微波干燥的基本原理
1.1 微波加热原理
微波是指波长为1mm~1 m,频率为3.0×102~3.0×105MHz,具有穿透性的电磁波,常用的微波频率为915 MHz和2 450 MHz。微波发生器的磁控管接受电源功率而产生微波功率,通过波导输送到微波加热器,需要加热的物料在微波场的作用下被加热。微波加热利用的是介质损耗的原理,而且水的损耗因数比干物质大的多,电磁场释放能量的绝大部分被物料中的水分吸收。一般情况下,被干物料中的水分由于布朗运动,分子的排列杂乱无章并迅速变化,极性相互抵消,宏观上不呈现极性。而被置于微波发生器产生的电场中时,微波场以每秒几亿次的高速周期性地改变外加电场的方向,使介质的极性水分子迅速摆动,产生显著的热效应,从而使物料内部和表面的温度同时迅速升高。
1.2 微波干燥机理分析
微波加热造就物料体热源的存在,改变了常规加热干燥过程中某些迁移势和迁移势梯度的方向,形成了微波干燥的独特机理。由于物料中的水分介质损耗较大,能大量吸收微波能并转化为热能,因此物料的升温和蒸发是在整个物体中同时进行的。在物料表面,由于蒸发冷却的缘故,使物料表面温度略低于里面的温度,同时由于物料内部产生热量,一直与内部整齐迅速产生,形成压力梯度。如果物料的初始含水率很高,物料内部温度蒸汽压非常快地升高,则水分可能在压力梯度的作用下排除。初始含水率越高,压力梯度对水分的影响越大,即有一种“泵”效应,可加快干燥速度。由此可见,微波干燥过程含水率梯度、传热和蒸汽压力迁移动力的存在,使微波干燥呈现由内向外的特点,即对物料整体而言,将使物料内层首先干燥,就克服了在常规干燥中因物料表面首先干燥而形成硬壳板结阻碍内部水分继续向外移动的问题。
1.3 微波加热的特点
1.3.1 微波加热的即时性
用微波加热介质物料时,加热非常迅速。只要有微波辐射,物料即刻得到加热。反之,物料就得不到微波能量而立即停止加热,它能使物料在瞬间得到或失去热量来源。表现出对物料加热的无惰性。根据德拜理论,极性分子在极化驰豫过程中的驰豫时间τ与外加交变电磁场极性改变的角频率ω有关,在
1.1 微波加热原理
微波是指波长为1mm~1 m,频率为3.0×102~3.0×105MHz,具有穿透性的电磁波,常用的微波频率为915 MHz和2 450 MHz。微波发生器的磁控管接受电源功率而产生微波功率,通过波导输送到微波加热器,需要加热的物料在微波场的作用下被加热。微波加热利用的是介质损耗的原理,而且水的损耗因数比干物质大的多,电磁场释放能量的绝大部分被物料中的水分吸收。一般情况下,被干物料中的水分由于布朗运动,分子的排列杂乱无章并迅速变化,极性相互抵消,宏观上不呈现极性。而被置于微波发生器产生的电场中时,微波场以每秒几亿次的高速周期性地改变外加电场的方向,使介质的极性水分子迅速摆动,产生显著的热效应,从而使物料内部和表面的温度同时迅速升高。
1.2 微波干燥机理分析
微波加热造就物料体热源的存在,改变了常规加热干燥过程中某些迁移势和迁移势梯度的方向,形成了微波干燥的独特机理。由于物料中的水分介质损耗较大,能大量吸收微波能并转化为热能,因此物料的升温和蒸发是在整个物体中同时进行的。在物料表面,由于蒸发冷却的缘故,使物料表面温度略低于里面的温度,同时由于物料内部产生热量,一直与内部整齐迅速产生,形成压力梯度。如果物料的初始含水率很高,物料内部温度蒸汽压非常快地升高,则水分可能在压力梯度的作用下排除。初始含水率越高,压力梯度对水分的影响越大,即有一种“泵”效应,可加快干燥速度。由此可见,微波干燥过程含水率梯度、传热和蒸汽压力迁移动力的存在,使微波干燥呈现由内向外的特点,即对物料整体而言,将使物料内层首先干燥,就克服了在常规干燥中因物料表面首先干燥而形成硬壳板结阻碍内部水分继续向外移动的问题。
1.3 微波加热的特点
1.3.1 微波加热的即时性
用微波加热介质物料时,加热非常迅速。只要有微波辐射,物料即刻得到加热。反之,物料就得不到微波能量而立即停止加热,它能使物料在瞬间得到或失去热量来源。表现出对物料加热的无惰性。根据德拜理论,极性分子在极化驰豫过程中的驰豫时间τ与外加交变电磁场极性改变的角频率ω有关,在
