CN105783427B - 一种分阶段控制的微波真空干燥方法 - Google Patents

一种分阶段控制的微波真空干燥方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分阶段控制的微波真空干燥方法，在加热升温阶段、恒温恒速干燥阶段和升温降速干燥阶段分别采用不同的微波功率输出，并通过在线监测物料温度和气压，分阶段控制微波输出功率和真空度，并通过设定自动转换温度实现相邻阶段的自动转换，增强了微波真空干燥过程的自动化程度，同时，通过设定干燥温度，限定了干燥过程的操作温度，避免物料产生因过分受热，而引起的表面干裂、局部焦化、品质劣化等现象，提高了产品质量。

Description

一种分阶段控制的微波真空干燥方法
技术领域
本发明涉及微波真空干燥方法，特别涉及一种分阶段控制的微波真空干燥方法。
背景技术
微波真空干燥技术是一项现代高新技术，把微波干燥和真空干燥两项干燥技术结合起来，利用微波为真空干燥提供热源，既克服了真空状态下常规热传导速率慢的缺点，同时，真空又使得物料能在较低温度下进行干燥，能较好地保存物料营养成分及改善干制品的其他品质(如褐变)，又缩短了干燥时间，提高了生产效率。因而，微波真空干燥技术得到越来越广泛的应用。
微波真空干燥过程根据物料温度和水分蒸发速率的变化可划分为三个阶段，即加热升温阶段、恒温恒速干燥阶段以及升温降速干燥阶段。三个干燥阶段各具特点，对应所需的微波输出功率也当有相应变化，特别在升温降速干燥阶段，若操作控制不当，物料极易出现部分过热甚至焦化、表面干裂、品质劣化等问题。因此，提高干燥过程的自动监测和自动控制能力，成为微波真空干燥技术进一步推广应用亟待解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种分阶段控制的微波真空干燥方法，避免物料产生因过分受热，而引起的表面干裂、局部焦化、品质劣化等现象，提高了产品质量。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种分阶段控制的微波真空干燥方法，包括以下步骤：
(1)测定物料干燥前的含水量M初始(以干重计算)；
(2)分别对真空干燥三个阶段的工作条件进行设定：
所述真空干燥三个阶段分别为加热升温阶段、恒温恒速干燥阶段和升温降速干燥阶段；
所述工作条件包括微波输出功率、干燥时间、真空度；
其中，加热升温阶段的微波输出功率P1＝W×(M初始－M终点)×4×η1；其中，W为物料干重；M终点为预期物料干燥完成后的含水量(以干重计算)；η1为加热升温阶段微波输出功率系数；50％≤η1≤80％；
恒温恒速干燥阶段的微波输出功率P2＝W×(M初始－M终点)×4×η2；80％≤η2≤100％；
升温降速干燥阶段的微波输出功率P3＝W×(M初始－M终点)×4×η3；30％≤η3≤60％；
(3)开始微波真空干燥系统，按步骤(2)设定的微波输出功率、干燥时间、真空度进行微波真空干燥。
加热升温阶段的真空度p1、恒温恒速干燥阶段的真空度p2、升温降速干燥阶段p3可根据物料干燥特性进行设置，优选地，取值范围均为0.07-0.098Mpa；并且，所述恒温恒速干燥阶段的真空度p2等于加热升温阶段的真空度p1，升温降速干燥阶段的真空度p3大于或等于恒温恒速干燥阶段的真空度p2。
优先地，所述工作条件还包括升温降速干燥阶段的温度T3，T3比真空度p3条件下水的沸点温度Tp3高0-10℃。
优先地，所述工作条件还包括加热升温阶段的转换温度Tx1，Tx1等于在真空度p1条件下水的沸点温度Tp1；在加热升温阶段的工作时间未达到设定的时间时，如果物料温度达到Tx1，则进入恒温恒速干燥阶段。
优先地，所述工作条件还包括恒温恒速干燥阶段的转换温度Tx2，Tx2等于T3；在恒温恒速干燥阶段的工作时间未达到设定的时间时，如果物料温度达到Tx2，则进入升温降速干燥阶段。
优先地，加热升温阶段的干燥时间t1为5-20min。
优先地，恒温恒速干燥阶段的干燥时间t2为10-40min。
优先地，升温降速干燥阶段的干燥时间t3为10-40min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明根据微波真空干燥过程三个阶段的不同特点，在不同阶段采用不同的微波输出功率，避免物料出现部分过热甚至焦化、表面干裂、品质劣化等问题。
(2)本发明通过在线监测物料温度和气压，分阶段控制真空度，且通过设定自动转换温度实现相邻阶段的自动转换，增强了微波真空干燥过程的自动化程度，同时，通过设定升温降速干燥阶段的干燥温度，限定了干燥过程的操作温度，进一步提高了产品质量。
附图说明
图1为本发明的实施例的微波真空干燥装置的示意图。
图2为本发明的实施例的微波真空干燥方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例采用的微波真空干燥装置如图1所示，包括干燥箱体1，磁控管2，真空泵3，红外测温探头4、气压测量探头5、数据采集及处理系统6，PLC控制系统7，通气阀8，炉门9和物料盘10。多个磁控管2安装在干燥箱体1的侧面和顶部，为微波干燥过程提供热源。所述干燥箱体1的侧壁上有抽真空孔，抽真空孔通过管道连接有真空泵3。所述红外测温探头4和气压测量探头5位于干燥箱体的顶部，用于对物料进行测温和监测腔体内真空度，并将数据传输至数据采集和处理系统6，并在PLC控制系统7上实时显示。
本实施例采用本发明的微波真空干燥方法干燥6kg厚度约1cm的萝卜片。经实测，萝卜片初始含水量为85.27％(以重计算M初始＝578.88％)，预期干燥产品含水量为5％(M终点＝5.26％)。将萝卜片均匀铺在载料板上，放入真空干燥箱体内，关闭炉门。打开设备电源，进入PLC控制系统，设置干燥三个阶段的功率分别为P1＝10kw，P2＝20kw，P3＝10kw；真空度p1＝p2＝p3＝0.095MPa(对应水的沸点Tp≈37℃)，处理时间t1＝5min，t2＝30min，t3＝10min；升温降速干燥阶段的温度T3＝40℃；自动转换温度Tx1＝37℃，Tx2＝40℃。开启真空泵，待真空度达到设定真空度P1＝0.095MPa时，开启微波加热系统，开始对物料进行干燥。待干燥完成后，打开通气阀，待腔体内气压恢复到大气压时，打开炉门，取出干燥产品。经微波真空干燥后产品无表面干裂、局部焦化现象，经测定水分含量为4.85％。
图2为本实施例的微波真空干燥方法的流程图。
实施例2
本实施例采用本发明的微波真空干燥方法干燥5kg厚度约1cm的香蕉片。经实测，香蕉片初始含水量为70.83％(以重计算M初始＝242.82％)，预期干燥产品含水量为5％(M终点＝5.26％)。将萝卜片均匀铺在载料板上，放入真空干燥箱体内，关闭炉门。打开设备电源，进入PLC控制系统，设置干燥三个阶段的功率分别为p1＝8kw，p2＝14kw，p3＝8kw；真空度p1＝p2＝p3＝0.095MPa(对应水的沸点Tp≈37℃)；处理时间t1＝5min，t2＝30min，t3＝10min；升温降速干燥阶段的温度T3＝42℃；自动转换温度Tx1＝37℃，Tx2＝42℃。开启真空泵，待真空度达到设定真空度p1＝0.095MPa时，开启微波加热系统，开始对物料进行干燥。待干燥完成后，打开通气阀，待腔体内气压恢复到大气压时，打开炉门，取出干燥产品。经微波真空干燥后产品无表面干裂、局部焦化现象，经测定水分含量为4.33％。
实施例3
本实施例采用本发明的微波真空干燥方法干燥5kg厚度约1cm的芒果片。经实测，芒果片初始含水量为87.40％(以重计算M初始＝693.63％)，预期干燥产品含水量为5％(M终点＝5.26％)。将芒果片均匀铺在载料板上，放入真空干燥箱体内，关闭炉门。打开设备电源，进入PLC控制系统，设置干燥三个阶段的功率分别为P1＝8kw，P2＝14kw，P3＝8kw；真空度p1＝p2＝0.095MPa(对应水的沸点Tp1≈37℃),p3＝0.097MPa；处理时间t1＝5min，t2＝30min，t3＝10min；升温降速干燥阶段的温度T3＝40℃；自动转换温度Tx1＝37℃，Tx2＝40℃。开启真空泵，待真空度达到设定真空度p1＝0.095MPa时，开启微波加热系统，开始对物料进行干燥。待干燥完成后，打开通气阀，待腔体内气压恢复到大气压时，打开炉门，取出干燥产品。经微波真空干燥后产品无表面干裂、局部焦化现象，经测定水分含量为4.85％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分阶段控制的微波真空干燥方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)测定物料干燥前的含水量M初始；
(2)分别对真空干燥三个阶段的工作条件进行设定：
所述真空干燥三个阶段分别为加热升温阶段、恒温恒速干燥阶段和升温降速干燥阶段；
所述工作条件包括微波输出功率、干燥时间、真空度；
其中，加热升温阶段的微波输出功率P1＝W×(M初始－M终点)×4×η1；其中，W为物料干重；M终点为预期物料干燥完成后的含水量；η1为加热升温阶段微波输出功率系数；50％≤η1≤80％；
恒温恒速干燥阶段的微波输出功率P2＝W×(M初始－M终点)×4×η2；80％≤η2≤100％；
升温降速干燥阶段的微波输出功率P3＝W×(M初始－M终点)×4×η3；30％≤η3≤60％；
(3)开始微波真空干燥系统，按步骤(2)设定的微波输出功率、干燥时间、真空度进行微波真空干燥。
2.根据权利要求1所述的分阶段控制的微波真空干燥方法，其特征在于，加热升温阶段的真空度p1、恒温恒速干燥阶段的真空度p2、升温降速干燥阶段p3的范围均为0.07-0.098Mpa；并且，所述恒温恒速干燥阶段的真空度p2等于加热升温阶段的真空度p1，升温降速干燥阶段的真空度p3大于或等于恒温恒速干燥阶段的真空度p2。
3.根据权利要求2所述的分阶段控制的微波真空干燥方法，其特征在于，所述工作条件还包括升温降速干燥阶段的温度T3，T3比真空度p3条件下水的沸点温度Tp3高0-10℃。
4.根据权利要求2所述的分阶段控制的微波真空干燥方法，其特征在于，所述工作条件还包括加热升温阶段的转换温度Tx1，Tx1等于在真空度p1条件下水的沸点温度Tp1；在加热升温阶段的工作时间未达到设定的时间时，如果物料温度达到Tx1，则进入恒温恒速干燥阶段。
5.根据权利要求3所述的分阶段控制的微波真空干燥方法，其特征在于，所述工作条件还包括恒温恒速干燥阶段的转换温度Tx2，Tx2等于T3；在恒温恒速干燥阶段的工作时间未达到设定的时间时，如果物料温度达到Tx2，则进入升温降速干燥阶段。
6.根据权利要求1所述的分阶段控制的微波真空干燥方法，其特征在于，加热升温阶段的干燥时间t1为5-20min。
7.根据权利要求1所述的分阶段控制的微波真空干燥方法，其特征在于，恒温恒速干燥阶段的干燥时间t2为10-40min。
8.根据权利要求1所述的分阶段控制的微波真空干燥方法，其特征在于，升温降速干燥阶段的干燥时间t3为10-40min。
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