河南勃达微波装备股份有限公司河南郑州450000
摘要：随着科技的进步，干燥的方法也发生了多样的变化。不同的干燥方式对产品的品质会产生很大影响。微波低温真空干燥作为一种新型混合干燥技术，尤其适合于热敏物料的干燥。本文简单介绍了微波低温真空干燥技术的特点，阐明了微波低温真空干燥技术的机理，同时也介绍了核心技术。
关键词：微波干燥；低温真空干燥；工作机理；
1微波低温真空干燥的特点
微波低温真空干燥技术作为一种新型混合干燥技术，兼备了微波加热和真空干燥各自的优势。具体来说，其特性如下1）干燥速度快，干燥时间短。与普通方法相比，热量不必以热传导的形式从表面向物料内部传递，直接将能量作用于整个物料，在物料内部瞬时转化为热量，大大缩短了加热时间。有很多物料本身是热的不良导体，用普通干燥方法，加热速度很缓慢。2）易于控制、便于连续生产及实现自动化。由于微波功率可以快速调整及无惯性的特点，易于及时控制。3）产品质量高，微波加热温度均匀，表里一致，干燥产品可以做到水分分布均匀。一般地，微波与物料中的极性分子作用产生热量，而极性分子的吸波性能主要参考物料介电常数值大小，水的介电常数远大于物料，因此微波干燥脱水具有很大的节能优势。水分多的地方吸收的微波能会相对比较多，能更迅速地干燥，这样就会起到一个热量分配自动平衡的作用。一般在微波干燥时，由于表面的对流换热，物料表面温度低于中心，在物料表面很少产生温度过热和结壳的现象，有利于水分的向外蒸发，从而降低了产品不合格率。在对食品和药品干燥时，由于微波的热力效应和电磁效应，能在较低的温度下即可达到除菌的目的。一方面微波高频交变电场使细菌受热而出现细胞核浓缩、溶解，细胞缩小、解体，从而达到杀菌的目的。这一现象即为微波灭菌的热力效应。另一方面微波交变电磁场中，细菌出现电性质的强烈反应，电容性结构的细胞膜被击穿破裂；同时，细菌赖以生存的离子通道，出现调节功能严重障碍，从而造成细菌死亡。这一现象即为微波灭菌的电磁力效应。在上述热力效应和电磁力效应中，电磁力起着主导作用。与常规的高温灭菌法（如热压灭菌、流通蒸汽灭菌、干热灭菌等）相比，微波作用于中药及其制剂的灭菌，均可在较低温度下进行。微波热效率高，受热时间短，使产品的色、香、味和维生素都能得到较好的保持。4）热能利用率高，节省能源，降低成本，设备占地少。微波加热加热过程中能量绝大部分都作用于物料上，热效率高，因此节约能源。此外，微波低温真空干燥速度快，运行成本与冻干相比可以降30%-40%。5）过程控制迅速，能量的输出可以通过开或关发生器的电源来实现，操作便利，而且加热强度可以通过控制功率的输出来实现。微波干燥虽然有很多的优点，但是一次性投资和运行费用都比普通干燥方法高。同时微波干燥使用的是高品位能源电能，而从电能到电磁场的转化率只在50%左右。因此这种技术目前只是应用在干燥具有高附加值的产品，或者用普通干燥方式很长时间才能完成干燥的物料。另外利用微波干燥能获得普通干燥方式不能获得的产品品质（如颜色、味道及营养物质等）。
2微波低温真空干燥、灭菌设备工作机理
2.1微波干燥机理
微波干燥的机理是根据利用强高频交流电压产生的微波被湿物料中的水分或湿介质直接吸收，使水分子或极性分子振动，互相激烈地碰撞摩擦而在物料内部产生热量，所含水分因极化生热而达到沸点汽化，它不象其他干燥方法那样热量是从湿物料外部传入的。微波干燥时，应选择合适的微波波长和强度，而且要与被吸收的湿介质相匹配。鉴于微波干燥是使湿物料内部的水分（极性分子）吸收微波极化生热而升温的，因此湿物料内部水分多、温度高，而其表面水分少、温度低。在微波干燥过程中，湿物料的温度梯度是内高外低，含水率梯度也是内高外低，所以，微波干燥的温度梯度和含水率梯度二者方向始终是一致的。因此，对同一个湿物料经不同的干燥方式处理达到相同的终含水率时，微波干燥时间短，而且与湿物料的形状、规格关系甚少。另外，由于干物料为非极性分子，在干燥过程中本身不直接吸收微波产生热量，仅间接得到水分或湿介质的传热，所以干物料的温度总是低于水分或湿介质温度的，则在设定的低温下干燥热敏性物料时，其有效成份不宜丢失，干燥质量好。
2.2真空微波低温干燥的机理
真空微波低温干燥技术是一种将真空干燥和微波干燥复合的干燥技术，对一些有特殊干燥要求的湿物料，可以在设定的真空气氛中，采用微波直接对湿物料中的水分或湿介质进行加热干燥。利用一定的真空度实施低温干燥，结合微波干燥是内部加热的特点，对湿物料采用真空微波低温干燥，其干燥速度快、干燥质量好，所以，真空微波低温干燥是一种新的干燥技术。
3微波低温真空干燥设备核心技术的研究探讨
3.1真空度
真空度越高，压力越低，对应的水的沸点越低，物料中水分扩散速度越快。但真空度越高，能耗越大，干燥成本也相应增加。此外真空度越高，发生击穿放电的可能性也增加，击穿放电不仅消耗微波能，而且会损坏部件，缩短磁控管使用寿命，若击穿放电发生在食品上，则会使食品焦糊。因此，选择合适真空度非常重要。从目前的研究看，不同的物料选取的真空度差异很大，真空度的合理选择需进一步研究探讨。
3.2均匀加热
就单个物料而言，微波加热具有均匀性，里外均匀同时加热。但就整个真空箱而言，由于微波能量分布不均会造成加热不均的问题。当我们观察整个真空箱时会发现，微波以多个模式在箱内形成谐振，微波形成的模式越多，加热越均匀。若采用多个微波耦合口并使其按一定的要求分布，微波能量分布均匀性可以大大改善。此外，使物料本身处于运动状态也有助于改善加热均匀性。
3.3干燥工艺和干燥终点判断
由于物料种类和状态不同，微波低温真空干燥工艺亦有所不同。一般在干燥前期，由于物料中水分含量较高，水分蒸发速度较快，需要输入的微波能要高些，这时可采用连续微波加热，以满足水分迅速迁移和蒸发、在等速和减速干燥期间，随着水分含量的减少，水分蒸发速度减缓，需要的微波能也减少，可采用脉冲间隙式微波加热。微波功率、脉冲间隙时间大小及干燥时间等参数需通过试验来合理确定。由于还缺少在线快速检测水分的手段，干燥终点的判断还比较困难，只能通过干燥工艺的研究或通过数学模型进行预测。
3.4温度控制
温度控制是微波低温真空干燥的一项关键技术，在这方面的研究目前几乎没有。李奎、王东升等对微波干燥温度控制做了研究，其方法和结论可以为微波低温真空干燥的温度控制提供一些参考。他们通过对微波装置的开关来实现物料温度的恒定，但发现温度围绕温度设定值上下窜动幅度较大，尤其是在干燥的后期。为了改进，他们通过控制单个磁控管微波功率的大小来实现对温度的控制，发现温度上下窜动幅度减小，可以满足工艺的要求
总结：微波真空干燥技术作为一种现代高新技术，应用前景十分广阔。具有干燥温度低、干燥速度快、干燥效率高、干燥质量好、对干燥物料的适应性强等优点，在一定的真空度下，可保证湿物料干燥全过程在设定的低温下脱湿干燥，是一种有效、实用、有潜力、有前景的新颖干燥技术。
参考文献：
[1]严平，钱尚源，敖凌.真空微波低温干燥技术探讨[J].能源研究与信息，2003，19（4）.
[2]纪勋光，张力伟等.微波真空干燥技术的探讨[J].干燥技术与设备，2009，7（5）.
[3]徐成海.真空低温技术与设备[M].北京：冶金工业出版社，1995.