微波转筒干燥研究

◎陈敬举，谢建松，肖彦民

（中粮工程科技（郑州）有限公司，河南　郑州　450053）

微波转筒干燥研究

◎陈敬举，谢建松，肖彦民

（中粮工程科技（郑州）有限公司，河南郑州450053）

微波干燥以其干燥速度快、干燥时间短等独特的干燥特点，成为目前干燥研究的热点。但其唯一的不足是干燥的不均匀性。在本文中，将微波干燥与转筒干燥相结合，利用转筒的转动可克服微波干燥的不均匀性，同时，可充分发挥微波干燥速度快，转筒干燥处理量大等优点。

微波干燥；转筒；均匀性

微波干燥具有干燥速度快，干燥时间短，干燥设备紧凑以及环保等优点，但微波加热的最大缺点是加热不均匀。

回转圆筒干燥器是一种既受高温加热又兼输送的设备，可以处理大量的物料，在食品、化工、冶金、建材等行业都有广泛的应用。转筒干燥与其他干燥设备相比，生产能力大，可连续操作；结构简单，操作方便；故障少，维修费用低；适用范围广，流体阻力小，适用于颗粒状物料的干燥，对于那些附着性大的物料也很有利；操作弹性大，生产上允许产品的流量有较大波动范围，不会影响产品的质量；清扫容易。缺点是在进行干燥操作时热损失较大，热效率低。

本文将微波与转筒干燥相结合，一可以利用微波干燥与转筒干燥的优点，二可以克服二者的缺点。通过转筒的转动使得物料处于一种随机运动状态，通过改变物料的位置可以改善物料对微波能的吸收，提高微波加热的均匀性。

王瑞芳等［1］研究了微波转筒干燥器的均匀性，实验结果显示微波转筒干燥大大优于静止及转盘微波干燥的均匀性。同时，利用微波干燥速度快的优点可提高转筒的热效率。

1　研究内容

在青豌豆的微波转筒干燥过程中，用单一的微波作为加热源，发现在干燥的前期，由于蒸发的水分不能被及时排除，在转筒壁面凝结成水滴，从而影响干燥过程，同时，干燥后的产品品质比较差。本实验通过通以一定条件的热风，研究在微波转筒干燥过程中，热风对干燥过程及干燥产品品质的影响。

2　微波转筒干燥中通气的实验研究

2.1热风转筒干燥与微波热风转筒干燥的比较

在一定的通风条件下（通风温度T=50℃，通风速度v=1.5 m/s），微波功率P=126 W，湿物料质量m=100 g，图1比较了热风转筒干燥与微波热风转筒干燥的干燥速率。图1中可见，微波热风干燥速率大约是热风干燥速率的3倍，微波的加入大大提高了干燥速率，节约了干燥时间。这主要是由于微波干燥过程中，温度梯度、压力梯度与水分的迁移方向均一致，形成了由内向外的干燥特点，从而大大改善了干燥过程，而热风干燥中，由于物料外层首先被加热，其温度梯度与水分的迁移方向相反，而且在干燥中，物料表皮容易形成硬壳，阻碍内部水分向外迁移，因此，热风干燥速度较慢。

图1　热风与微波干燥速率的比较图

2.2通风温度的影响

取微波功率P=252 w，湿物料质量m=200 g，转筒转速n=15 r/min，通风速度v=1 m/s，图2比较了通风温度分别为30℃，50℃，70℃时以及与单一微波干燥时其湿含量降低率与时间的变化曲线。图中所示，在干燥前期，随着通风温度的升高，湿含量的降低率增大，表明干燥速率加快；当进入降速干燥阶段，干燥速率不再随着热风温度的变化而变化，在降速阶段热风温度对干燥速率基本没有影响。

图2　热风温度对干燥速率的影响图

2.3通风速度的影响

图3比较了相同微波功率质量比（P/m=252 W/200 g），相同转速（n=15 r/min），相同通风温度（T=50℃）的条件下，不同通风速度（v=1 m/s，1.5 m/s，2 m/s）及单一微波干燥对湿含量降低率的影响。图中可见，在干燥的前期，通风速度越大，干燥速率越快；当进入降速阶段，通风速度对干燥的影响甚微。

图3　热风速度对干燥速率的影响图

2.4变换微波功率的影响

由图1可知，加入微波后，干燥速率可提高3倍左右。因此，在青豌豆的微波热风转筒干燥过程中，青豌豆的干燥速率主要取决于微波功率。在提高干燥速率的同时，必须保证产品的品质。单一微波干燥时，其产品品质最差，通风之后，对产品品质有所改善，但在干燥的末期，豌豆内部有微熟现象。这主要是由于在降速干燥阶段，单一微波干燥的失水率太高，而且在干燥末期，功率/质量比太大，过多的微波能吸收使得豌豆内部温度过高而造成。因此，控制降速阶段的失水率非常必要。

图4比较了单一功率与变换功率对干燥速率的影响。功率的变换点主要选择在25分钟进入降速阶段时，微波功率由252 W变换为126 W。由于在降速阶段，微波功率减小，因此其干燥速率明显降低，失水率减小。但变换功率后的色泽也是最好的，颜色鲜绿，接近于干燥前的新鲜豌豆，豌豆内部没有熟的现象。其主要原因是在降速阶段降低微波功率实际上控制了降速阶段的失水率和物料内部的温度。虽然变换功率后，干燥时间加长，但总的能耗却是降低的。

图4　变换功率对干燥速率的影响图

3　结论

在青豌豆的微波转筒干燥研究中，通以一定条件的热风可提高干燥速率，改善产品品质。通风温度与速度对干燥前期影响较大，随着通风温度的升高和通风速度的加大，干燥速率加大；但进入降速干燥阶段，通风温度与速度的变化对干燥速率的影响甚微。这主要是由于干燥前期去除的主要是自由水分，空气的温度、流速影响其传质过程；但在降速阶段，传质过程主要取决于物料内部扩散过程，其受空气温度与流速的影响很小。

通风温度与速度对产品的品质都有影响。在微波转筒干燥中通以一定条件的热风可改善产品的品质。随着通风温度的升高，干制品的色泽却变差；随着通风速度的提高，干制品的色泽变好。但通风对产品品质的改善程度有限，严格控制干燥末期的失水率和物料内部的温度对于保证产品品质非常重要。通过在整个干燥过程中，变换微波功率可大大提高产品的品质，一般在进入降速阶段，降低微波功率以减少物料对微波能的吸收，从而降低物料内部温度，保证产品品质。

［1］王瑞芳，李占勇.水平转盘与转筒微波干燥均匀性的实验研究［J］.天津科技大学学报，2009，24（4）.

Investigation of MICROWAVE-ROTARY-DRUM DRYING

Chen Jingju，Xie Jiansong，Xiao Yanmin
（COFCO Engineering&Technology（Zhengzhou）Co.，Ltd. Zhengzhou 450053，China）

Microwave drying has been the hot point of present study due to its high dryingspeedandshortdryingtime.Butthereisstillonedeficiency，say，drying non-uniformity.In this project，microwave drying is combined with rotary drum，which could not only void the drying non-uniformity，but also use the high speed of microwave drying and large handling capacity of rotary drum.

microwave drying；rotary drum；uniformity

S226.6

2015-11-03

陈敬举（1986-），男，工程师；专业方向粮食干燥技术和设备。