尤其是其中的水分具有良好的吸收遠(yuǎn)紅外線的能力。利用遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)提高加熱效率，重要的是要提高被加熱物料對輻射線的吸收能力，使其提高被加熱物料對輻射線的吸收能力，使其分子振動波長與遠(yuǎn)紅外光譜的波長相匹配分子振動波長與遠(yuǎn)紅外光譜的波長相匹配。因此，必須根據(jù)被加熱物的要求來選擇合適的輻射元件，同時還應(yīng)采用不同的選擇性輻射涂層采用不同的選擇性輻射涂層材料，并要改善加熱體的表面狀況材料，并要改善加熱體的表面狀況。 遠(yuǎn)紅外加熱與傳統(tǒng)的蒸汽、熱風(fēng)和電阻等加熱方法相比，具有節(jié)能、加熱升溫快，無污染，熱效率高等特點。用它代替

42、電加熱，其節(jié)電效果尤其顯著，一般可節(jié)電30%左右，個別場合甚至可達(dá)60%70%。l遠(yuǎn)紅外加熱應(yīng)用遠(yuǎn)紅外加熱應(yīng)用目前，紅外線加熱設(shè)備主要應(yīng)用于烘烤工藝，此外也可用于干燥、殺菌和解凍等操作。由于食品物料的形態(tài)各異，且加熱要求也不同，因此，遠(yuǎn)紅外加熱設(shè)備也有不同形式?？傮w上，遠(yuǎn)紅外加熱設(shè)備可分為兩大類，即箱式的遠(yuǎn)紅外烤爐箱式的遠(yuǎn)紅外烤爐和隧道式遠(yuǎn)隧道式遠(yuǎn)紅外爐紅外爐。不論是箱式的還是隧道式的加熱設(shè)備，其關(guān)鍵部件是遠(yuǎn)紅外發(fā)熱元件遠(yuǎn)紅外發(fā)熱元件。（一）遠(yuǎn)紅外輻射元件l概述1碳化硅紅外加熱元件2金屬管狀紅外加熱元件3SHQ乳白石英遠(yuǎn)紅外加熱元件l概述n遠(yuǎn)紅外輻射元件，是遠(yuǎn)紅外加熱設(shè)備中利用其它能源利用其它

43、能源( (如電能、燃如電能、燃燒能燒能) )換成輻射熱能的關(guān)鍵元件換成輻射熱能的關(guān)鍵元件。n遠(yuǎn)紅外加熱元件加上定向輻射等裝置后稱為遠(yuǎn)紅外加熱器或遠(yuǎn)紅外輻射器。其結(jié)構(gòu)主要由發(fā)熱元件、遠(yuǎn)紅外輻射體、緊固件或反射發(fā)熱元件、遠(yuǎn)紅外輻射體、緊固件或反射裝置等構(gòu)成。裝置等構(gòu)成。n發(fā)熱元件一般是電阻發(fā)熱體，它把電能轉(zhuǎn)變成熱能發(fā)熱元件一般是電阻發(fā)熱體，它把電能轉(zhuǎn)變成熱能。雖然也可以利用燃燒煤、燃?xì)獾陌l(fā)熱體或利用蒸汽加熱的發(fā)熱體，但因衛(wèi)生條件和控制方面的原因，目前應(yīng)用的均不多。n遠(yuǎn)紅外輻射體是受到加熱后放出遠(yuǎn)紅外射線的物體遠(yuǎn)紅外輻射體是受到加熱后放出遠(yuǎn)紅外射線的物體。食品遠(yuǎn)紅外烤爐中常用的遠(yuǎn)紅外輻射體按形狀分有

44、板狀與管狀兩種；按輻射體材料分主要有以金屬為依附的紅外涂料、碳化硅元件和紅外涂料、碳化硅元件和SHQSHQ元件元件等。1.碳化硅紅外加熱元件l光譜特性曲線l管狀碳化硅紅外加熱元件l碳化硅板式輻射器食品工廠機(jī)械與設(shè)備第七章 熱交換熱處理機(jī)械與設(shè)備l管狀碳化硅紅外加熱元件如圖7.44所示，碳化硅材料的紅外輻射元件可以做成管狀。主要由電熱絲及接線件、碳化硅管基體及輻射涂層等構(gòu)成。因碳化硅不導(dǎo)電，因此不需充填絕緣介質(zhì)。l碳化硅板式輻射器碳化硅紅外元件也可以做成板狀，如圖7.45所示。其基體為碳化硅，表面涂以遠(yuǎn)紅外輻射涂料。l光譜特性曲線碳化硅是一種良好的遠(yuǎn)紅外輻射材料碳化硅是一種良好的遠(yuǎn)紅外輻射材料。碳化硅的輻射光譜特性曲線如圖7.43所示。在遠(yuǎn)紅外波段及中紅外波段，碳化硅具有很高的輻射率。碳化硅的遠(yuǎn)紅外輻射特性和糕點的主要成分(如面粉、糖、食用油、水等)的遠(yuǎn)紅外吸收光譜特性相匹配，加熱效果好。2金屬管狀紅外加熱元件l這種遠(yuǎn)紅外加熱元件的基體為鋼管，管