粉體干燥-造粒-微波加熱干燥新工藝路線的探討（2）
5. 微波加熱干燥的工業(yè)應(yīng)用
微波加熱在20世紀(jì)70年代我國電子工業(yè)下屬單位成立了微波應(yīng)用研究所，推廣微波加熱技術(shù)。一些軍工企業(yè)研制成功5kw、10kw、20kw磁控管、調(diào)速管，試制20kw、40kw工業(yè)微波爐，在木材、食品、醫(yī)藥、化工、陶瓷等工業(yè)部門應(yīng)用，獲得較高經(jīng)濟效益。
（1）食品的微波速效干燥
用微波加熱的方法將蔬菜干燥為含水量低于20%的“干菜”，比傳統(tǒng)方法效率高10多倍。用微波加熱干燥海藻類食品，其鮮味與新鮮的海藻差別很少。油炸類食品用微波進(jìn)行最終干燥，不僅省油，還可得到含油率低的清淡味美的食品，如方便面等食品。
（2）食品、果品的微波膨化干燥
以蛋白質(zhì)為主的原料加入淀粉類強化劑、鹽、調(diào)味品和膨脹劑等混含攪拌、成型、預(yù)干燥，再用微波加熱，產(chǎn)生二氧化碳和水蒸汽獲得質(zhì)地松散的食品。蘋果切成片，經(jīng)預(yù)干燥（水分由92%干至含水20%），后用微波加熱干燥，再急冷，則得到與鮮蘋果一樣鮮味的蘋果脆。
（1）肉類的微波烹調(diào)加工
用微波加熱烹調(diào)肉類，平均節(jié)能63%，肉類的營養(yǎng)成分不受影響。如用2450MHz頻率的2.2kw的微波烤爐烤肉僅需2.8min，肉骨頭能反射微波，故肉的內(nèi)部易熟透。
（2）食品微波殺菌保鮮
我國城鎮(zhèn)居民80%的家庭擁有家用微波爐，很少人知道剩飯剩菜用微波爐加熱1~2min，一般雜菌就會殺死。
（3）藥材微波加熱干燥滅菌
中草藥是中國的國寶，但不論是飲片還是水丸、蜜丸，因為其雜菌含量較多，故出口換外匯受到限制。大家知道中藥材都是植物的根、莖、葉。采摘后經(jīng)太陽曬，水洗用舊式烘房烘干，故雜菌數(shù)量較高，每克達(dá)5萬至10萬。中藥廠用鈷60照射雜菌量下降到1萬左右。用微波加熱干燥，不僅時間縮短很多（如蜜丸舊式烘房需6h，而微波連續(xù)干燥僅需22min），而且含菌數(shù)降低一個數(shù)量級（1萬個菌可降低至1千個左右），中藥成分不受任何影響。丸藥色澤好，收縮率小，特別是草藥。
（4）微波加熱干燥陶瓷胚體
采用微波二級連續(xù)干燥陶瓷坯體，干燥時間比舊法縮短2/3（由1.5h降至0.5h），而且陶瓷坯體各部濕分含量均勻，表面無麻皺。上釉、燒制成品率高、品質(zhì)好。
（5）微波加熱干燥木材
南京某高新企業(yè)為東北木材企業(yè)提供很多臺套微波加熱干燥設(shè)備，用915MHz，60kw隧道式微波干燥器對紅木、樺木等進(jìn)行加熱干燥，獲得十分可喜的效果。
（6）染料、聚合物等物料的干燥領(lǐng)域里，微波加熱干燥技術(shù)大有用武之地
據(jù)資料分析，有些染料及其助劑在干燥過程中環(huán)境保護(hù)成為突出的問題，這類物料粒度較小（<100μm）且?guī)в絮r明的色彩，即使很少量的粉塵飛揚，對環(huán)境也會造成明顯的污染，所以對干燥過程排氣中粉塵收集要十分細(xì)致，一般需要二級收塵，而第二級往往采用袋濾器或濕式洗滌式除塵器，洗滌水要循環(huán)使用，不用直接排放，否則會對環(huán)境造成二次污染。如果采用前期預(yù)干燥（控制含水量在15%左右）進(jìn)行造粒（顆粒直徑按商品粒度），再對顆粒染料進(jìn)行微波加熱干燥，可以得到均勻干燥產(chǎn)品，并且可以提高色澤、溶解度、擴散性和吸附性等物理性能。因為微波加熱干燥能嚴(yán)格控制干燥溫度和時間，從而得到商品所需要的晶型體。
6. 微波加熱干燥器
微波加熱干燥器，主要由微波源控制柜、諧振腔（干燥室）、傳動裝置、排濕風(fēng)機等組成。可以間隙或連續(xù)對各種形態(tài)的物料進(jìn)行加熱干燥。微波源可用大功率調(diào)速管，磁控管（5kw 、10kw、20kw）或小功率微波管（1kw、2kw）。采用多源饋能的方式，不論是大功率還是小功率的微波管都能設(shè)計制造出大功率的微波干燥器，如用2只20kw磁控管從兩個耦合孔向干燥室饋送微波能，則得到40kw 的干燥器。如20只2kw的微波管分20個耦合孔向干燥室饋能，也可以得40kw的微波加熱干燥器，這兩種方法獲得大功率干燥器，各有優(yōu)點缺點，但采用小功率管多口饋能有如下優(yōu)勢：小功率管價格低，易于維修，單管受損可以不停機更換。
微波加熱干燥器的干燥室（或稱微波諧振腔）可做成各種型式，主要有多模微波爐（矩形，圓型駐波腔）、單模諧振腔、行波型等三種。視被加熱干燥物料的形狀而設(shè)計不同型式干燥室，如絲狀、纖維、紙可用行波腔，電磁波在加熱器直行傳播或曲折傳播，平板型，V型波導(dǎo)，脊弓型波導(dǎo)等。粉狀、膏狀、顆粒等物料的干燥室可設(shè)計成箱式、隧道式微波干燥器，不論何種微波腔，均是用其固有的品質(zhì)數(shù)來衡量其優(yōu)勢。
通過后特性
式中V為腔內(nèi)體積，m3；S腔內(nèi)表面積m2；δ，趨膚深度，m，δ= /πfμσ，μ磁導(dǎo)率，H/m。該式告訴我們可以根據(jù)諧振腔所用材料、形狀、尺寸來估算它的Qo值。Qo是衡量腔體損耗的基本參量，另一參數(shù)諧振頻率fo是腔體諧振特性的基本參量。特性阻抗ξo是衡量腔體內(nèi)某參考面上電場強度的基本參量。
這里要強調(diào)的是fo、Qo、ξo都是對一定的振蕩模式而言的，不同的模式其基本參量的數(shù)值一般是不同的。諧振腔需金屬導(dǎo)體材料，如不銹鋼、鋁等。
傳動裝置在微波加熱干燥器中的作用，主要輸送物料進(jìn)出干燥室，如傳送帶，介質(zhì)筒等，都需用絕緣體材料制作，如，聚四氟乙稀、石英玻璃、95瓷等。
微波加熱干燥器在物料進(jìn)入和排出干燥室的進(jìn)出口處設(shè)置軛流器微波泄露，泄露量要低于2mw/cm2。
總之，微波加熱干燥裝置體積小、結(jié)構(gòu)簡單、效率高、操作維護(hù)方便。為什么微波加熱干燥器一次性投資較高呢？主要是微波源投資大，如5kw的微波源及控制柜需（3~5）萬元，10kw的需（5~7）萬元。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，小功率微波源會實現(xiàn)產(chǎn)量大，制作工藝先進(jìn)，價格降低且效率高、壽命長的目的。用小功率微波管多源饋能的微波加熱干燥器價格會合理下降。
7. 結(jié)論
本文對粉體處理提出了新的工藝路線，即粉體前期預(yù)干燥，終濕含量控制在10%~15%——再對這種松散濕物料進(jìn)行輥壓造粒——對顆粒物料用微波加熱方法進(jìn)行干燥。通過全文分析這條工藝路線有如下特點：
（1）整個工藝過程沒有嚴(yán)重的粉塵飛揚和污染環(huán)境。
（2）干燥速率高，前期干燥除去的濕分是自由水，干燥處于恒速干燥階段，即外部因素控制的干燥階段。故只需改變外部可變量，如熱空氣用量，介質(zhì)溫度，強傳熱等便可加速干燥（當(dāng)然要防止物料出現(xiàn)缺陷）。后期顆粒干燥用微波加熱方法，物料顆粒內(nèi)與表面同時生熱，內(nèi)部濕分汽化形成壓力梯度，促使內(nèi)部濕分向表面遷移，加速干燥，雖然過程受內(nèi)部條件控制，微波加熱的特點改變了傳熱傳質(zhì)動力學(xué)條件，即物料內(nèi)部水分在壓力梯度和正的溫度梯度、濕度梯度共同推動下，迅速向表面遷移，并向空氣中傳遞，被排濕風(fēng)機排出。
（3）節(jié)能、松散的濕物料用輥壓機造粒，易成粒，顆粒均勻，強度高，耗能低。前期干燥和后期干燥方法科學(xué)合理,能量得到高效利用。
（4）干燥—造粒—干燥可安排一條龍生產(chǎn)，便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)和管理。建議國家有關(guān)單位考慮推廣應(yīng)用。