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三层连续微波真空干燥设备的研制

作者:阿达森微波干燥机   发布时间:2018-10-24 18:28   浏览次数:

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  在真空条件下,物料内部水分在低温状态下就可以很快蒸发,达到低温干燥的目的。微波真空干燥在果蔬、水产品、谷物等食品加工领域的应用研究得到广泛关注。工业使用的微波干燥设备仍以常压隧道式微波设备为主, 微波真空干燥设备仍处于微型小试和间歇式设备阶段。本文设计三层连续微波真空干燥设备,采用三层往复输送结构,使物料在干燥过程中呈“准动态”状态,可多次翻转、移位。使物料干燥均匀度得到了很大的提高。

微波真空干燥设备

  1 三层连续微波真空干燥设备的主要结构与关键技术

  1.1 主要结构

  三层连续微波真空干燥设备是由微波系统、微波真空干燥室、微波抑制系统、控制系统、真空抽气抽湿系统、设备支架、进出料系统等部件组成。在干燥过程中,采用三层连续式的PP网带结构,为防止落料,在网带两侧增加挡边,使得物料干燥更均匀、彻底。该设备示意图参见图1。

  

 

  图1 三层连续微波真空干燥设备示意图

  其工作过程:第一步,启动真空泵,使真空干燥室内产生一定的真空度,并通过真空截止阀来维持干燥室内的真空度。第二步,物料通过双真空进料系统由进料口进入微波真空干燥室,此时启动微波源,物料开始进行微波真空干燥加工,物料传输系统保证物料在微波真空干燥室内以一定的速度匀速前进,同时,在各层间呈“S”形运动,对物料形成翻转,使得物料能更加均匀地接受到微波能,物料干燥过程结束后由双级真空出料系统出料,物料进入下一工序。

  1.2 关键技术

  (1)微波真空干燥室设计

  耦合口是微波真空干燥室与微波传输系统的连接处,是场强比较集中的地方,经常出现气体击穿、打火和拉弧放电现象。采用微波源多馈入口输入方式,即用多个微波源输入,每个微波源通过各自的耦合口把微波能输入到干燥室内,进一步降低耦合口的场强,该馈入方式同时提高了干燥室内微波场分布的均匀性。

  适当选择耦合口的位置,使激励场取不相干的极化方向,这样可将微波源相互耦合减至最小。干燥室内计算出的模式数,只用于腔内可能存在的模式数,其能否被激发,要取决于波导口的耦合情况,如果耦合情况好,就能得到这些模式;如果耦合不当,就会使一些模式得不到激发而不存在,这些未得到激发的模式称为禁戒模式。发生禁戒模式的条件是激励口与该模式场的时空对称性相反(即一个对称,另一个反对称),因此在设计三层连续微波真空干燥设备波导口方位时,就考虑波导口处在需要激发的模式强场区和可能存在的寄生模式的弱场区。

  选择在圆柱腔壁上不同方位开馈入口,有利于腔体内模式的耦合和使腔内场均匀分布,具体见图2。

  

 

  图2 耦合口方位展开图及截面图

  (2)进出料装置的设计

  为保证物料的连续进出,采用双级真空挡板阀装置。该装置由进料斗、缓冲仓、上真空挡板阀、暂存仓、下真空挡板阀、接口等部分组成。同时,在进料端辅以电磁布料装置,使物料均匀分布于传送带上。其动作过程为,初始状态上、下真空挡板阀均闭合,物料经进料斗进入缓冲仓,达到一定质量后,上真空挡板阀首先打开,物料进入缓冲仓,然后上真空挡板阀关闭,下真空挡板阀打开,物料经接口进入设备内部,下真空挡板阀关闭,完成一动作循环,准备进入下一循环。辅助的布料装置,保证了间隙时间内,物料的连续性。真空挡板阀采用电动控制,同时挡板上嵌有食品级硅橡胶密封材料用以真空密封,接口处有导电材料密封微波。

  

 

  图3 进出料装置简图

  (3)电控系统设计

  随着干燥设备应用的不断深入,对设备的数字化、智能化的要求越来越高,除了干燥温度的控制与显示外,还要求故障的检测与显示以及信息的上传,以便于集中管理与控制,这对于以往的继电控制是很难实现的。采用抗干扰性能好,具有通信功能的PLC,以及人机界面触摸屏,能较好地实现上述功能。

  电气控制系统主要由带模拟量输入/输出模块和RS-485串行通信接口的PLC、人机界面触摸屏、真空泵及通气阀、物料输送电机、红外测温仪、微波磁控管、电动真空蝶阀、继电器模块及变频器等组成。

  设备的控制分为自动控制,通过相应的PLC程序加以实现。自动功能是在干燥室一切正常时,按照干燥操作流程控制各部分电器自动完成工作的一种程序。

  干燥操作流程如下:首先设定真空度和加温温度,关闭通气阀抽真空到设定值,启动加料机、电动真空蝶阀和物料传送电机使物料进入干燥室,打开磁控管冷却电机和磁控管开始加热干燥,设备正常工作。工作结束后先关闭微波,停止抽真空,关闭物料电机,冷却片刻后关闭磁控管冷却系统电机。

  由于PLC可靠性高、编程灵活,为设备的试制和调试提供了很大的方便,且与传统的继电器控制及单片机控制相比较,用PLC与触摸屏控制,很大程度上提高了设备的数字化和智能化,使操作更简便、管理更容易,为设备的维护提供了有效的保证。

  2 其它关键问题及解决

  微波真空干燥是一门涉及微波技术、真空技术、干燥技术、流体力学、传热传质学和自动控制等学科复杂的技术,是交叉学科发展的产物。该系统涉及干燥不均匀问题、电磁场场强分布、控制策略优化、干燥终点判别、辉光放电、自动控制等关键技术,通过相应的设计、加工工艺、合理的操作规程等技术手段加以解决。

  2.1 微波发生源的冷却

  三层连续微波真空干燥设备,要求具有长时间不停机持续运转的能力。作为微波发射源的磁控管在工作时会产生大量的热,其冷却效果的好坏对磁控管本身的工作寿命影响很大。三层连续微波真空干燥设备设计了微波发生源的独特冷却系统。将电气元件及微波发生器分布在顶层,微波发生器呈品字型分布在微波腔体顶部上,因此对设备的微波发生器部分及电气元件采用水冷却方式,变压器冷却采用水冷与油冷相结合,很好地解决了冷却问题,保证了设备的长期稳定运行。

  2.2 真空和微波密封

  连续式进出料结构可保证设备的连续化生产,由于进出料连续不间断,所以该结构需具有较好的密封性来保持整个设备的真空度并防止微波泄漏,所以密封是该设备的关键。

  微波真空密封结构在三层连续微波真空干燥设备的各个连接处,需要同时进行真空和微波的双重密封,将微波泄漏量控制在安全标准范围内,真空度也应达到相应的设计要求。因此,在微波真空干燥室和馈能装置的接口、进出料口和各法兰等地方,不仅采用适合的微波密封材料来防止微波泄漏,而且还需采用橡胶圈进行真空密封。三层连续微波真空干燥设备相应采用导电橡胶条、导电金属圈等作为微波密封材料。

微波真空干燥设备

  3 结语

  三层连续微波真空干燥设备提供了一种新型、高效的干燥设备。在研制过程中成功解决了物料连续真空进出的难题,物料在干燥室均匀受热,自动翻转。下一步需要继续研究和解决的问题是如何能准确测定或模拟干燥室中微波场、温度场的分布情况、微波干燥的瞬间传热理论以及多种干燥模式相结合的复合微波干燥技术。以上问题,在理论上显得特别重要,同时对实际生产中提高设备的干燥效率,降低设备的能耗具有很大意义。

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