微波干燥论文范文

微波干燥论文范文（精选12篇）

微波干燥论文 第1篇

微波频率为300~300000MHz, 其波长为0.001~1m, 属于一种高频电磁波。微波具备电场所特有的振荡周期短、穿透能力强、与物质相互作用可产生特定效应等特点。国外发达国家微波工业技术的研发与应用已有50多年的时间, 但我国在这方面还处于起步阶段, 主要应用在化工、木材、造纸、食品等领域。我国的微波干燥设备仍然存在设计技术不够完善, 自动化水平不高的问题, 仍然具有很大的市场潜力。

1 微波干燥设备的工作原理及工作特点

1.1 微波干燥设备的物理原理

微波是一种高频电磁波波, 工业上采用的频率是915MHz和2450GHz。以常用的2450MHz为例, 电磁波以每秒24亿次的速度变换, 可以引起极性分子的高速振荡运动, 这些高分子互相磨擦产生极大的热量, 可以方便的干燥物料。物体吸收微波能量转化成热量后, 物体温度升高, 物体内含的水分蒸发, 脱水, 干燥;若适当地控制脱水速度, 在对物料进行干燥时就能让物体的结构松疏, 膨化。在这个过程中, 也可以控制调高加热温度, 使物体处于烘烤状态。微波干燥设备可以充分利用微波能的穿透性, 使水分子或极性分子在其磁场内不停的转换正负两极, 从而使分子与分子间高频的摩擦升温, 让水份从物料中由内向外快速淅出, 并且最有效保留转换的能量。

微波干燥是一种新型的干燥方式。与传统干燥方式相比, 干燥时, 微波能直接作用于介质分子转换成热能, 由于微波具有穿透性能使介质内外同时加热, 不需要热传导, 所以加热速度非常快, 对含水量在30%以下的食品, 干燥速度可缩短数百倍。同时不管物体任何形状, 由于物体的介质内外同时加热, 物料的内外温差小, 加热均匀, 不会产生常规加热中出现外焦内生的状况, 使干燥质量大大提高。因此它具有干燥速率大、节能、生产效率高、干燥均匀、清洁生产、易实现自动化控制和提高产品质量等优点, 因而在干燥的各个领域越来越受到重视。

1.2 微波干燥设备的使用特点

微波干燥设备具有高效节能的特点。常规加热是凭借物料自身的热传导特性进行加热的, 所以需要较长的时间才能够达到所需要干燥的温度。但由于微波能够深入到物料内部, 而不是靠物料本身的热传导进行加热。所以, 微波加热速度快, 干燥时间可以缩短50%或更多。另外, 常规加热往往要通过环境或传热介质的加热, 才能把热量传至物料。而微波加热时, 物料直接吸收微波而发热, 设备本身不吸收或只吸收极少能量, 又起到了节约能源的效果。

微波干燥具有干燥均匀的特点。在传统的干燥工艺环境下, 为了提高干燥的速度, 需要升高外界环境的温度, 以加大温差梯度, 然而随之容易产生物料外焦内生的负面现象。但采用微波加热时, 不论物料形状如何, 热量都能均匀渗透, 并可产生明显的膨化效果, 有利于粉碎。同时不同性质的物料对微波的吸收不同, 而水分子对微波的吸收最大。因此, 物料内含水量较高的部位吸收微波多于含水量较低的部位。所以, 在微波作用下, 物料的干燥速率趋于一致, 加热均匀;并且微波干燥技术不影响被干燥物料的色、香、味及组织结构, 有效成分也不易被分解、破坏, 这能充分发挥材料的优秀性质。

微波干燥具有操作方便, 易于管理的特点。微波干燥设备结构紧凑, 配套设施少、占地少 (仅为传统干燥设备占地面积的20%~30%) , 并且操作方便, 还可连续作业, 可通过PLC编程控制及通过监视器观察干燥的全过程, 在40°~100℃之间任意调节温度, 便于自动化生产和企业管理。

微波干燥技术具有杀菌环保的特点。微波干燥由于辐射频率很高, 它的快速致热效应使物料中的各种虫卵、病菌等有害微生物无法抵御高温而被彻底杀灭, 有利于保护物料, 尤其是食品的“绿色”性质。微波干燥设备由于是在专业的微波工厂设计制造的, 因此设工艺完善, 屏蔽效果好。它的泄漏很小, 对周围环境产生的干扰和破坏较小。因此, 微波干燥技术被认为是目前最“绿色”的无污染干燥技术。

2 微波干燥设备的具体应用和使用前景

2.1 微波干燥设备的具体应用

早在20世纪60年代国外就对微波干燥技术的应用和理论进行了大量研究, 在近几十年又得到了进一步的发展。我国微波干燥技术研究起步较晚, 虽然也取得了不错的成绩, 也有许多研究与应用成果, 但与国外相比仍有一定的差距。我国微波干燥技术现已用于食品工业、材料化工、医药工业、矿产开采业、陶瓷工业、实验室分析、湿天然橡胶加工等方面。干燥过程几乎涉及国民经济的所有部门, 广泛应用于生产和生活中。干燥的目的是除去某些原料、半成品及成品中的水分或溶剂, 以便于加工、使用、运输和贮藏等。一般的干燥方法有机械法、化学法和加热 (冷冻) 法。这些方法要么设备庞大、干燥费用高, 要么干燥速度慢、处理量小。随着科学技术的发展, 如生物制品、新型材料 (多相复合材料、纳米材料、智能材料和生物医学材料等) 、高级陶瓷、新型高级食品和新型药物制品等新产品的出现, 传统的干燥技术和干燥器已经很难适应这种需求。微波干燥技术和微波干燥器已在轻工业、化工材料工业、食品与农产品加工业等行业得到了广泛应用并表现出了显著的优越性。微波干燥无疑是适应新产品要求的一项新技术。

2.2 微波干燥设备的使用前景

微波干燥的适用范围极为广泛, 现在它在大多数领域都属空白。开发新的应用领域, 完善现有设备性能, 提高自动化控制技术的应用水平, 是现今相关企业加速发展的内在要求。

推广微波干燥技术符合建设节约型社会、保护环境的基本国策, 同时随着我国人民生活质量的不断提高, 对相关产品提出了更高的要求, 这也促使市场逐步淘汰不适应新需求的设备, 而转向微波干燥技术。

微波干燥技术呈现出与其他干燥方法相结合的趋势, 如微波热风干燥、微波真空干燥、微波冷冻干燥、微波红外联合干燥等, 这些技术份的发展, 是提高效率, 降低成产成本, 提高产品品质的需要。

3 结语

综上所述, 微波干燥设备具有明显的技术优势和成本优势, 有效降低了生产成本, 更重要的是保证了产品的质量, 必将成为干燥领域的优先选择。微波干燥设备将会越来越受到市场的重视。虽然我国的研究应用起步较晚, 但是我们相信在相关从业人士的共同努力下, 我国的微波干燥技术必将取得迅速的发展, 定会在技术研究方面取得不错的成果。

摘要：随着微波在食品工业、医药工业和农产品加工等方面越来越广泛的应用, 微波干燥设备的研发和实际应用已经开始被人们重视起来。但是在我国企业目前的使用中仍然缺乏对微波干燥设备使用特性的认识, 给实际的应用造成了一些不便。本文将主要围绕微波干燥设备的特点进行阐述, 指出微波干燥设备的使用前景。

关键词：微波干燥,设备特点,实际应用

参考文献

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微波干燥论文 第2篇

基于微波化学的有机废水微波诱导催化技术和微波辅助高级氧化技术

摘要：结合近几年微波化学理论的发展,介绍了微波诱导催化技术和基于微波技术的高级氧化技术,包括:微波辐射-活性炭吸附法、微波Fenton试剂法、微波辅助光催化技术等在有机废水处理中的应用.并对今后该技术的.研究和发展进行了展望.作 者：王菲菲    俞锐    徐传云    WANG Fei-fei    YU Rui    XU Chuan-yun  作者单位：王菲菲,俞锐,WANG Fei-fei,YU Rui(杭州市城市建设科学研究院,浙江,杭州,310003)

徐传云,XU Chuan-yun(浙江省地质矿产研究所,浙江,杭州,310000)

期 刊：环境科学导刊   Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE SURVEY 年，卷(期)：2010, 29(z1) 分类号：X703 关键词：微波化学    微波诱导催化    有机废水处理   

微波干燥论文 第3篇

关键词：罗非鱼；渗透；渗透脱水；含水率；渗透-真空微波

Effects of Osmotic Conditions on the Osmosis-Vacuum Microwave Drying of Tilapia Meat

LIU Bing1， DUAN Zhenhua1，2，*， YU Qun1， LIU Yan1， HU Bingyang1

（1. College of Food Science and Technology， Hainan University， Haikou 570228， China；

2. Institue of Food Research， Hezhou University， Hezhou 542899， China）

Abstract： In order to obtain the optimum conditions for osmotic pretreatment before microwave drying of tilapia fillets， the effects of osmotic solution composition， osmosis time， temperature and slice size on the water content， water activity and qualities （shrinkage rate， rehydration rate and chromatic aberration） of dried tilapia fillets were studied. The results showed that higher osmotic dehydration efficiency for fish fillets was obtained with higher concentrations of sugar solutions， but under this condition dried product quality was unsatisfactory. The water content of tilapia fillets decreased with increasing osmosis time up to 2 h； however， no significant improvement in osmosis efficiency was observed when osmosis was prolonged beyond 2 h. Moreover， osmosis at elevated temperature led to improved dehydration efficiency but was hampered due to the destruction of the texture and microstructure of fillets at excessively high temperatures. Larger fillets had higher water content but poorer quality after being dried. The optimum conditions for osmotic dehydration before vacuum microwave drying of tilapia fillets were determined as osmosis of 500 mm? slices at 30 ℃ for 2 h in aqueous solution of 20% salt and 10% white granulated sugar.

Key words： tilapia； osmosis； osmosis dehydration； water content； osmosis-vacuum microwave

DOI： 10.15922/j.cnki.rlyj.2016.04.004

中图分类号：TS254.4 文献标志码：A文章编号：1001-8123（2016）04-0017-04

引文格式：

刘兵， 段振华， 于群， 等. 渗透条件对罗非鱼肉渗透-真空微波干燥的影响[J]. 肉类研究， 2016， 30（4）： 17-20. DOI： 10.15922/j.cnki.rlyj.2016.04.004. http：//rlyj.cbpt.cnki.net

LIU Bing， DUAN Zhenhua， YU Qun， et al. Effects of osmotic conditions on the osmosis-vacuum microwave drying of tilapia meat[J]. Meat Research， 2016， 30（4）： 17-20. （in Chinese with English abstract） DOI： 10.15922/j.cnki.rlyj.2016.04.004. http：//rlyj.cbpt.cnki.net

罗非鱼，俗称“非洲鲫鱼”，由于其耐氧低、肉质洁白少刺，营养价值较高且易于饲养，在热带及亚热带国家和地区被广泛养殖[1]。罗非鱼肉中含有丰富的营养物质，蛋白质含量约为20%，脂肪含量为4%～5%，还含有许多人体必需氨基酸等[2-3]，其中大部分为水分，含量高达80%，且鱼体组织酶活跃，极易腐败变质[4]。因此有必要对罗非鱼肉进行干制处理，延长贮藏时间，但传统干燥方法如热风干燥、冷冻干燥、微波干燥等由于能耗和成本较高[5-6]，且产品单一、品质不理想而不能被广泛应用于水产品的加工。

渗透-真空微波加工方式，是结合渗透脱水和真空微波干燥对罗非鱼片进行加工处理的一种新型方式。渗透脱水是指在一定温度下，将植物或动物组织浸入高浓度溶液中除去物料中部分水分的一种方式，作为前处理可有效缩短后期干燥时间[7]。真空微波结合了微波的快速和水在真空条件下沸点降低的特点，使鱼片水分在较短的时间内快速蒸发而对品质影响较小的一种加工方式[8]。

渗透脱水技术因其具有自发性，渗透过程中的动力是相互之间的渗透压，条件温和，无需加热，且能耗低，较好地保持了食品的色、香、味等品质而被广泛用于食品加工领域[9-10]。

对于渗透脱水技术的研究国内外已有很多，现已报道的有草莓[11]、苹果[12]、猕猴桃[13]、香蕉[14]、四季豆[15]、

甜菜根[16]、竹笋[17]、樱桃番茄[18]、生姜[19]等，这些主要集中在果蔬加工中，但对于鱼类等水产品的渗透研究却较少，为此本实验拟对影响罗非鱼片渗透-真空微波干燥的渗透因素进行研究，以获得最佳的渗透条件，旨在为罗非鱼的渗透-真空微波干燥新技术的开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜的罗非鱼购于海口南门农贸市场，体质量在500～750 g左右；食盐（食用级）、白砂糖（食用级） 南国超市。

1.2 仪器与设备

NJL07-3型实验专用微波炉 南京杰全微波设备有限公司；EL204型电子天平、HB43-S型快速水分测定仪

梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；HH-S26S电热恒温水浴锅 金坛市大地自动化仪器厂；SHB-Ⅲ循环水式真空泵 郑州长城科工贸有限公司；HygroPalm AW1便携式水分活度测定仪 无锡徽科特测控技术有限

公司；CR-10型手持色差计 苏州天友利仪器有限公司；Stable Micro Systems Volscan Profiler-300食品体积测定仪 超技仪器技术有限公司；刀具及砧板、保鲜膜等购于超市；烧杯、玻璃棒、吸水纸和干燥器 海口市玻璃仪器试剂公司。

1.3 方法

1.3.1 罗非鱼前处理

将新鲜罗非鱼迅速杀死，去除头部、鱼鳞和内脏，清洗并从鱼脊背上方采肉切片，厚度为3 mm，完成后用水清洗并用吸水纸吸去表面水分，备用。

1.3.2 渗透条件

用不同的渗透条件对罗非鱼片进行处理，分别以渗透液组成、渗透时间、渗透温度和切片大小为因素，由之前的预实验结果，实验因素设计为：渗透液组成（20%食盐、20%食盐+10%白砂糖、20%食盐+20%白砂糖（以鱼肉质量计））、渗透时间（1、2、3、4 h）、渗透温度（10、20、30、40 ℃）、切片大小（300、500、700、900、1 100 mm2），以鱼片含水率、水分活度及品质（收缩率、复水率和色差）为考察指标，以渗透液组成20%食盐+10%白砂糖、渗透时间2 h、渗透温度30 ℃、切片大小为500 mm2为基本条件，进行单因素试验。

1.3.3 鱼片含水率的测定

参照GB 5009.3—2010《食品中水分的测定》进行。

1.3.4 鱼片水分活度的测定

采用HygroPalm AW1便携式水分活度测定仪测定鱼片中的水分活度值aw。

1.3.5 鱼片品质的测定

1.3.5.1 收缩率的测定[20]

采用食品体积测定仪，测量处理前后样品的体积。每个样品测3次，结果取平均值，按照式（1）计算收缩率。

（1）

式中：Rs为鱼片的收缩率/%；V0为鱼片处理前的体积/mL；Vt为鱼片干燥后的体积/mL。

1.3.5.2 复水率的测定[4]

将干燥后的鱼片称量后，放入温度为40 ℃水浴锅中，复水30 min，用滤纸吸干鱼片表面水分后称质量。按

式（2）计算复水率。

（2）

式中：Rf为复水率/%；mf为鱼片复水后沥干质量/g；mg为干燥后鱼片质量/g。

1.3.5.3 色差的测定[21]

采用CR-10型手持色差计进行颜色的测定。将待测样品放在探测器端面，分别记录鱼片的L*、a*、b*。其中L*表示样品偏白（+）或偏黑（-）的程度，色度a*表示样品偏红（+）或偏绿（-）的程度，色度b*表示样品偏黄（+）或偏蓝（-）的程度。每个样品测定3 次，取其平均值。色差△E按式（3）计算。

△E=（（△L*）2+（△a*）2+（△b*）2）1/2

1.4 数据处理

所有实验均设定3 个平行，测定结果以平均值±标准差表示，并运用正交设计助手Ⅱ和Origin 9.0对实验数据进行分析与处理。

2 结果与分析

2.1 渗透液组成对鱼片渗透-真空微波的影响

在鱼片切片大小为500 mm2、渗透温度为30 ℃、渗透时间为2 h条件下，不同渗透液组成对渗透-真空微波后鱼片水分及品质影响如图1所示。

由图1可知，随着渗透液中白砂糖量的增加，鱼片干燥后含水率和水分活度均不同程度下降，这是因为白砂糖量增加，细胞内外侧渗透压力增大，加速了水分向渗透液中转移。在品质方面，渗透液中白砂糖量的增加，鱼片的收缩率增大，在20%食盐+10%白砂糖渗透液中，脱水较少，收缩程度变化小，而在20%食盐+20%白砂糖渗透液中，因渗透压增大，水分转移较多，鱼片收缩程度大，收缩率变化明显。复水率表示干燥后鱼片吸收水分的能力，在图中呈现先升高后平缓增加趋势，说明在20%食盐+10%白砂糖渗透液中，鱼片干燥后的吸水能力已达到较高水平；色差代表鱼片处理前后颜色变化程度，在图中则呈下降趋势，相比于前两个组合，鱼片在20%食盐+20%白砂糖渗透液中，颜色变化小，这可能是因为高浓度的糖液能起到保护鱼片的作用，使得干燥后鱼片色差较小。虽然鱼片在20%食盐+20%白砂糖渗透液中，含水率和水分活度都较低，鱼片收缩率最大，但鱼片品质并不是最优，复水能力和20%食盐+10%白砂糖渗透液相差小，所以从鱼片品质和节约原料方面，鱼片的渗透液组成应选择20%食盐+10%白砂糖为宜。

2.2 渗透时间对鱼片渗透-真空微波的影响

在渗透液组成为20%食盐+10%白砂糖，渗透温度为30 ℃，切片大小为500 mm2条件下，不同渗透时间对渗透-真空微波后鱼片的水分及品质影响如图2所示。在渗透的前2 h之内，鱼片干燥后含水率和水分活度均明显下降，而在2 h之后，鱼片干燥后含水率和水分活度下降程度减小，趋于平稳，这是由于在鱼片和渗透液之间存在巨大的渗透压差，导致鱼片浸入渗透液后短时间内迅速失水，随着渗透时间的延长，鱼片中水分转移到渗透液中使渗透压差减小，脱水效果降低。在品质上，鱼片的收缩率和色差随渗透时间的延长而增大，渗透时间延长，鱼片中的水分减少，体积皱缩，收缩率增大，而在渗透过程中，渗透液中的溶质也会渗入到鱼片内，且渗透时间越长，渗入的量就越多，致使干燥后鱼片色差增大；鱼片的复水率呈现下降趋势，在前2 h内，变化程度不大，在2 h后，下降程度增大，这可能是鱼片经长时间渗透，鱼片表面附着较多渗透液中的溶质，复水时形成阻力，致使复水率下降。从鱼片干燥后的水分及品质（收缩率、复水率和色差）方面考虑，渗透时间无需太长，应保持在2 h以内，而在2 h时，鱼片脱水效果和品质保持的较好，所以宜选2 h作为最佳渗透时间。

2.3 渗透温度对鱼片渗透-真空微波的影响

在渗透液组成为20%食盐+10%白砂糖，渗透时间为2 h，切片大小为500 mm2条件下，不同渗透温度对渗透-真空微波后鱼片水分及品质的影响见图3。

由图3可知，在30 ℃以下，随着渗透温度的升高，鱼片干燥后含水率及水分活度均呈下降趋势，并在30 ℃时达到最低，因为温度升高，分子运动加快，导致水分转移到渗透液中的速率增加，但在40 ℃时干燥后含水率和水分活度又呈上升趋势，造成这种现象的原因可能是鱼片长时间经高温渗透液处理，细胞膜的半透性遭到一定程度的破坏，改变了细胞膜内外的渗透压，不利于鱼片的渗透脱水，造成干燥后鱼片含水率和水分活度升高。从鱼片品质方面看，渗透温度升高，鱼片的收缩率先增大后趋于平缓，在一定范围内，温度升高，脱水效率增加，鱼片体积变化明显，收缩率增大；复水率呈先升后降趋势，变化的范围较小，在30 ℃时复水效果最好，40 ℃时因渗透温度高破坏鱼片组织，复水效果较差；鱼片的色差随渗透温度的升高而增大，温度升高，导致周围分子对溶质分子迁移的阻力降低，加快鱼片对渗透液中溶质的吸收，使干燥后鱼片色差增大。过高的渗透温度会导致鱼片组织改变和品质下降，因此，鱼片的渗透温度不宜过高，渗透温度选择宜为30 ℃左右。

2.4 切片大小对鱼片渗透-真空微波的影响

在渗透液组成为20%食盐+10%白砂糖，渗透时间为2 h，渗透温度为30 ℃条件下，不同的切片大小对渗透-真空微波后鱼片水分及品质的影响见图4。

由图4可知，在切片大小为500 mm2以下时，切片大小对鱼片干燥含水率和水分活度影响较小，当超过500 mm2时，鱼片含水率和水分活度随切片大小变化明显，这是可能由于在一定范围内，切片大小越大，渗透时其单位表面积所承受的渗透压就越小，渗透脱水效果越不明显；在鱼片品质方面，随着切片大小的增大，鱼片的收缩率先迅速增加后逐渐变缓，因切片较大时，渗透处理脱去的水分较少，真空微波干燥后，由于鱼片内所含的大量水分被快速脱去，导致鱼片体积皱缩，收缩率变大；复水率和色差的变化趋势是一样的，都是呈先升高后下降的趋势，因较大鱼片渗透脱水量少，在同等真空微波条件下，鱼片脱去的水分相差不大，致使较大鱼片干燥后的含水率依然很高，吸水能力弱，复水效果差。切片大，含水率就高，品质不理想，所以由上述情况可知，切片大小的选择不宜过大，鱼片大小为500 mm2时，鱼片干燥后含水率最低，品质较理想，鱼片渗透-真空微波干燥的效果最好。因此，可将鱼片的切片大小定为500 mm2。

3 结 论

罗非鱼片在不同的渗透液组成条件下，对水分和品质方面影响不同，渗透液中糖浓度越高，干燥后含水率和水分活度越低，但品质方面不理想，如收缩率较大，复水率较低等。在渗透时间上，渗透前2 h内，含水率和水分活度会迅速降低，品质也较好，而在2 h之后，随着渗透时间的延长，其含水率和水分活度的改变不大，但品质会随渗透时间的延长而变差。在一定范围内，鱼片含水率和水分活度随渗透温度的升高而降低，但温度过高会改变鱼片组织，不利于渗透的进行。切片大小也会对鱼片渗透-真空微波干燥产生影响，切片大小越大，鱼片干燥后含水率和水分活度越高，品质越不理想。

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响应曲面法优化微波干燥白炭黑研究 第4篇

白炭黑又称水合二氧化硅、活性二氧化硅和沉淀二氧化硅,分子式为SiO2 ·nH2O,广泛应用于橡胶、塑料、造纸、染料、涂料等领域,尤其是在橡胶行业,白炭黑以其优异的补强性和透明性成为了炭黑的替代品。

生产白炭黑的方法主要为气相法和沉淀法。气相法工艺复杂,设备投资大,原料来源受限且制造成本高,生产规模较小,其产量仅为沉淀法白炭黑的15%左右[1],因此国内外白炭黑的生产主要是以沉淀法为主。沉淀法生产白炭黑是以水玻璃为主要原料进行酸化反应生成硅酸悬浮液,过滤脱水后再经干燥、粉碎等工序获得成品[2],该方法工艺简单、投资小、原料来源广泛、产品性能优良,但该工艺的特殊性决定了白炭黑生产必须要进行干燥[3],故干燥成为沉淀法生产白炭黑的关键工序。

白炭黑的干燥方式比较多。我国在白炭黑生产中采用的干燥方法有气流干燥、离心式喷雾干燥[4]、闪蒸干燥[5]、恒沸干燥[6]、超临界干燥[7]、冷冻干燥[8]等。而微波干燥以其独特的干燥方式,高的干燥效率,节能环保的干燥特色,近年来已经广泛应用于众多领域,并为许多研究者所青睐。然而目前微波干燥白炭黑主要采用调节功率、时间来控制脱水率,易造成物料温度过高,难以对工业应用进行有效指导,因此本研究提出了微波控温干燥白炭黑新工艺,并利用响应曲面法(RSM)考察了各影响因素对相对脱水率的影响规律,以期为白炭黑微波干燥的产业化提供理论依据。

1 实验

1.1 实验原料

实验所用的原料为贵州某厂提供,主要成分见表1(质量分数)。

1.2 实验设备及方法

实验采用昆明理工大学非常规冶金教育部重点实验室自主研制的箱式微波反应器,微波频率2450 MHz,功率0～3000 W,控制方式有两种,一种为功率连续可调模式,另一种为自动控温模式。电子天平(精确度为0.0001 g);密封式化验制样粉碎机。

实验步骤为:称取一定量的白炭黑物料M1,置于石英盘上,后放入微波反应器中干燥,记录不同条件下干燥后的物料质量Mt,以湿基为基准由式(1)计算物料的相对脱水率η。

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式中:M1是在设计方案的条件下物料的初始质量;Mt是不同条件下微波干燥后的物料质量;σ是物料初始的含水量,由表1可知本实验的σ值为70.74%。

1.3 响应曲面法优化设计

响应曲面法集数学方法与统计方法于一体,可以确定各因素及其交互作用对结果的影响情况,优化目标函数[9,10]。本实验在单因素探索的基础上,选择物料厚度、干燥时间和干燥温度为自变量,相对脱水率为响应值,采用三因素二水平,进行中心组合设计优化设计。分析实验数据所用的二次多项式模型如下:

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式中,λ为预测的响应值;β0为常系数;βi为线性系数;βii为二次方系数;βij为相互作用系数;χi、χj为实验因素编码。

1.4 样品检测与表征

按照行业标准HG/T 3065-2008对所得干燥后样品做加热减量测试;按照行业标准HG/T 3066-2008对所得干燥后样品做灼烧减量测试;用型号为GJ-3的密封式化验制样粉碎机对干燥后的样品进行粉碎,采用型号为RISE-2002的激光粒度分析仪进行粒度分析。

2 结果与讨论

采用中心组合设计(CCD)法设计出20组实验,在具体的实验过程中,严格按照实验设计的条件进行,同时实验的开展采用随机的方式(不按实验编码的顺序)进行以减少外部条件对结果的影响,得出实验结果,如表2所示。

2.1 模型拟合

响应曲面优化设计中,对模型的精确性验证是数据分析不可缺少的环节,如果所选的模型不够精确,将会导致所获得的结果存在很大误差或者得到错误的结论[11]。本实验采用Design Expert软件对数据进行回归分析,得到的二次多项回归方程式见式(3)。

η=-12.694+8.328χ1-0.442χ2-10.978χ3-

0.0449χ1χ2+5.906×10-3χ1χ3+0.112χ2χ3-

0.0666χ12+0.0112χ22-2.333×10-3χ32 (3)

2.2 回归方程方差分析

方差分析可得到多项式方程中所有系数的显著性,并可以进一步判断模型的有效性[7],分析结果见表3。

表3中,相关系数R2= 0.9759,表明该模型拟合度较高;一般经验认为预测R2与校正R2之差在0.2之内属于合理,该模型的差值为0.1228;信噪比(可信与不可信数据之比)为25.923(大于4),说明该模型能够很好地对实验进行模拟;CV为响应值η的变异系数,CV越低说明实验的稳定性越好,本实验CV=5.47%较低,说明实验操作可信。

由表4可知,该模型的F值为45.09,Prob>F值的概率小于0.0001,表明模型显著,精确度高,模拟效果好。当变量Prob>F的概率小于0.05时认为该项对模型影响显著,从表4中可以看出χ1、χ2、χ3、χ2χ3、χ12 项的显著性概率均小于0.05,说明其对相对脱水率η影响显著,其中,干燥温度对相对脱水率的影响显著性最大,其次为干燥时间、物料厚度。方差分析表明,此模型能够说明相对脱水率与考察参数的实际关系,可以进行较精确的预测。

图1为微波干燥白炭黑相对脱水率的实际值与预测值的对比图。从图1中可以看出本实验的实际值与模型分析的预测值吻合较好。

2.3 响应曲面分析

由以上方差分析得知,对相对脱水率影响的因素依次为微波干燥温度、干燥时间和物料厚度,3个因素及其及交互作用对相对脱水率的影响见图2和图3。

从图2可以看出,物料较薄时,温度对相对脱水率的影响较弱。而随着物料厚度的增加,温度对相对脱水率的影响愈来愈显著。这可能是因为随着物料厚度的增加,水蒸气的扩散路径增长,并且由于物料的阻隔,导致脱水的动力学条件变差,同时表层物料与空气接触,最先失水后,迅速团聚,这样就形成了一层表层团聚壳,对水分子的扩散脱除产生较大影响。

由图3可以看出,微波干燥白炭黑的相对脱水率随着温度的升高和时间的延长而逐渐增大,并且干燥温度对相对脱水率的影响较干燥时间显著。其原因在于在微波干燥过程中,水分子选择性吸收微波能量,物料内部产生热量,而表面由于蒸发吸热导致温度有所降低,传质推动力主要是物料内部产生的蒸汽所形成的压力梯度和温度梯度,故在微波干燥条件下温度越高,白炭黑的相对脱水率也就越高。

2.4 条件优化及验证

本实验经Design Expert软件优化分析,得到的最终工艺参数见表5。

从表5可以看出,在上述工艺参数条件下,预测的相对脱水率为99.84%,为了验证响应曲面法优化的可靠性,采用该工艺参数进行3组平行实验,取平均值为99.68%,与预测值相差0.16%,说明实际值与理论值较吻合。

2.5 加热减量与灼烧减量测试

白炭黑中的水主要以两种形态存在。一部分为表面吸附的游离态水,一般在105 ℃即可从白炭黑表面挥发完,即通常所指的加热减量;另一部分为结合水,以化学键和SiO2分子牢牢地结合在一起,要除去这部分水,则必须在高于900 ℃(2 h)的高温下方可脱出,该部分水即检测项目中的灼烧减量。

将在优化条件下干燥得到的样品粉碎后按照HG/T 3065-2008和HG/T 3066-2008进行加热减量与灼烧减量测试,得到加热减量为1.3%,这主要是因为白炭黑表面呈极性,水分含量越少越容易吸水,导致干燥后的样品可能吸附了部分空气中的水分;灼烧减量为49.8%,此结果与郝书峰等[12]在研究干燥方式对沉淀白炭黑性能的影响中的结果一致。

2.6 粒度分析

干燥后的样品经制样机粉碎后进行粒度分析,结果如图4所示。

从图4得知,将干燥后的白炭黑样品粉碎,其粒径为3～30 μm,平均粒度为11.14 μm。这主要是因为白炭黑中的水在渐渐蒸发脱出时,颗粒间距变小,颗粒表面部分裸露出来,水蒸气从颗粒的两端逸出,由于毛细管力的存在,在水中形成静拉伸压力,导致毛细管孔壁的收缩,使相邻粒子相互拉近而紧紧地压在一起;同时白炭黑表面存在-Si-OH结构,在干燥过程中,相邻粒子之间能够发生脱水缩合的化学反应(式(4))使得非架桥羟基转变为架桥羟基,形成了以化学键结合的团聚[13,14,15],因此采用微波干燥并未对白炭黑的成分、结构产生影响。

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3 结论

(1)探索性实验和响应曲面法优化分析表明,在控温条件下,微波干燥白炭黑是可行的。

(2)微波干燥白炭黑的相对脱水率与干燥温度、干燥时间以及物料厚度的关系符合二次方程模型,且方差分析表明,在3个影响因子中,干燥温度对相对脱水率影响最显著,其次为干燥时间,最后为物料厚度。

(3)经优化以及验证得到的微波干燥白炭黑优化工艺参数为干燥温度90 ℃、干燥时间32 min、物料厚度10 mm,白炭黑的相对脱水率为99.68%,与预测值相差0.16%,说明预测值与实测值较为吻合。

(4)将优化条件下的白炭黑样品粉碎,进行测试分析,其加热减量为1.2%、灼烧减量为49.8%、平均粒度为11 μm。

摘要：基于中心组合设计的响应曲面法,研究了微波干燥温度、干燥时间和白炭黑厚度及其交互作用对白炭黑相对脱水率的影响,得到了影响因素与白炭黑相对脱水率之间的二次方数学模型,获得了微波干燥白炭黑的优化工艺条件,即干燥温度90℃,干燥时间32min,物料厚度10mm,此条件下白炭黑的相对脱水率为99.68%。所得物料经粉碎,采用行业标准和激光粒度仪进行表征测试,其加热减量为1.2%,灼烧减量为49.8%,平均粒度为11μm。

微波炉的危害-微波炉有哪些危害 第5篇

微波就是很短的电磁波，属于大自然能量光谱的一部分。整个光谱包括可见光、红外线、紫外线以及无线电波、X射线等等。太阳产生微波，同时也产生可见光和光谱中一部分不可见光。但是，太阳产生的微波与微波炉产生的微波有一个重大的区别。这个区别在于微波炉是用交流电来产生微波的。让我们来看看微波炉是怎样烹饪食物的：所有的电磁波每经过一次电波周期，就会从正极变为负极。交流电可以增快电波的周期。水分子有正极和负极，因此当水接受正负交替的微波能量时，水分子会迅速转动。这有一些类似用磁石把平面上的大头针吸得团团转的情形。微波炉用交流电产生的微波使食物中的水分子以每秒钟几十亿次的速度旋转，造成分子之间巨大的摩擦力，使食物迅速加热。人们通常以为微波食品是安全可以食用的。事实上，我们的质量检测机构只关心微波炉是否存在微波泄漏的情况，令人惊讶的是，这些质量检测机构从未质疑微波食品本身是否安全。

微波炉的危害

1、微波炉食物会产生新的有毒或者有害的化合物。

2、用微波炉做出的食物会丧失大部分营养。

微波干燥论文 第6篇

关键词：褐煤；干燥

中图分类号：TD462 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）08-0043-02

1 背景介绍

褐煤，主要分布在中国的内蒙古东部、云南东部、东北和华南地区。目前已经探明的褐煤储量为1 290亿吨，占煤炭开采总量的13%。由于褐煤具有高水分、高挥发分、高灰分、低热值的特点，导致其易自然，运输成本高，目前只用于坑口电厂的发电。为了提高褐煤的热值，稳定锅炉燃烧，在褐煤燃烧前需要对褐煤进行干燥，本文所针对的螺旋换热设备在褐煤干燥工艺中主要起到干燥褐煤的作用。

2 螺旋换热设备在褐煤干燥工艺中的研究

2.1 螺旋换热设备结构介绍

螺旋换热设备是由换热仓体（以下称“仓体”）和螺旋空心换热轴（以下称“换热轴”）组成。仓体内设有夹层，夹层内垂直方向设有半圆形管排；换热轴为空心结构，轴外侧设有蚌壳式空心螺旋（中间间断不连续）。物料在仓体内，通过螺旋轴的转动由入料口向出料口运动；新蒸汽分别由换热轴端部进汽管和仓体进汽口进入换热轴和仓体内，经过放热的疏水经过疏水器汇至疏水母管。

螺旋换热设备以过热蒸汽为热源，空气为携湿介质。过热蒸汽通过换热面将褐煤中的水分加热到仓内水分压对应的饱和温度以上；在引风机的负压作用下，通过空气将褐煤中析出的游离态水分带走，完成褐煤的干燥过程。该过程影响干燥效果的主要因素有：换热时间、换热面积、换热温差、物料粒度、蒸汽疏水结构、携湿介质的湿度、物料在设备内的混合程度。本试验主要研究：物料粒度、综合传热系数和蒸汽疏水结构螺旋干燥设备干燥效果的影响。

2.2 试验设备结构差异介绍

A设备和B设备为两台型号相同的螺旋换热设备（换热面积、出料时间、热源参数等均相同）。其中A设备保持原有设计结构不变，对B进行结构改造。改造内容如下，具体系统，如图1所示。

①通过在螺旋大径边缘外侧设置矩形刮板并在仓体内物料出口处加设挡料板，增强物料混合程度提高设备的综合传热系数。

②通过将设备主机呈3 °倾角倾斜布置（出料口为低点），改善设备疏水结构，减少疏水管路中水阻和气阻的发生。

③通过加装碎煤机塞板保证物料颗粒度维持在20 mm以下。

2.3 试验部分

2.3.1 物料粒度对干燥效果影响的试验

选用改造后的设备B进行试验，试验通过筛分法选取粒度为35 mm、30 mm、25 mm、20 mm和15 mm的褐煤；将设备B充分预热后送入等量的褐煤，记录试验前后褐煤的含水量和干燥过程所用蒸汽量，通过对比分析物料粒度对同一台设备干燥效果的影响。实验分为5组，每组进行3次，取平均数据。

①试验基本参数。

其一，设备出力2.5 t/h；转速6 r/min。

其二，原褐煤温度：32℃。

其三，热源参数，见表1。

②试验结果，褐煤粒度与试验前后水份对应关系，如图2所示。褐煤粒度与脱水率的对应关系，如图3所示。

③试验结果分析。试验过程中热源和设备参数相同，不同物料的汽耗量基本相同，可以认为本试验数据对于分析物料粒度对干燥效果的影响具有参考性。经分析得出，在相同工况下，物料粒度对干燥效果的影响较为明显（如图2所示），且与文献[1]结论相符：干燥动力学参数与物料粒度的平方成反比，理论上褐煤干燥过程中粒度越小干燥效果越好；降低物料入口粒度，有效地增大了物料的比表面积；加大了单位质量褐煤中水分的析出面积f。但在工业生产中过度减小物料粒度会加大破碎装置的负荷。通过对“表2”的进一步分析得出：物料粒度在25～35 mm区间内变化时脱水率变化较为明显，所以在工业生产中应合理选取被干燥褐煤的粒度达到生产的经济效益平衡点。

2.3.2 设备综合传热系数和疏水结构对干燥效果影响的试验

避免携湿介质湿度对干燥效果的影响，A、B两台设备在相同地点、同时进行试验，两台设备出力和转速均相等，通过对比分析设备结构差异对干燥效果的影响。试验持续5 h，分5次取样记录数据。

①试验基本参数。

其一，设备出力2.5 t/h；转速6 r/min。

其二，原褐煤温度32 ℃；物料粒度30 mm。

其三，热源参数，见表2。

②试验结果。A、B设备出口温度对比，如图4所示，A、B设备脱水率对比，如图5所示，A、B设备汽耗率对，如图6所示。

③试验结果分析。A设备在运行过程中，内部物料主要分布在换热轴和仓体下部，物料与换热轴的相对运动较为缓慢；通过红外测温仪确保换热轴和仓内壁面温度分布较为均匀。B设备在运行过程中，在螺旋刮板和出口挡料板的作用下物料在仓体内存在明显的翻滚现象，假设螺旋刮板后物料在仓体内的换热过程已突破稳态导热条件，换热过程为以对流换热为主的综合换热过程[2]。

通过对试验数据的整理分析得出：B设备的干燥性能远远高于A设备。数据表明，A设备的平均脱水率为7.52%，B设备的平均脱水率为16.15%；B设备的脱水能力超出已A设备一倍以上。数据表明，A设备出口的物料平均温度为65.6℃，B设备出口的物料平均温度为87.8 ℃。B设备出口物料平均温度比A设备高22.2 ℃；说明通过对设备内部结构和疏水结构的调整大幅度增强了物料与设备换热面的换热性能。经牛顿冷却公式[2]计算得出：A设备综合传热系数：

h=158.60 [w/m2·℃]；

B设备综合传热系数：

h=345.99 [w/m2·℃]。

通过综合传热系数的对比说明：刮料板和出口挡料板的设置改变了物料在干燥机内部的换热形式，在转速和停留时间相同的状态下使物料升到更高的温度，加大了褐煤内部水分与携湿介质间的温度梯度[3]，增大了褐煤中水分的吸热量，加速水分的析出。中的数据主要体现了两台设备在相同热源参数下干燥单位质量原煤所消耗的蒸汽量的关系。对比分析可得出设备B的汽耗率大于设备A的汽耗率，即B设备疏水量大于A设备疏水量，说明加大设备倾角和改善疏水系统防止了输水堵塞和热源蒸汽通过输水管路短路，加大了蒸汽与干燥机壁面的换热量，为改善干燥机干燥效果奠定基础。

3 结 语

通过工业试验和数据采集、计算可得出针对同一台干燥设备，褐煤粒度对褐煤的干燥效果存在较大的影响，本文通过试验数据整理分析得出工业生产中粒径20 mm以下的褐煤会得到较好的干燥效果。此外，干燥设备的换热结构直接影响到物料与干燥机换热面的换热形式，改变物料与换热面间的换热形式，会大幅加大换热过程的综合传热系数，提高物料与携湿介质间的温度梯度。传统螺旋桨叶换热设备，换热轴中心管通入加热蒸汽，疏水经中心管套管排除，蒸汽与换热面的换热过程容易发生疏水不畅和热源蒸汽短路的问题，该问题使蒸汽的能量无法顺利传递至换热面，造成能量损失；加大设备倾角和改善输水装置能够有效的避免疏水不畅和热源蒸汽短路的问题，改善干燥效果。

参考文献：

[1] 郭治.褐煤干燥动力学模型研究[J].神华科技，2011，（9）.

[2] 杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2011.

[3] 井玉龙.过热蒸汽携湿在褐煤干燥中的应用[J].干燥技术与设备，2012，

微波干燥论文 第7篇

微波是一种频率在300 MHz~300 GHz的电磁波,目前常用的微波设备功率为2 450 MHz(波长0.122 m)和915 MHz(波长0.33 m)[1]。微波干燥具有速度快、加热均匀、对被加热物没有形状要求以及能源利用率高等优点[2,3],目前已广泛用于各行业的物料干燥过程。由于微波干燥的显著优点,微波干燥已被用于皮革干燥过程,采用微波对皮革进行干燥,皮革的物理性能无不良的影响,面积收缩率也比自然干燥的小[4,5]。此外,微波也在皮革行业的其他领域中得到了应用,如对橡椀栲胶进行改性[6,7],合成皮革化工材料[8],以及微波辐照对鞣制过程的影响等[9]。

涂饰是制革过程中的重要工序,涂饰剂均匀施加于皮革表面后,经过干燥后涂饰剂中水分被除去而固化成膜[10]。为了将微波干燥技术用于皮革涂饰,张昌龙等[11]研究了干燥对皮革涂层的影响,实验结果表明微波干燥可以提高皮革涂层的机械强度、光泽度、耐寒性和涂层粘着力。皮革涂饰过程中所用涂饰剂为复合成分,包括成膜物质、着色物质、溶剂和助剂等[12],由于组分复杂,制约了微波干燥皮革涂层的研究。

皮革涂饰剂中成膜剂是主要成分,也对最终涂层的影响最大。微波用于其他行业涂层干燥时,研究发现单组分水性聚氨酯采用微波干燥方式去除涂膜中90%的水分时,烘箱干燥只能去除50%[13];双组分水性聚氨酯木器涂料经微波干燥形成的漆膜,其性能略高于常温干燥形成的漆膜,并可以降低固化剂用量[14]。本研究选择皮革涂饰中三种常用的成膜剂:聚丙烯酸、聚氨酯和酪素成膜剂为研究对象,以减少其他组分对的影响,研究微波干燥对成膜剂性能的影响,为微波用于皮革涂饰干燥提供基础理论的支持。

1 实验部分

1.1 主要实验材料

聚氨酯涂饰剂RU 2585,聚丙烯酸涂饰剂RA22-022,酪素涂饰剂Melio Top 286N,Stahl公司,其他用于分析过程的化学试剂均为分析纯试剂。

1.2 主要实验仪器

MCR-3S常压微波萃取反应仪,西安予辉仪器有限公司;DHG-9053A电热恒温鼓风干燥箱,上海精宏实验设备有限公司;WT-2100光学显微镜,上海巍途光电有限公司;CM1950冰冻切片机,德国Leica公司;DSC 200 PC差示扫描量热仪,德国耐驰公司公司。

1.3 实验方法

1.3.1 常见成膜剂的成膜

在聚四氟乙烯成膜皿中装入适量聚氨酯、聚丙烯酸和酪素成膜剂,分别用微波干燥和烘箱干燥制得聚氨酯、聚丙烯酸和酪素膜,微波干燥条件为:功率100 W,干燥2 min,冷却2 min,直至水分全干,成膜完全;烘箱干燥条件为:温度65℃,直至水分全干,成膜完全。成膜厚度为0.8 mm左右。

1.3.2 涂层的表观形貌分析

用冷冻切片机切下涂层纵切面厚度为50μm的薄片,干燥后用光学显微镜放大40倍观察涂层表面形貌。

1.3.3 涂层的DSC分析

用冷冻切片机将三种涂层样品切成100μm厚的薄片,在干燥器中室温下干燥48 h后用于DSC分析。测试前,使用铟(熔点156.6℃)和锡(熔点231.9℃)标准样对仪器进行双点标定。测试时,约10 mg样品被密封装载于铝制坩埚内,以10 K/min的加热速率从-100℃加热至100℃,氮气气氛流量设定为50 m L/min;样品的玻璃化转变温度以转变台阶的中点计;为消除热历史,每个样品被重复加热两次,最终结果以去热后为准。

2 结果与讨论

2.1 微波干燥对聚氨酯成膜的影响

图1为聚氨酯涂层显微镜图,从图中可看出,微波干燥的聚氨酯涂层产生的气泡数量明显少于烘箱干燥,且微波干燥样品上的气泡也较小。这是由于微波干燥和烘箱干燥的加热方式不同所引起的。微波干燥是整体加热,体系温度取决于加热介质的介电常数,随着干燥过程的进行,成膜剂中水分逐渐蒸发导致体系介电常数减小,干燥速度也逐渐减小;而烘箱干燥过程的温度是烘箱内温度决定,被加热物料体系在干燥过程中温度达到烘箱内温度后不再变化,直至干燥结束。此外,烘箱干燥是由外而内进行的,即表面先完成干燥,内部的水分在向外蒸发挖成干燥,所以烘箱干燥的表面先干燥使内部气泡不能及时逸出,所以涂层泡点较多,且易聚集成大气泡,而微波干燥是由内而外进行的整体加热,加热均匀,所以涂层泡点小而且少。

(A为微波干燥样;B为烘箱干燥样)(A for microwave drying sample,B for conventional drying sample)

x(A为微波干燥样;B为烘箱干燥样)(A for microwave drying sample,B for conventional drying sample)

图2为聚氨酯涂层的DSC图,由图可看出,经微波干燥的聚氨酯涂层玻璃化转变温度为-52.1℃,烘箱干燥的聚氨酯涂层玻璃化转变温度为-50.1℃,说明微波辐照可以降低聚氨酯涂层的玻璃化转变温度,即提高了涂层的耐寒性能。在聚氨酯固化过程中,作为胶体溶液的聚氨酯乳胶粒随溶剂(水)的挥发不断靠近、聚集,在微波干燥过程中由于电场的高速变化,会诱导胶体粒子双电层中反离子在胶团表面迁移,形成极化的离子环境,使聚氨酯分子的瞬时偶极增加[15],产生的定向排布作用使聚氨酯链分散得更加均匀,同时由于分子链中阴、阳电荷相对地向分子两端移动,导致分子链段运动自由度增加,所以微波干燥的样品较烘箱干燥的样品的玻璃化转变温度低。

2.2 微波干燥对聚丙烯酸成膜的影响

图3为聚丙烯酸涂层显微镜图,由图可知,在放大同样倍数的情况下,烘箱干燥的聚丙烯酸涂层中气泡明显多于微波干燥样,并且烘箱干燥样在成膜板边缘位置会有气泡聚集现象。由于微波干燥加热均匀,气泡可以均匀逸出;而烘箱干燥是由内而外的加热,膜表面固化之后,膜内的气泡就难逸出,从而形成气泡。此外,在烘箱干燥过程中,成膜板壁的温度接近环境温度,在板壁上容易产生汽化核,当溶剂(水)的饱和蒸汽压等于膜上方气压时溶剂沸腾,所以在成膜板边缘位置气泡很多;而微波干燥时所用成膜皿为聚四氟乙烯材料,不会吸收微波能,也不会在板壁上形成汽化核,因此产生的气泡较少。

图4为聚丙烯酸涂层的DSC图,由图可看出,微波干燥的聚丙烯酸涂层玻璃化转变温度为-22.7℃,烘箱干燥的聚丙烯酸涂层的玻璃化转变温度为-20.3℃。这可能是由于微波的非热效应使得聚丙烯酸分子瞬时偶极增加,提高了聚丙烯酸链段的自由度和分子成膜的均匀性,链段之间均匀排列降低了成膜剂从玻璃态到橡胶态的转变温度。

(A为微波干燥样;B为烘箱干燥样)(A for microwave drying sample,B for conventional drying sample)

(A为微波干燥样;B为烘箱干燥样)(A for microwave drying sample,B for conventional drying sample)

(A为微波干燥样;B为烘箱干燥样)(A for microwave drying sample,B for conventional drying sample)

(A为微波干燥样;B为烘箱干燥样)(A for microwave drying sample,B for conventional drying sample)

2.3 微波干燥对酪素成膜的影响

图5为酪素图层的显微镜图,由图可看出,微波干燥与烘箱干燥对酪素涂层的表面形貌影响不大。这是由于酪素的固化过程较较聚丙烯酸和聚氨酯等高分子聚合物快,并且没有气泡产生,因此微波干燥样与烘箱干燥样表面基本一样。

图6为酪素涂层的DSC图,由图可看出,微波干燥的酪素涂层在熔融过程中吸热为0.899J/g,而烘箱干燥的酪素膜熔融过程中吸热为0.5264 J/g,微波干燥涂层Tm为78℃,烘箱干燥涂层Tm为77.2℃。由于酪素来自于蛋白质,因此分子中含有较多的羟基、羧基、氨基等极性基团,微波干燥过程中微波场导致的极性分子随电场变化产生的运动,瞬时偶极增加,可能会促进酪素分子链的极性基团之间氢键和其它次级键的形成,因此在熔融过程中要吸收更多的热量来破坏分子链间的氢键和次级键。同时,微波的作用不仅对酪素蛋白链的自由度,链与链之间的排列均匀程度产生影响,也对链与链之间极性基团形成的氢键产生影响,这两种影响协同作用表现在微波干燥和烘箱干燥酪素涂层Tg和Tm的变化。

3 结论

微波干燥论文 第8篇

在工业上,由于煤的含水率过高会使煤燃烧不充分,造成资源浪费,同时会产生大量污染物,因此, 煤干燥技术在煤生产过程中至关重要。与传统干燥技术相比,微波干燥技术具有绿色环保、穿透力强、 加热均匀、效率高等优点[1],近年来被广泛使用。大功率微波加热煤质时容易产生热失控问题[2,3],随着加热温度的升高,煤介电常数会增大,介电常数大的部分会吸收更多的热量,即出现温度高的部分吸收更多热量的情况,导致局部温度快速升高,引起安全事故。为解决该问题,需实时、准确监控加热腔体内的温度、含水率等关键参数,实时调节微波功率,确保安全生产。

工业现场环境复杂,信号传输极易受干扰[4,5]。 微波加热环境下有着强烈的电磁干扰,对信号传输精度有很大影响。为此,吴文秀[6]提出使用光电耦合器实现输入输出端电气隔离的方法,但并没有解决信号在传输线传输过程中的抗干扰问题。另一方面,光纤传输通道具有抗干扰能力强、稳定度高、传输距离远等优点,史萌萌等[7,8]提出在光纤通道中直接传输模拟信号,但此方法对系统信噪比、线性度等要求十分严格,因此,传输精度不高。张威等[9]提出将模拟信号转换为频率信号再通过光纤传输,虽然解决了传输过程中的干扰问题,但电路复杂,且信号只能单向传输,系统灵活性低。

针对上述信号传输方法存在的问题,本文设计了一种微波干燥煤环境下的模拟信号光纤传输系 统。该系统基于V/F(电压- 频率)转换,以光纤为传输通道,FPGA为频率测量计,ARM为数据处理控制器,具有电路简单、稳定性好、传输精度高的特点,可有效解决电磁干扰问题。光纤驱动器使用单纤双向光收发一体模块,能够在单根光纤中实现信号双向传输,提高了系统灵活性。

1系统结构

微波干燥煤环境下的模拟信号光纤传输系统包括V/F转换电路、单纤双向光模块、光纤、信号处理单元等部分。系统结构如图1所示。

微波加热环境中采集的模拟电压小信号经过V/F转换电路转换为脉冲频率信号,脉冲频率大小与电压信号大小成线性关系。脉冲频率信号输入单纤双向光模块转换成光信号经光纤发送出去。在接收端,单纤双向光模块将接收到的光信号还原成脉冲频率信号。信号处理单元使用FPGA+ARM嵌入式控制器,FPGA采用等精度法测量脉冲信号频率,ARM通过数据线读取该频率值,并根据电压与频率关系计算出对应电压值,用于现场分析控制,不需要将频率信号还原为电压信号,既减少了系统设计复杂度,同时又避免了还原过程中的精度损失。

1.1V/F转换电路

V/F转换电路采用V/F转换芯片AD7740,可将模拟电压信号转换成脉冲频率信号。AD7740具有外围电 路简单、稳定性好、转换精度 高等特点。 V/F转换电路如图2所示。

V/F转换频率与输入电压的关系式为

式中:fout为输出频率;fclkin为晶振输入参考频率,最高为1 MHz;Vin为输入模拟电压信号;VREF为参考电压。

从式(1)中可以看出,输出频率只与输入电压、 参考电压和晶振频率有关,而不需要外接电阻、电容来设置输出频率,这使得转换精度和稳定性更容易得到保证。若使用5V电源电压,1 MHz温度补偿晶振提供参考频率,则输入电压范围为0 ~5V,对应输出频率为100 ~900kHz,在输入电压为0时, 也有100kHz的输出频率,避免了小信号输入时因输出频率接近零而误差较大的情况。

1.2单纤双向光模块

单纤双向光模块只使用1根光纤实现信号的双向传输,比传统双纤双向传输节约一半光纤。单纤双向光 模块基于WDM (Wavelength Division Multiplexing,波分复用)原理[10]。本系统使用常见的1×9单纤双向光模块。一定码率的电信号驱动光模块的半导体激光器发射出相应的调制光信号, 经光纤发送,接收端光信号经光探测二极管还原成电信号。该模块内部集成发送和接收电路,可同时实现信号的发送和接收。

系统所用光模块电源电压为5V,兼容TTL电平,通信速率可达10 Mbit/s,传输距离为40km。 单纤双向收发电路如图3所示,一端使用1 310nm光发射、1 550 nm光接收模 块;另一端使 用1 550nm光发射、1 310nm光接收模块,与前端模块相对应。从V/F转换器出来的脉冲频率信号经过大电流与门电路75451调理后输入单纤双向光模块,驱动光模块的半导体激光器发射出相应频率的调制光信号并从光纤发送出去,接收端光模块的光探测二极管将光信号转换成相应频率的电信号输 出,进入FPGA频率测量计。从FPGA发出的控制信号传输过程与频率信号传输过程相同,方向相反。

1.3信号处理单元

信号处理单元采用ARM+FPGA嵌入式控制器测量脉冲信号频率并进行数据处理。FPGA是高速可编程逻辑门阵列,延时可达到纳秒级,用来测量脉冲信号频率具有很大优势。传统测频方法有直接测频法和间接测频法[11]。直接测频法即在一定的闸门时间内通过测量信号脉冲个数来计算频率,这种方法适用于高频信号。间接测频法即测周期法, 先测量信号周期再计算频率,这种方法适用于低频信号。由于上述2种方法均存在一定的计数误差且适用范围有限,本系统采用基于FPGA的等精度测频法,该方法测量精度高且对高低频均适用。

基于FPGA的等精度 测频原理 如图4所示。 使用2个计数器分别对标准频率信号fs和被测频率信号fx进行计数,闸门信号 通过D触发器使2个计数器同步。当预置闸门信 号上升沿 到来时,计数器并不立即开始计数,而是等到被测信号下一个上升沿到来时才开始计数;同样,当闸门信号下降沿到来时计数器并不立即停止计数,而是等到被测信号下一个上升沿到来时才停止计数[12]。设标准信号计数值为Ns,被测信号计数值为Nx,则有

即

FPGA通过END信号的下降沿通知ARM计数结束。为了读取2个32位计数值,ARM通过数据选择控制信号SEL[2..0]分8次读取2个计数值,每次从DATA [7..0]读取8位。ARM读取2个计数值后,根据式 (2)即可计算出被测信号频率。

2实验结果及数据分析

实验中使用1根长为3m的多模光纤作为光纤通道。为了模拟传感器输出的电压,使用标准信号发生器输出 直流电压 信号Vin。 用示波器 测量V/F转换器输出的信号频率f1,即输入光模块的信号频率。光纤接收端输出的信号频率为f2,FPGA测量得到的频率为f3,同时列出理想频率值f4作为对比,测试数据见表1。

从表1可以看出,用示波器测量的频率值误差很大,经分析是由于实验所用示波器探头和示波器本身测量精度较低引起的;同时可以看到,V/F转换频率f1和经光纤传输后的频率f2之间相差极小,说明光纤传输通道误差极小,可以确保传输精度。当输入电压Vin小于3 V时,FPGA测量频率f3和理想频率f4之间的相对误差小于0.1%,测量精度很高。当Vin大于3V时,V/F转换精度逐渐降低,接近5V时转换误差大于1%,通过选取合适的传感器使输出电压控制在3V以下,可以很好地保证转换精度。

3结语

微波干燥论文 第9篇

微波 ( microwave) 通常是指波长约为1mm ~ 1m、 频率范围在300MHz ~ 300GHz之间的电磁波[1]。微波加热与传统的加热原理不同, 它是将被加热物料中极性分子水分子当成介质, 在快速变化的微波场中, 其极性取向随着外电磁场的改变而改变, 水分子在微波场中发生自旋运动, 将电磁能转化成热能, 从而达到了使电介质升温的目的[2]。微波干燥不仅干燥时间短、加热温度均匀, 而且产品质量高、环保无公害。

微波干燥技术已在工业发达国家 ( 如美国、法国、 日本等国) 广泛应用在食品、制药、化工、轻工及农副产品深加工等高端技术领域。我国微波干燥技术发展较晚, 但发展速度较快, 已应用到多个领域, 尤其在农产品干燥领域得到了成功的应用; 但设备价格高、 对操作人员素质要求高, 因此不能大范围推广使用。 另外, 微波干燥时温度和湿度的测量及控制仍然不够成熟[3]。为此, 介绍了一种基于PLC的圆环形微波干燥设备控制系统。可编程控制器 ( PLC) 是一种专为在工业环境下应用而设计的、以微处理芯片为核心, 综合了计算机技术、自动化技术以及通讯技术的一种新型自动化控制装置。PLC被广泛应用在控制中是因为其具有工作可靠、抗干扰能力强、编程简单及控制系统的设计、安装、调试、维修方便等优点[4]。

1微波干燥设备的组成及工作原理

1. 1微波干燥设备的组成

微波干燥设备主要包括微波发生器总成、波导、 干燥腔、冷却装置、排湿装置、传动系统、湿度测量系统、红外测温系统、控制系统及微波抑制器等部分。 其中, 传动装置是在干燥腔内由变频电机带动的旋转工作台, 该系统的速度可调, 以适应不同物料干燥工艺的要求。其组成方框图, 如图1所示[5]。

1. 2微波干燥设备的工作原理

微波干燥设备结构简图如图2所示。其工作原理为: 接通电源, 将物料在装卸料区装入干燥腔内的旋转工作台上, 将物料送到干燥区域, 微波发生器开始工作; 在干燥腔内, 快速变化的高频电磁场以物料中的极性水分子为介质, 在物料内部产生热量, 对物料进行加热进行干燥; 在干燥过程中, 通过对干燥腔内温度及湿度的在线监测并将信号反馈给PLC控制器PLC控制器控制微波发生器的工作状态及变频电机的转速, 从而控制物料在设定的干燥工艺温度及湿度范围内进行干燥; 物料干燥达到工艺要求后, 从装卸料区域卸出物料, 干燥过程完成[6]。

2控制系统的设计

2. 1控制系统的组成

该微波干燥设备要完成装卸物料、物料干燥、工作台转动、温度和湿度监控等功能。为保证被干燥物料的品质, 必须对被干燥物料的温度和湿度进行有效的控制。图3为该微波干燥设备控制原理图。

干燥旋转工作台由三相异步电机通过齿轮驱动, 其转速可通过改变变频器的频率来进行调节。由于被干燥物料不同干燥时间段, 其干燥温度也需不同的干燥特性, 就要求干燥温度随着干燥时间不同而变化。考虑微波测温的特性, 该设备用红外测温仪与PLC组成测温监控系统来对被干燥物料的干燥温度进行检测与控制[7]。

2. 2 PLC选型

依据该微波干燥设备控制方案的要求, 及其输入8点、输出7点, PLC选择欧姆龙公司型号为CP1E - X20DR - A作为控制器。

2. 3 I / O地址的分配

依据PLC的输入、输出点数及控制要求, 该微波干燥设备I /O地址的分配如表1所示。

2. 4控制系统的功能

1) 时间设定: 控制系统上电后, 通过定时器的参数可对所需干燥时间进行1, 2, 3段干燥时间设定, 设定时间段1, 2时间到时, 给PLC发出开关量信号, 可分别对应不同的设定干燥温度; 时间段3到时, 给PLC发出开关量信号, 干燥过程结束。

2) 温度设定: 控制系统上电后, 通过温度仪表的参数可对干燥时所需温度进行设定, 温度超过设定温度时, 给PLC发出开关量信号。

3) 旋转工作台工作: PLC发出旋转工作台工作信号, 变频器开始 ( 正转) 控制端子得电, 电机旋转, 旋转工作台开始工作。

4) 微波发生器的开关: 在干燥过程中, 如果温度超过设定温度时, 给PLC发出开关量信号, PLC接到温超信号后, 断开1 ~ 8号第1组微波磁控管电路; 经过5s后, 温超信号没有取消, 继续断开9 ~ 18号第2组微波磁控管电路; 经过5s后, 温超信号还没有取消, 继续断开19 ~ 25号第3组微波磁控管电路, 直到温度低于设定的低温界限值时, 磁控管电路全部接通。如此循环。

5) 排湿扇的开关: 微波干燥设备开始工作时, 湿气靠排湿装置自身结构排气, 湿度达到设定限制时, 排湿扇2, 4号开始工作; 湿度达到设定上限时, 排湿扇1, 3, 5号也开始工作。如果湿度介于设定限制与上限值时, 排湿扇1, 3, 5号停止工作; 若湿度低于设定限制时, 排湿扇2, 4号也停止工作。

2. 5控制系统流程图

控制系统上电后, 首先设定干燥时间、干燥温度及干燥湿度, 按下开始按钮后, 设备开始工作; 干燥过程中, 控制系统在干燥过程中, 通过控制微波发生器开闭组数来控制温度, 并通过排湿扇开闭组数来控制湿度。其控制过程如图4所示[8]。

3结论

该圆环形微波干燥设备根据微波设备的工作特点, 控制系统采用了PLC加红外温控系统, 实现了装卸物料、微波干燥、转盘转动的自动化生产以及对被干燥物料温度的有效检测和控制; 对PLC控制器的I / O点数进行了分配, 并设计了PLC接线图及程序控制流程图。该干燥设备进行了模块化设计, 安装方便、 维修简单、占地面积小、投资小; 使用了功率组合技术, 加热更均匀, 清洁卫生、节能环保, 适合于现代化农副产品的干燥需求。

参考文献

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[7]张兆镗, 钟若青.微波加热技术基础[M].北京:电子工业出版社, 1988.

WHZ系列微波回转真空干燥机 第10篇

(1) 快速干燥:采用了微波加热对物料产生“体积加热”和“选择性加热”的效应, 使温度梯度、热传递与蒸汽压力方向一致, 干燥过程中湿分蒸汽的扩散阻力小。与常规干燥相比较, 干燥速度提高若干倍。

(2) 干燥均匀:微波加热是对物料整体的加热, 不至于产生局部过热而干燥不均匀, 再加上干燥过程中物料是不断运动着的, 使其接受到的微波能量比较均匀, 所以大大提高了物料的干燥质量。

(3) 低温干燥:一方面在真空状态下对物料干燥, 大大降低了溶媒的汽化温度;另一方面物料本身并不吸收微波能量 (即物料本身不被加热) , 所以在干燥过程中, 物料的温度不高, 并且可以控制, 对热敏性物料非常适用。

(4) 运用先进电子技术:物料温度的红外遥测和控制、物料在干燥过程中的动态显示、微波泄漏检测以及PLC控制等, 大大提高了该设备的性能。

(5) 收率高:干燥过程中, 物料不会散失, 其回收率极高, 几乎达100%, 特别对一些贵重的物料显得更为重要。

(6) 安全可靠:装有特殊的微波扼流装置和动密封结构。微波泄漏能严格控制在国家标准以下, 保证操作安全。

(7) 易清洗与占地小:内部结构无死角, 易清洗;同样产量相比, 其占地面积约为喷雾干燥器的1/10或更少。

常州市震华干燥设备有限公司 常州市科维机械制造有限公司

地址:江苏省常州市遥观镇钱家工业园邮编:213011联系人:张科 (13861213456)

巧微波大厨艺 第11篇

蜜汁鸡翅

用料：

◆鸡翅中500克◆鲜酱油15克◆老抽5克◆蚝油25克◆料酒15克◆白糖20克◆白胡椒粉适量◆姜15克◆盐、葱各少许

做法：

1.葱洗净切小段，生姜洗净切丝备用。鸡翅中洗净，两面分别用小刀划小口，放入碗中。2.将所有调味料(除葱外)放入鸡翅中，用手抓拌均匀，腌制15分钟。3.撒上适量葱，然后将腌好的鸡翅连同酱汁一起覆上微波薄膜，用牙签扎若干个小孔后放入微波炉中；用中火微波5分钟后拿出，将鸡翅翻面，再用高火微波3分钟即可。

Tips：酱汁腌制的时间可以依照个人口味，微波时需要多留一些酱汁以防烤焦，酱汁不够可加入适量高汤。

蒜香香干培根

用料：

◆青蒜2根◆香干200克◆培根150克◆孜然8克◆精盐4克◆生抽10克◆鸡精5克◆油15克

做法：

1.青蒜洗净切段，把切好的蒜白、蒜叶分开。2.香干洗净后切条；培根切小片备用。3.碗内放油，再放入蒜白、香干、孜然、精盐，覆上微波薄膜，用牙签扎若干个小孔后放入微波炉中，高火转2分钟后取出。4.放入生抽、鸡精、培根片、蒜叶，搅拌均匀后用高火转3分钟至熟，再用小火焖2分钟即可。Tips：蒜白和蒜叶分开微波可以保证入味且不过火候。微波黑椒薯片

用料：

◆土豆2个◆黑胡椒粉3克◆油20克◆盐少量

做法：

1.土豆去皮，洗净后切成均匀的薄片(尽量切薄，这样更脆)。再将土豆片倒在厨房纸上，吸干表面水分。2.将土豆片放入碗内，倒入黑胡椒粉、油、盐，用筷子一片片翻过，保证每一片都蘸上油和调料。3.放入微波炉用中高火转2分钟后取出翻面，再转2分钟，如此反复3次，直至土豆烤干变脆为止。

Tips：土豆要求尽量新鲜，这样做出的薯片才会香脆。土豆几乎是百搭的，放孜然粉、香辣粉、蒜蓉、香葱粉做出的薯片，片片都好吃。如果没有减肥之忧，加入奶油，香味更浓。另外也可举一反三地做出苹果片、香蕉片来。

甘美桂花虾

用料：

◆大虾300克◆鲜味酱油15克◆桂花酱15克◆米酒10克◆生粉少许◆油适量

做法：

1.将大虾洗净，去虾枪虾线，淋上米酒去腥，略腌备用。2.用适量油、鲜味酱油、桂花酱调成酱汁，然后加入少许生粉搅拌均匀。3.把大虾从米酒中捞出，放入调好的酱汁里充分浸泡腌制。4.覆上微波薄膜，用牙签扎若干个小孔后放入微波炉，用中火微波5分钟即可。

粮食干燥工艺及主要干燥设备介绍 第12篇

1 谷物的干燥工艺

谷物是热敏性物料, 干燥速度过快或参数选择不当容易产生品质损伤, 如水稻爆腰、玉米应力裂纹等。所以进行谷物干燥时, 不但要求有高的干燥速率, 而且要求有高的品质。因为每一种谷物的内部结构、外形、生理特点都不尽相同, 所以进行谷物干燥时要根据谷物的具体特点选择合适的干燥工艺。

1.1 烘干—缓苏干燥工艺

即先将谷物干燥一段时间, 蒸发一部分水分, 然后将谷物保温一段时间, 使谷物内部水分向外部扩散, 降低籽粒内部的水分梯度, 再进行下一次干燥的干燥工艺。该工艺可以提高谷物的品质, 但合理选择缓苏时间, 提高干燥机的生产率是该工艺的关键问题。

1.2 低温干燥工艺

为了保证谷物烘后品质, 减少损伤, 必须采用较低的介质温度, 泰国稻谷所用的热风温度一般均在50℃以下, 我国采用38～40℃的热风温度, 爆腰率增值小于2%。

1.3 低速干燥工艺

谷物干燥过快或冷却过快均易产生品质损伤, 但风温不同, 品质损伤与干燥速度的关系是有区别的。日本东京大学教授细川明对稻谷干燥品质进行了研究, 发现低温大风量和高温小风量比爆腰率的增值不多, 但在保证稻谷爆腰率增值小于3%的前提下低温大风量可以使干燥速度从1%/h提高到1.8%/h。总的来说, 为了保证谷物的干燥品质, 干燥速度不可太快。一般降水速率应控制在1.5%～2%以下。

1.4 高温短时干燥工艺

在谷物收获季节, 时间比较紧迫, 也可以考虑利用高温短时干燥工艺。高温短时干燥工艺就是采用较高的热风温度 (100℃以上) 短时处理高温谷物 (1 h以内) , 使谷物水分迅速降低5%～8%, 然后保温冷却的干燥工艺。这样处理的结果是谷物品质可能会有较大的下降, 但提高了干燥机的处理量, 赢得了时间, 减少了损失。

2 5HH系列谷物干燥机

在保证物料干燥后品质的基础上, 充分借鉴国内外干燥机的成功经验, 黑龙江省农副产品加工机械化研究所生产的5HH系列连续式谷物干燥机采用了组合式双向送风混流大风量干燥工艺, 经过多座粮库的使用, 干燥效果较理想, 能保证干燥后谷物的品质。其干燥工艺流程如图1所示:

(1) 在储粮段, 不同温度、湿度的原粮混合在一起, 让物料热量水份相互传递, 为后续的干燥降水创造有利条件, 此阶段时间较短。

(2) 在两个干燥段间设置了缓苏段, 此阶段停止加热, 但经过干燥段1的物料仍有较高热量, 仍然可以继续蒸发少许水份, 同时降低物料内外含水率梯度, 使物料的内外水分在缓苏段逐渐达到平衡, 避免物料长时间不间断的加热产生爆腰, 从而保证物料的干燥后品质并提高热效率。

(3) 干燥段1与干燥段2均采用角状管结构, 结构相同, 但改变进风方向, 从而保证干燥机两侧物料经受同样的风量和风压, 使之均匀干燥。

(4) 冷却段可以逐渐冷却物料, 避免干燥机内外温差太大, 产生爆腰, 影响物料品质。

(5) 在排粮段上方有清理段, 在原粮干燥前后便于清理排粮段上的杂物及维修保养, 同时也起到冷却段的作用。