在真空條件下，物料內(nèi)部水分在低溫狀態(tài)下就可以很快蒸發(fā)，達到低溫干燥的目的。微波真空干燥在果蔬、水產(chǎn)品、谷物等食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用研究得到廣泛關(guān)注。工業(yè)使用的微波干燥設(shè)備仍以常壓隧道式微波設(shè)備為主， 微波真空干燥設(shè)備仍處于微型小試和間歇式設(shè)備階段。本文設(shè)計三層連續(xù)微波真空干燥設(shè)備，采用三層往復(fù)輸送結(jié)構(gòu)，使物料在干燥過程中呈“準動態(tài)”狀態(tài)，可多次翻轉(zhuǎn)、移位。使物料干燥均勻度得到了很大的提高。

  1 三層連續(xù)微波真空干燥設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

  1.1 主要結(jié)構(gòu)

  三層連續(xù)微波真空干燥設(shè)備是由微波系統(tǒng)、微波真空干燥室、微波抑制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、真空抽氣抽濕系統(tǒng)、設(shè)備支架、進出料系統(tǒng)等部件組成。在干燥過程中，采用三層連續(xù)式的PP網(wǎng)帶結(jié)構(gòu)，為防止落料，在網(wǎng)帶兩側(cè)增加擋邊，使得物料干燥更均勻、。該設(shè)備示意圖參見圖1。

  圖1 三層連續(xù)微波真空干燥設(shè)備示意圖

  其工作過程：第1步，啟動真空泵，使真空干燥室內(nèi)產(chǎn)生一定的真空度，并通過真空截止閥來維持干燥室內(nèi)的真空度。第二步，物料通過雙真空進料系統(tǒng)由進料口進入微波真空干燥室，此時啟動微波源，物料開始進行微波真空干燥加工，物料傳輸系統(tǒng)物料在微波真空干燥室內(nèi)以一定的速度勻速前進，同時，在各層間呈“S”形運動，對物料形成翻轉(zhuǎn)，使得物料能更加均勻地接受到微波能，物料干燥過程結(jié)束后由雙級真空出料系統(tǒng)出料，物料進入下一工序。

  1.2 關(guān)鍵技術(shù)

  (1)微波真空干燥室設(shè)計

  耦合口是微波真空干燥室與微波傳輸系統(tǒng)的連接處，是場強比較集中的地方，經(jīng)常出現(xiàn)氣體擊穿、打火和拉弧放電現(xiàn)象。采用微波源多饋入口輸入方式，即用多個微波源輸入，每個微波源通過各自的耦合口把微波能輸入到干燥室內(nèi)，進一步降低耦合口的場強，該饋入方式同時提高了干燥室內(nèi)微波場分布的均勻性。

  適當選擇耦合口的位置，使激勵場取不相干的極化方向，這樣可將微波源相互耦合減至小。干燥室內(nèi)計算出的模式數(shù)，只用于腔內(nèi)可能存在的模式數(shù)，其能否被激發(fā)，要取決于波導(dǎo)口的耦合情況，如果耦合情況好，就能得到這些模式;如果耦合不當，就會使一些模式得不到激發(fā)而不存在，這些未得到激發(fā)的模式稱為禁戒模式。發(fā)生禁戒模式的條件是激勵口與該模式場的時空對稱性相反(即一個對稱，另一個反對稱)，因此在設(shè)計三層連續(xù)微波真空干燥設(shè)備波導(dǎo)口方位時，就考慮波導(dǎo)口處在需要激發(fā)的模式強場區(qū)和可能存在的寄生模式的弱場區(qū)。

  選擇在圓柱腔壁上不同方位開饋入口，有利于腔體內(nèi)模式的耦合和使腔內(nèi)場均勻分布，具體見圖2。

  圖2 耦合口方位展開圖及截面圖

  (2)進出料裝置的設(shè)計

  為物料的連續(xù)進出，采用雙級真空擋板閥裝置。該裝置由進料斗、緩沖倉、上真空擋板閥、暫存?zhèn)}、下真空擋板閥、接口等部分組成。同時，在進料端輔以電磁布料裝置，使物料均勻分布于傳送帶上。其動作過程為，初始狀態(tài)上、下真空擋板閥均閉合，物料經(jīng)進料斗進入緩沖倉，達到一定質(zhì)量后，上真空擋板閥首先打開，物料進入緩沖倉，然后上真空擋板閥關(guān)閉，下真空擋板閥打開，物料經(jīng)接口進入設(shè)備內(nèi)部，下真空擋板閥關(guān)閉，完成一動作循環(huán)，準備進入下一循環(huán)。輔助的布料裝置，了間隙時間內(nèi)，物料的連續(xù)性。真空擋板閥采用電動控制，同時擋板上嵌有食品級硅橡膠密封材料用以真空密封，接口處有導(dǎo)電材料密封微波。

  圖3 進出料裝置簡圖

  (3)電控系統(tǒng)設(shè)計

  隨著干燥設(shè)備應(yīng)用的不斷深入，對設(shè)備的數(shù)字化、智能化的要求越來越高，除了干燥溫度的控制與顯示外，還要求故障的檢測與顯示以及信息的上傳，以便于集中管理與控制，這對于以往的繼電控制是很難實現(xiàn)的。采用抗干擾性能好，具有通信功能的PLC，以及人機界面觸摸屏，能較好地實現(xiàn)上述功能。

  電氣控制系統(tǒng)主要由帶模擬量輸入/輸出模塊和RS-485串行通信接口的PLC、人機界面觸摸屏、真空泵及通氣閥、物料輸送電機、紅外測溫儀、微波磁控管、電動真空蝶閥、繼電器模塊及變頻器等組成。

  設(shè)備的控制分為自動控制，通過相應(yīng)的PLC程序加以實現(xiàn)。自動功能是在干燥室一切正常時，按照干燥操作流程控制各部分電器自動完成工作的一種程序。

  干燥操作流程如下：首先設(shè)定真空度和加溫溫度，關(guān)閉通氣閥抽真空到設(shè)定值，啟動加料機、電動真空蝶閥和物料傳送電機使物料進入干燥室，打開磁控管冷卻電機和磁控管開始加熱干燥，設(shè)備正常工作。工作結(jié)束后先關(guān)閉微波，停止抽真空，關(guān)閉物料電機，冷卻片刻后關(guān)閉磁控管冷卻系統(tǒng)電機。

  由于PLC可靠性高、編程靈活，為設(shè)備的試制和調(diào)試提供了很大的方便，且與傳統(tǒng)的繼電器控制及單片機控制相比較，用PLC與觸摸屏控制，很大程度上提高了設(shè)備的數(shù)字化和智能化，使操作更簡便、管理更容易，為設(shè)備的維護提供了有效的。

  2 其它關(guān)鍵問題及解決

  微波真空干燥是一門涉及微波技術(shù)、真空技術(shù)、干燥技術(shù)、流體力學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)和自動控制等學(xué)科復(fù)雜的技術(shù)，是交叉學(xué)科發(fā)展的產(chǎn)物。該系統(tǒng)涉及干燥不均勻問題、電磁場場強分布、控制策略優(yōu)化、干燥終點判別、輝光放電、自動控制等關(guān)鍵技術(shù)，通過相應(yīng)的設(shè)計、加工工藝、合理的操作規(guī)程等技術(shù)手段加以解決。

  2.1 微波發(fā)生源的冷卻

  三層連續(xù)微波真空干燥設(shè)備，要求具有長時間不停機持續(xù)運轉(zhuǎn)的能力。作為微波發(fā)射源的磁控管在工作時會產(chǎn)生大量的熱，其冷卻效果的好壞對磁控管本身的工作壽命影響很大。三層連續(xù)微波真空干燥設(shè)備設(shè)計了微波發(fā)生源的獨特冷卻系統(tǒng)。將電氣元件及微波發(fā)生器分布在頂層，微波發(fā)生器呈品字型分布在微波腔體頂部上，因此對設(shè)備的微波發(fā)生器部分及電氣元件采用水冷卻方式，變壓器冷卻采用水冷與油冷相結(jié)合，很好地解決了冷卻問題，了設(shè)備的長期穩(wěn)定運行。

  2.2 真空和微波密封

  連續(xù)式進出料結(jié)構(gòu)可設(shè)備的連續(xù)化生產(chǎn)，由于進出料連續(xù)不間斷，所以該結(jié)構(gòu)需具有較好的密封性來保持整個設(shè)備的真空度并防止微波泄漏，所以密封是該設(shè)備的關(guān)鍵。

  微波真空密封結(jié)構(gòu)在三層連續(xù)微波真空干燥設(shè)備的各個連接處，需要同時進行真空和微波的雙重密封，將微波泄漏量控制在安全標準范圍內(nèi)，真空度也應(yīng)達到相應(yīng)的設(shè)計要求。因此，在微波真空干燥室和饋能裝置的接口、進出料口和各法蘭等地方，不僅采用適合的微波密封材料來防止微波泄漏，而且還需采用橡膠圈進行真空密封。三層連續(xù)微波真空干燥設(shè)備相應(yīng)采用導(dǎo)電橡膠條、導(dǎo)電金屬圈等作為微波密封材料。

  3 結(jié)語

  三層連續(xù)微波真空干燥設(shè)備提供了一種新型、高效的干燥設(shè)備。在研制過程中成功解決了物料連續(xù)真空進出的難題，物料在干燥室均勻受熱，自動翻轉(zhuǎn)。下一步需要繼續(xù)研究和解決的問題是如何能準確測定或模擬干燥室中微波場、溫度場的分布情況、微波干燥的瞬間傳熱理論以及多種干燥模式相結(jié)合的復(fù)合微波干燥技術(shù)。以上問題，在理論上顯得特別重要，同時對實際生產(chǎn)中提高設(shè)備的干燥效率，降低設(shè)備的能耗具有很大意義。