第三节 辐射干燥设备

1、第四节第四节 辐射干燥机械设备辐射干燥机械设备除了前面提到加热干燥方法以外，食品工业还可利用红外线、微波、电阻加热等原理对食品进行加热干燥处理。其中远红外加热的应用最广，它的主要设备形式是用于焙烤行业的烤炉。目前，微波加热设备微波加热设备应用最多的是家用微波炉，但由于其独特的介电加热优点，工业化规模的微波设备具有良好的发展前景。一、一、微波加热设备微波加热设备二、二、远红外加热设备远红外加热设备微波干燥装置1、微波及微波加热的基本概念与原理2、微波及微波干燥的特点3、微波技术在食品工业中的应用（微波加热杀菌、微波提取、微波加热干燥、微波熟化等）4、微波干燥装置的组成5、微波加热防泄露措施6、微

2、波干燥装置的设计计算 1946年，斯潘瑟-美国雷声公司的研究员，一个偶然的机会，他发现微波溶化了糖果。事实证明，微波辐射能引起食物内部的分子振动，从而产生热量。1947年，第一台微波炉问世。 微波炉的心脏是磁控管。这个叫磁控管的电子管是个微波发生器，它能产生每秒钟振动频率为24.5亿次的微波。这种肉眼看不见的微波，能穿透食物达5cm深，并使食物中的水分子也随之运动，剧烈的运动产生了大量的热能，于是食物煮熟了。这就是微波炉加热的原理。 微波的特点微波的特点微波与无线电波、电视信号、通讯雷达、红外线、可见光等一样，都属电磁波电磁波，只是波长不相同。微波是频率在在300300兆赫到兆赫到300300

3、千兆赫的电千兆赫的电磁波（波长磁波（波长1 1米米1 1毫米）毫米）,通常用于电视、广播、通讯技术中。而近代把微波作为一种能源，又近代把微波作为一种能源，又拓展了一个分支技术，在工农业上进行加热、拓展了一个分支技术，在工农业上进行加热、干燥、杀菌、陈酿等；在化学工业中进行催化、干燥、杀菌、陈酿等；在化学工业中进行催化、萃取等化学反应和激发等离子体；萃取等化学反应和激发等离子体；家用微波炉的使用更标志微波技术的日趋成熟。 从低频无线电波、微波到可见光以至X射线、射线的整个电磁波谱，可以发现它们虽然都同属于电磁波，但随着频率的提高，不同波段的电磁波具有各自不同的性质。偶极子与极化的概念1、电介质极

4、化（电介质极化（polarization）:电介质插入电场后，由于同号电荷相斥、异号电荷相吸的结果，介质表面也会出现与各自贴近电极电荷相反的电荷分布，此即为极化现象，介质表面的电荷为极化电荷；2、有极分子与无极分子有极分子与无极分子：任何物质的分子或原子都由带相同正负电荷的电子和原子核组成，整个分子中的电荷代数和为0。在分子中正负电荷都不集中在一点，但在离开分子的距离比分子线度大得多的地方，分子中全部电荷对这些地方的影响将和一个单独的负点电荷等效，这个等效电荷的位置称为这个分子的负电荷“重心”，同样正电荷也存在类似的正电荷“重心”，在无外电场存在时，按正负电荷重心是否重合，把介质分为两类：正正

5、负电荷重心重合的电介质称为无极分子；不重合的就称负电荷重心重合的电介质称为无极分子；不重合的就称为有极分子；为有极分子；由于有极分子正负电荷重心的相互错开，形成一个电偶极距，所以有极分子又称为偶极子有极分子又称为偶极子；3 3、电场中电介质的极化有三种情况：、电场中电介质的极化有三种情况： 1）电子位移极化或光学极化电子位移极化或光学极化：无极分子处于外电场中时，在电场力作用下，本来处于重合中心的正负电何“重心”发生偏离，形成一个电偶极子，分子偶极距的方向与外电场方向一致，高频电场中只发生电子位移极化，高频电场中只发生电子位移极化，紫外线照射发生该极化现象；紫外线照射发生该极化现象； 2）原子

6、极化或红外极化（原子极化或红外极化（atomic polarizationatomic polarization）：构成分子的各原子或原子团在外电场作用下发生了偏离，而发生极化现象，各原子的偏移，是在像弹性振动下进行的； 3）取向极化或偶极子极化（取向极化或偶极子极化（orientation polarizationorientation polarization）：有极分子在无外电场存在时，所有分子的固有电矩矢量和会相互抵消，宏观上不表现电场，但当处于外电场中时，分子电矩就会转向外电场方向，虽然分子热运动会使这种转向不完全，但总体上会使介质在垂直与电场方向的两端产生极化电荷；4、松弛时间（松

7、弛时间（relaxation timerelaxation time）: :极化时，由非极化状态到极化状态总需要一段时间，此段时间即为松弛时间；松弛时间的倒数即为介质的特征频率；5、介电损耗：介电损耗：当电介质所处的电场的频率与其特征频率接近时，极化运动对处于外电场就会产生滞后，滞后程度与引起分子内的摩擦产热有关，把极化运动产生的热损耗称为介电损耗；把极化运动产生的热损耗称为介电损耗；l微波加热特点及频率n微波加热属于一种内部生热的加热方式，依靠微波段电磁波将能量传播到被加热物体内部，使物料整体同时升温。n由于电磁波的应用极为广泛和普及，特别是通信领域，为避免相互干扰，国际无线电管理委员会对频

8、率的划分作了具体规定。分给工业、科学和医学用的频率有433兆赫、915兆赫、2450兆赫、5800兆赫、22125兆赫，与通信频率分开使用。目前国内用于工目前国内用于工业加热的常用频率为业加热的常用频率为915915兆赫和兆赫和24502450兆赫。兆赫。微波频率与功率的选择可根据被加热材料的形状、材质、含水率的不同而定。= tan 表示极化对于电场变化的滞后角度，极化损耗角； tan为损耗正切或耗散因子； 介电常数是衡量极化程度的尺度；所谓热辐射，实际是加热物体放出的各种频率的电磁波被介质所谓热辐射，实际是加热物体放出的各种频率的电磁波被介质吸收，而产生热的现象；微波加热实际是由水分子等偶极

9、子随吸收，而产生热的现象；微波加热实际是由水分子等偶极子随电场方向变化而产生转动得到的分子内部摩擦热而产生的；电场方向变化而产生转动得到的分子内部摩擦热而产生的；远远红外线和红外线加热则是由原子振动产生的内摩擦所致；红外线和红外线加热则是由原子振动产生的内摩擦所致；微波加热过程微波加热过程电能电子运动能电磁波（微波）能分子极化分子动能摩擦能热能极性分子在未加外电场时，排列是杂乱无章的，对外不显极性，如图1之所示。在有外加电场时，极性分子带正电荷的一端趋向电场负极，带负电荷的一端趋向电场正极，从而形成一定顺序的排列,当外加反向电场时，极性分子则按相反方向有序排列，如图1与所示。若外加电场的极性反

10、复变化，极性分子便跟着进行上述摆动。在摆动过程中，各相邻极性分子间将发生摩擦而产生热量，使得介质发热。 由微波发生器产生的高频电磁波犹如反复变换极性的外加电场。如果将极性分子放到频率为2450MHz的交变电场中，电场方向每秒变化2.45亿次，则极性分子也随之摆动2.45亿次。在摆动中，极性分子之间互相摩擦，在很短的时间内产生足够的热量，从而加热食物。这就是微波加热的基本原理。微波场中不同介质的响应不同介质材料的介电常数不同介质材料的介电常数r和介质损耗角正切值和介质损耗角正切值tg是不是不同的同的，故其在微波电磁场作用下的热效应也不一样。由极性分子所组成的物质，能较好地吸收微波能由极性分子所组

11、成的物质，能较好地吸收微波能。水分子呈极强的极性，是吸收微波的最好介质（介电常数为介电常数为77，介质损耗为，介质损耗为11.5），所以凡含水分子的物质必定吸收微波。另一类由非极性分子组成，它们基本上不吸收非极性分子组成，它们基本上不吸收或很少吸收微波，这类物质有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚或很少吸收微波，这类物质有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜等、塑料制品和玻璃、陶瓷等，微波能透过乙烯、聚砜等、塑料制品和玻璃、陶瓷等，微波能透过，而它们不吸收微波（，而它们不吸收微波（聚乙烯的介电常数为聚乙烯的介电常数为2.3，介质损，介质损耗为耗为0.012）。）。这类材料可作为微波加热用的容器或支承物，或做密

12、封材料。 金属材料反射、折射电磁波，可以金属材料反射、折射电磁波，可以对电磁波进行传递。对电磁波进行传递。在微波电场中，介质吸收微波功率的大小P正比于频率f、电场强度E的平方、介电常数r 和介质损耗正切值tg。 即: P = 2fEP = 2fE2 2rVtgrVtgV -物料介质吸收微波的有效体积透射能力和加热深度问题透射能力和加热深度问题，什么叫穿透能力呢？穿透穿透能力能力就是电磁波穿入到介质内部的本领，电磁波从介质的表面进入并在其内部传播时，由于能量不断被吸收并转化为热能，它所携带的能量就随着深入介质表面的距离，以指数形式衰减。透射深度被定义为：透射深度被定义为：材材料内部功率密度为表面

13、能量密度的料内部功率密度为表面能量密度的1/e或或36.8%处算处算起的深度起的深度D，即 0D=-2rtg 从式中可看出，微波的加热深度比红外加热大得多微波的加热深度比红外加热大得多，因为微波的波长是红外波长的近千倍。红外加热只，因为微波的波长是红外波长的近千倍。红外加热只是表面加热，微波是深入内部加热。是表面加热，微波是深入内部加热。微波加热的优点微波加热的优点 (1) (1)加热速度快加热速度快。微波加热则属内部加热方式，电磁能直接作用于介质分子转换成热，且透射使介质内外同时受热，不需要热传导，故可在短时间内达到均匀加热。（2 2）均匀加热）均匀加热 微波加热时不论形状如何，微波都能均匀

14、渗透，产生热量，因此均匀性大大改善。(3)(3)节能高效节能高效 不同物料对微波有不同吸收率，含有水份的物质容易吸收微波能。玻璃、陶瓷、聚丙烯、聚乙玻璃、陶瓷、聚丙烯、聚乙烯、氟塑料等则很少吸收微波，金属将反射电波烯、氟塑料等则很少吸收微波，金属将反射电波，这些物质都不能被微波加热。不会存在余热和对周围环境加热而造成的热量损耗，工作场所的环境温度也不会因此而升高，生产环境明显改善。(4)(4)易于控制易于控制微波功率的控制是由开关、旋钮调节，即开即用，无热惯性，功率连续可调，易于自动化。不存在预热和余热现象； (5)(5)清洁卫生清洁卫生 对食品、药品等加工干燥时，微波热效应与生物效应能在较低

15、的温度下迅速杀虫灭菌，能最大限度的保持营养成分和原有色泽。 (6)(6)选择性加热选择性加热 不同性质的物料对微波的吸收损耗不同，即选择性加热的特点，这对干燥过程有利。因为水分子对微波的吸收损耗最大，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较低的部位，从而干燥速率趋一致。含水量较低的部位，从而干燥速率趋一致。 (7) (7)安全无害安全无害 通常微波能是在金属制成的封闭加热室、波道管内传输。先进的技术装备，采用先进设计，使进出料口、观察窗、炉门等处的微波泄漏严格控制在国家安全标准指标内，大大低于国家制定的安全标准，而且微波不属于放射性射线、又无有害气体排放，是

16、一种十分安全的加热技术。 微波加热干燥方法微波加热干燥方法与通常加热方法（如热空气、火焰、电热器、煤气炉、红外线、高频感应加热等）相比，具有许多特点。主要是：不需热量由表及里的传递，直接不需热量由表及里的传递，直接加热物体内部，且热场温度分布均匀；温度可瞬时控制加热物体内部，且热场温度分布均匀；温度可瞬时控制，准确控制加热时间；所需加热时间短；产品质量、产，准确控制加热时间；所需加热时间短；产品质量、产量及劳动生产率得到提高；适合生产过程自动化；无公量及劳动生产率得到提高；适合生产过程自动化；无公害、污染问题。害、污染问题。 美国美国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产。该机先用7182的热空气，在35分钟内将面条的含水量降至18%左右，然后采用微波加热，同时伴以温度为8090，湿度为1520%的热风对流。利用微波快速升温、由里向外蒸发水分的优点，用热风加速表面水分的蒸发，在12分钟内将含水量降至13%，最后进行冷却。该机比原设备节能该机比原设备节能25%25%，加工时间从加工时间从8 8小时缩短到小时缩短到1.51.5小时，小时，1 1小时加工通心面小时加工通心面40004000磅，产品细菌含量为原来磅，产品细菌含量为原来1/151/15。产品色泽、口味、口感都比传统方法好，目前大量投入使用。该机还可以干燥薯片、洋葱片

18、等 。 法国国际微波公司，设计了微波真空干燥速溶桔粉微波真空干燥速溶桔粉的膨化装置。真空室的直径为1.5m，长为12m。馈入2450MHz，48kw功率的微波，使用玻璃增强聚四氟乙烯传输带进行传送。它先将含有63%固形物的桔浆抽吸并涂布在宽1.2m的传送带上，堆高37mm，真空下输入微波能量，加热40分钟，可膨化到厚度80100mm，含水量20%的速溶桔粉，其产量58kg/h，年产220吨。产品不仅保持了桔汁原有的色香味，而且保留的Vc是喷雾干燥法不可能达到的。微波加热的缺点微波加热的缺点 微波加热的不均匀性，原因有：1、食品材料的不均质性即各部分组成、温度、状态不同，吸收微波能不同；2、微波

19、在加热过程中存在反射、穿透、折射、吸收等影响，使各部分产热不同；3、电场的尖角集中效应，食品不同曲率的表面产生棱角效应，即在电场有棱角的地方集中，有较大的电场强度，产热多、温升快，所以在微波加热中存在一些热点（hot spot）;水对微波的吸水对微波的吸收特性和微波收特性和微波频率的选择：频率的选择：自由水的在微波频率为17GHZ时最大，结合水的频率特性与自由水不同，在较低范围，所以选择最佳频率一最佳频率一般为食品物质般为食品物质各自极化松弛各自极化松弛时间的倒数，时间的倒数，特征频率附近特征频率附近； 微波食品加工技术是应用微波食品加工技术是应用: :微波对物质的电场作用来进行物料的加热、干

20、加热、干燥、灭菌、烧结、合成、萃取、催陈等的特殊燥、灭菌、烧结、合成、萃取、催陈等的特殊加工；加工； 1. 1.干燥的基本目的是为了除去物料中的水分； 2.灭菌的目的是限制微生物和酶引起的腐败； 3.催熟、调温等是根据加工的对象，利用微波的一些特殊效果（如催熟、调温和解冻）进行加工； 4.焙烤和膨化是利用微波所产生的较高温度直接达到加工的目的；应用于粉状、颗粒状、片状或胶体状等的食品、添加剂、调味品、药品、中草药材原料、营养保健品、农副土特产品、非油榨（或节油）方便面、面条、米粉、豆制品、牛肉干、肉脯、鱼干、茶叶、烟草等的干燥、杀菌；杏仁、桃仁、花生仁、板栗等的干燥脱皮、焙烤；休闲食品 、薯片

21、、土豆片、虾片、鱼肚等的膨化；口服液、酱菜、各种小包装食品的防霉、杀菌保鲜；冷冻鱼、肉禽的“回温”解冻；大豆干燥脱腥；1. 微波是频率从300MHz300GMHz的电磁波，其方向和大小随时间作周期性变化。微波与物料直接作用，将超高频电磁波转化为热能的过程即为微波加热过程。水是强烈吸收微波的物质，物料中的水分子是极性分子，在微波作用下，其极性取向随着外电磁场的变化而变化，2450MHz的微波可使水分子每秒运动2.45亿次，致使分子急剧磨擦、碰撞，使物料产生加热和膨化等一系列过程而达到微波加热目的。 微波加热干燥、杀菌机理微波加热干燥、杀菌机理2.微波杀菌是微波的热效应和生物效应共同作用的结果。微

22、微波杀菌是微波的热效应和生物效应共同作用的结果。微波对细菌的热效应波对细菌的热效应是使蛋白质变性，使细菌失去营养、繁殖和生存的条件而死亡；生物效应生物效应是微波电场改变细胞膜断面的电位分布，影响细胞周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，细菌因此营养不良，不能正常新陈代谢，细菌结构功能紊乱，生长发育受到抑制而死亡。此外，决定细菌正常生长和稳定遗传繁殖的核酸（RNA）和脱氧核糖酸（DNA），是由若干氢键紧密连接而成的卷曲形大分子。足够强的微波场可以导致氢键松驰、断裂和重组，从而诱发遗传基因突变，或染色体畸变，甚至断裂。微波灭菌正是利用了电磁场的热效应微波灭菌正是利用了电磁场的热效应和生物效

23、应共同对细菌的杀灭作用，因此，微波杀菌温度低和生物效应共同对细菌的杀灭作用，因此，微波杀菌温度低于常规方法，仅要于常规方法，仅要7070105105，时间约，时间约9090180s180s 1）微波萃取是高频电磁波穿透萃取媒质，到达被萃取物料的内部，微波能迅速转化为热能使细胞内部温度快速上升，当细胞内部压力超过细胞壁承受能力，细胞破裂，细胞内有效成分细胞破裂，细胞内有效成分自由流出，在较低的温度下溶解于萃取媒质自由流出，在较低的温度下溶解于萃取媒质再通过进一步过滤和分离，便获得萃取物料。在微波辐射作用下被萃取物料成分加速向萃取溶剂界面扩散，从而使萃取速率提高数倍，同时还降低了萃取温度，最大限度

24、保证萃取的质量。微波辅助萃取微波辅助萃取2 2）微波萃取优点）微波萃取优点传统热萃取是以热传导、热辐射等方式由外向里进行，而微波萃取是微波瞬间穿透物料里外同时加热进行萃取。传统热萃取相比，微波萃取的主要优点是：a、质量高，可有效地保护食品、药品以及其他化工物料中的功能成分；b、纯度高、萃取率高；c、对萃取物具有高选择性；d、速度快、省时，可节省50%-90%以上的时间；e、溶剂用量少（可较常规方法少50%-90%以上）；f、安全、节能，无污染，生产设备较简单，节省投资。3 3）微波萃取与其它萃取方法的比较）微波萃取与其它萃取方法的比较 微波萃取效率高、纯度高、能耗小、操作费用低，符合环境保护要

25、求。可广泛用于中草药、香料、保健食品、食品、化妆品、茶饮料、调味料、果胶、高粘度壳聚糖等行业。 目前在我国微波萃取已经用于多项中草药的浸取生产线之中，如葛根、茶叶、银杏等。微波萃取已列微波萃取已列为我国二十一世纪食品加工和中药制药现代化推广技为我国二十一世纪食品加工和中药制药现代化推广技术之一。术之一。某中药研究机构的科研工作者，已经用微波萃取方法处理上百种中药。无论是萃取速度、萃取效率还是萃取质量均比常规工艺优越得多。酒类催陈酒类催陈酿造的新酒都必须经过长期的贮存陈化，使之发生酿造的新酒都必须经过长期的贮存陈化，使之发生相应的理化反应，使酒精分子与水分子间形成大的相应的理化反应，使酒精分子与

26、水分子间形成大的分子缔合群，于是酒精分子受到束缚，活度下降，分子缔合群，于是酒精分子受到束缚，活度下降，达到消除暴辣味，使之绵软醇和达到消除暴辣味，使之绵软醇和，这就占用了大量厂房、容器，在很大程度上限制了资金周转，影响了经济效益。微波可与酒中的各种成分发生特殊作用，经过12 min的处理，即可达到自然存放36个月的效果，并保持产品的原有风格与特色，达到酒类老熟和催陈处理的目的，处理量每小时可达1500-2000Kg。老熟处理的酒类相当于存放六个月，且更加醇香可口、品味显著提高。缩短生产周期，提高生产效率。微波加热装置的组成及分类微波加热装置的组成及分类 微波能量是由微波发生器产生的，微波发生

27、器包括微微波发生器包括微波管和微波管电源两个部分。波管和微波管电源两个部分。其中微波管电源（简称电源或微波源）的作用是把常用的交流电能变成直流电能，为微波管的工作创造条件。微波管是微波发生器的核心，它将直流电能转变成微波能。 微波管有微波管有微波晶体管和微波电子管微波晶体管和微波电子管两大类两大类。 微波晶体管输出功率较小，一般用于测量和通讯等领域。 微波电子管种类很多，常用的有磁控管、速调管、行波管等。微波电子管种类很多，常用的有磁控管、速调管、行波管等。 由于磁控管的结构简单、效率高、工作电压低、电源简单和适应负载变化的能力强，因而特别适用于微波加热和微波能的其他应用。磁控管由于工作状态的

28、不同可分为脉冲磁控管和连续磁控管由于工作状态的不同可分为脉冲磁控管和连续波磁控管两类。波磁控管两类。微波加热设备主要工作于连续波状态，所以多用连续波磁控管。 磁控管磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件。实质上是一个置于恒定磁场中的二极管。管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得能量转变成微波能量，从而达到产生微波能的目的。 磁控管由磁控管由管芯和磁钢（或电磁铁）组成。管芯的结构包括阳极、管芯和磁钢（或电磁铁）组成。管芯的结构包括阳极、阴极、能量输出器和磁路系统等四部分阴极、能量输出器和磁路系统等四部分。管子内部保持高真空。管子内部保持高真空

29、状态状态 。磁控管磁控管通常有一个以高导电率无氧铜制成的阳极，一个发发射电子的阴极射电子的阴极，阳极同时是产生高频振荡的回路高频振荡的回路；当磁控管阴极与阳极之间存在着一定的直流电场时，从阴极发射的电子受阳极正电位加速而向阳极移动，移动速度正比于电压的1/2次方；由于空间存在着磁场，其方向与电场方向垂直，同时也与电子运动方向垂直。根据左手定则，从从阴极发射的电子将受到磁场作用，结果使电子偏离原来的阴极发射的电子将受到磁场作用，结果使电子偏离原来的方向呈圆周运动状态，在阴极上的谐振腔的作用下即产生方向呈圆周运动状态，在阴极上的谐振腔的作用下即产生所需的微波能；所需的微波能；调速管调速管结构比磁控

30、管复杂，效率低，但单管可获得大功率；由电子枪、谐振腔、输入、输出接头和收集极等组成；阳极阳极 是磁控管的主要组成之一，它与阴极与阴极一起构成电子与高频电磁场相互作用的空间一起构成电子与高频电磁场相互作用的空间。在恒定磁场和恒定电场的作用下，电子在此空间内完成能量转换的任务；磁控管的阳极谐振系统除能产生所需要的电磁振荡外，还能产生不同特性的多种电磁振荡。 “隔型带”来隔离干扰模式，隔型带把阳极翼片一个间隔一个地连接起来,以增加工作模式与相邻干扰模式之间的频率间隔。阴极及其引线，阴极及其引线，磁控管的阴极即电子的发射体,又是相互作用空间的一个组成部分。阴极的性能对管子的工作特性和寿命影响极大，被视

31、为整个管子的心脏整个管子的心脏。能量输出器能量输出器是把相互作用空间中所产生的微把相互作用空间中所产生的微波能输送到负载去的装置波能输送到负载去的装置。能量输出装置的作用是无损耗，无击穿地通过微波，保证管子的真空密封，同时还要做到便于与外部系统相连接。磁路系统磁路系统, , 磁控管的磁路系统就是产生恒定恒定磁场磁场的装置。磁路系统分永磁和电磁两大类。永磁系统一般用于小功率管永磁系统一般用于小功率管，磁钢与管芯牢固合为一体构成所谓包装式。大功率管多大功率管多用电磁铁产生磁场用电磁铁产生磁场，管芯和电磁铁配合使用，管芯内有上、下极靴，以固定磁隙的距离。磁控管工作时，可以很方便的靠靠改变磁场改变磁场

32、强度的大小，来调整输出功率和工作频率强度的大小，来调整输出功率和工作频率。 微波加热干燥设备的组成微波加热干燥设备的组成微波加热干燥设备微波加热干燥设备主要由微波电源、微波发生器（磁微波电源、微波发生器（磁控管）、连接波导、加热器、冷却系统、除湿系统、控管）、连接波导、加热器、冷却系统、除湿系统、防泄漏装置防泄漏装置等组成。微波加热干燥设备按被加热物和微波场的作用形式，可分为驻波场谐振腔加热器、行波场波导加热器、辐射驻波场谐振腔加热器、行波场波导加热器、辐射型加热器和慢波型加热器等型加热器和慢波型加热器等几大类；按其结构形式可分为：箱式、隧道式、平板式、弯曲波导式和直波导式箱式、隧道式、平板式

33、、弯曲波导式和直波导式等等，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、炉门与炉框具有良好的密封接触；2、三层密封垫的结构，减小门后板和炉前板之间的间隙g1，减少泄漏量；增加门后板和炉前板所接触的长度L,L越大则漏波越少；3、扼流结构 门与门框之间设置扼流结构，进一步抑制微波能的泄漏，在微波传导方向上，使微波传导的路线长度等于微波波长的1/4,使微波起驻波场，避免其进一步传导；4、在微波可能传出的部位设置电波吸收材料如：纯铁粒、石墨或水等，进一步减少微波的泄漏；5、炉门上的那块在观察窗方向唯一能够防止泄漏的金属网片-金属屏蔽网按国际电工委员会按国际电工委员会(IEC)(IE

34、C)的标准，微波泄漏应低于的标准，微波泄漏应低于5mw5mw平方厘米才是安全的。平方厘米才是安全的。美国电器安全标准委员会美国电器安全标准委员会(UL)(UL)的标准规定更严格，为的标准规定更严格，为1mw1mw平方厘米平方厘米炉内安装抗流槽、金属屏蔽网的基础上，特在腔体上部的边缘设计了回流槽（17、20升微波炉没有回流槽），即使在使用数年后也可有效的防止微波泄漏，门开关处安装了门开关处安装了连锁微动保护装置连锁微动保护装置，在炉门变形或门钩不复位的情况下，保证微波炉不会启动，及最外层的特种轻质防泄门板，使格兰仕微波炉的泄漏值只有国际标准的国际标准的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瓦日光灯的辐射量），使用时更安全可靠。炉门金属丝网的孔洞比微波波长小很多，因此它可以起到实体金属反射镜一样的作用。连续式微波加热装置微波加热功率计算微波加热功率计算影响微波加热效率的因素影响微波加热的因素有微波频率、电场强度、物料介微波频率、电场强度、物料介电常数、物料密度、物料比热和物料损耗角正切。电常数、物料密度、物料比热和物料损耗角正切。而其中物料的介电性质(r，tg）往又是频率的函数。1频率 从加热的角度看，频率越高，加热速度越快，因此可以通过在一定条件下提高频率来提高加热速度。但不是频率提高，对加热操作越有利，在进行微波加热时，

36、微波的穿透深度必须考虑。频率越高，波长便越短，其穿透深度便越小。2450MHz的加热速度比915MHz快，但915MHz的穿透深度比2450MHz寸对较厚的物料，要达到均匀加热，应选用较小的频率；对较薄的物料，可选用较高频率以提高加热速度。2、电场强度 即电场强度指标实际上是与微波加热器功率相关连的指标，功率大，场强大、加热速度快。 在食品加工中，加热速度不一定越快越好，加热操作后根据加工要求来进行。在微波加热器的设计中，应设计功率调节旋钮，以适应不同的加工要求。 3物料的介电性质 对不同的介质，一般有着不同的r和tg。水的r 和tg 的值比一般的介质大，因此在一般情况下，加工物料的含水量愈大

37、，其介质损耗也愈大。某些物料在温度上升时，介质损耗系数降低，这时就出现了所谓的自动平衡。微波加热具有这种自动平衡作用。4、物料的密度，物料密度越大，其升温速度慢。密度高的物料对微波吸收较差，且对微波有反射作用。5、物料的比热容 比热容小的物质温度升高速度快。食品是多组分物质，应按比例分数进行计算；二、远红外加热设备l远红外加热原理l远红外加热应用（一）远红外辐射元件（二）箱式远红外线烤炉（三）隧道式远红外线烤炉 红外线红外线的波长为0.75m0.75m1000m1000m，介于电磁波和可见光之间，以辐射的形式向外传播，由英国科学家霍胥尔于1800年发现。工业上，把0.75m1.5m波长的红外线

38、称为近红外线，把1.5m1000m波长的红外线称为远红外线。远红外线同可见光、紫外线、X射线等都属于电磁波，它们的传播速度一样，每秒钟可达30万公里。红外线的主要作用是热作用。红外线的物理性质红外线的物理性质在光谱中波长自0.760.76至至400400微米微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。所有高于绝对零度（所有高于绝对零度（273273）的物质都可以产生红外线）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。不同特性的物体发射的红外线特性（波长）不同，不同特性的红外线易为特性相同的物体所接收易为特性相同的物体所接收-即固体物质发射的红外线易被固体吸收。辐射热能的吸收能力与受热物体的表

39、面黑度成正比吸收能力与受热物体的表面黑度成正比；热能在高温下主要（90%）以辐射的形式传递，其辐射辐射强度与温度的四次方成正比。强度与温度的四次方成正比。大多数有机物和水等的吸收光谱，在2.5m25m范围内。当辐射源的波长与被加热物当辐射源的波长与被加热物的吸收波长一致时，该物质就易于吸收红外的吸收波长一致时，该物质就易于吸收红外线线。远红外线的波长正好在这个范围内。当热源温度在200727范围时，有80%以上的总辐射能集中在2.5m15m区间。超过15m，能量还有15 (200t)至4(600)，而250以上的辐射能则更少了。由此可见，远红外线的大部分能量易被物质吸收。物质的分子在吸收红外能

40、后，可使光子的能量完全转变成分子的振动即转动能量；也可使分子的转动能量发生改变。并且，振动光谱有一种加宽振动、转动的作用，能扩大以平衡位置为中心的振幅，加剧其内部的振动。由于电子的运动和分子的振动是处在极高的速度下，这种运动不断地使晶格、键团的振动在其相互间产生碰撞。这种运动状况的变化，犹如两种快速运转的物体加快了摩擦而发热升温，所以，其升温速度快。同时，红外辐射加热物品时，是按照红外辐射能穿透的部位，其温度往往比表面来得高。l远红外加热原理远红外加热原理远红外加热原理是当被加热物体中的固有振动频率和射入该物体的远红外线频率远红外线频率(波长在5.6m附近)一致时，就会产生强烈的共振，使物体中

41、的分子运动加剧，因而温度迅使物体中的分子运动加剧，因而温度迅速升高速升高。多数食品物料，尤其是其中的水分具有良好的吸收远红外线的能力。利用远红外加热技术提高加热效率，重要的是要提高被加热物料对辐射线的吸收能力，使其提高被加热物料对辐射线的吸收能力，使其分子振动波长与远红外光谱的波长相匹配分子振动波长与远红外光谱的波长相匹配。因此，必须根据被加热物的要求来选择合适的辐射元件，同时还应采用不同的选择性辐射涂层采用不同的选择性辐射涂层材料，并要改善加热体的表面状况材料，并要改善加热体的表面状况。 远红外加热与传统的蒸汽、热风和电阻等加热方法相比，具有节能、加热升温快，无污染，热效率高等特点。用它代替

42、电加热，其节电效果尤其显著，一般可节电30%左右，个别场合甚至可达60%70%。l远红外加热应用远红外加热应用目前，红外线加热设备主要应用于烘烤工艺，此外也可用于干燥、杀菌和解冻等操作。由于食品物料的形态各异，且加热要求也不同，因此，远红外加热设备也有不同形式。总体上，远红外加热设备可分为两大类，即箱式的远红外烤炉箱式的远红外烤炉和隧道式远隧道式远红外炉红外炉。不论是箱式的还是隧道式的加热设备，其关键部件是远红外发热元件远红外发热元件。（一）远红外辐射元件l概述1碳化硅红外加热元件2金属管状红外加热元件3SHQ乳白石英远红外加热元件l概述n远红外辐射元件，是远红外加热设备中利用其它能源利用其它

43、能源( (如电能、燃如电能、燃烧能烧能) )换成辐射热能的关键元件换成辐射热能的关键元件。n远红外加热元件加上定向辐射等装置后称为远红外加热器或远红外辐射器。其结构主要由发热元件、远红外辐射体、紧固件或反射发热元件、远红外辐射体、紧固件或反射装置等构成。装置等构成。n发热元件一般是电阻发热体，它把电能转变成热能发热元件一般是电阻发热体，它把电能转变成热能。虽然也可以利用燃烧煤、燃气的发热体或利用蒸汽加热的发热体，但因卫生条件和控制方面的原因，目前应用的均不多。n远红外辐射体是受到加热后放出远红外射线的物体远红外辐射体是受到加热后放出远红外射线的物体。食品远红外烤炉中常用的远红外辐射体按形状分有

44、板状与管状两种；按辐射体材料分主要有以金属为依附的红外涂料、碳化硅元件和红外涂料、碳化硅元件和SHQSHQ元件元件等。1.碳化硅红外加热元件l光谱特性曲线l管状碳化硅红外加热元件l碳化硅板式辐射器食品工厂机械与设备第七章 热交换热处理机械与设备l管状碳化硅红外加热元件如图7.44所示，碳化硅材料的红外辐射元件可以做成管状。主要由电热丝及接线件、碳化硅管基体及辐射涂层等构成。因碳化硅不导电，因此不需充填绝缘介质。l碳化硅板式辐射器碳化硅红外元件也可以做成板状，如图7.45所示。其基体为碳化硅，表面涂以远红外辐射涂料。l光谱特性曲线碳化硅是一种良好的远红外辐射材料碳化硅是一种良好的远红外辐射材料。碳化硅的辐射光谱特性曲线如图7.43所示。在远红外波段及中红外波段，碳化硅具有很高的辐射率。碳化硅的远红外辐射特性和糕点的主要成分(如面粉、糖、食用油、水等)的远红外吸收光谱特性相匹配，加热效果好。2金属管状红外加热元件l这种远红外加热元件的基体为钢管，管