CN106173808A - 一种热风微波真空干燥设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热风微波真空干燥设备，包括PLC控制系统、干燥腔体，微波系统、抽真空系统和热风系统；所述PLC控制系统用于对微波系统、抽真空系统和热风系统进行控制；所述热风系统设于干燥腔体的底部，通过设有多个通风孔的物料盘将热风吹进干燥腔体；所述热风系统包括鼓风机、热风加热腔、热风进气管和热风测温探头；所述热风加热腔一端与鼓风机相连，另一端通过进气阀和热风温度测定装置以及热风进气管将热风导入干燥腔体底部。本发明还公开了一种热风微波真空干燥方法。本发明不仅可以降低能耗和生产成本，同时，也可除去物料边缘难以脱去的水分，提高产品质量。

Description

一种热风微波真空干燥设备及方法
技术领域
本发明涉及干燥设备，特别涉及一种热风微波真空干燥设备及方法。
背景技术
微波真空干燥技术近年来发展迅速，尤其在食品工业中得到越来越广泛的应用，是一种具有广阔应用前景的新型干燥技术。利用微波作为热源，相比于传统加热方式，微波加热具有干燥速率快、生产效率高、产品质量高并且绿色环保无三废排放等特点，符合国家的可持续发展战略需求，并且，将微波干燥技术与真空干燥技术相结合，通过抽真空的方式降低水的沸点，可在低温环境下实现物料的快速干燥，适合热敏性、易氧化物料的干燥，提高产品质量。
然而，若单独采用微波真空干燥技术干燥物料，不仅能耗较大，生产成本较高，同时，对于水分含量较高但传热特性较差的水果片，在微波真空干燥过程中，物料中心吸收的微波热量难以散去，中心温度往往较边缘温度高，而使得最终产品边缘含水量较高，边缘水分难以除尽。
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热风微波真空干燥设备，不仅可以降低能耗和生产成本，同时，也可除去物料边缘难以脱去的水分，提高产品质量。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述设备的热风微波真空干燥方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种热风微波真空干燥设备，包括PLC控制系统、干燥腔体，微波系统、抽真空系统和热风系统；所述PLC控制系统用于对微波系统、抽真空系统和热风系统进行控制；
所述热风系统设于干燥腔体的底部，热风通过设有多个通风孔的物料盘进入干燥腔体；
所述热风系统包括鼓风机、热风加热腔、热风进气管和热风测温探头；所述热风加热腔一端与鼓风机相连，另一端依次与进气阀、热风进气管连接，将热风导入干燥腔体底部；所述热风测温探头设于热风进气管上。
所述热风进气管设有排水阀。
所述微波系统包括多个磁控管，安装于干燥腔体的侧面及背面。
所述抽真空系统包括真空泵；所述干燥腔体的侧壁上有抽真空孔，抽真空孔通过管道连接真空泵。
所述的热风微波真空干燥设备，还包括设置于干燥腔体的顶部的红外温度测量探头，用于测定物料盘上的物料的温度。
所述的热风微波真空干燥设备，还包括设置于干燥腔体的顶部的气压测量探头，用于测量干燥腔体内的真空度。
所述干燥腔体的底面中部为方形凹槽，凹槽面上有正方形排列的圆孔；所述物料盘为聚四氟乙烯材料，置于该干燥腔体底面中部凹槽上，物料盘底面设有正方形排列的圆孔，物料盘底面的圆孔与干燥腔体底面中部凹槽上的圆孔相对。
基于所述的热风微波真空干燥设备的热风微波真空干燥方法，包括微波干燥阶段、热风干燥阶段、真空干燥阶段、微波真空干燥阶段、热风微波干燥阶段的任意组合。
所述热风微波真空干燥方法，当使用微波进行处理时，对微波输出功率W、微波处理时间tm以及物料限定维持温度Tm进行设置；当使用热风进行处理时，对热风温度Th和热风处理时间th进行设置；当进行真空干燥处理时，对真空度Ps进行设置。
所述热风微波真空干燥方法，对于热敏性物料的微波干燥阶段，Tm设置为45-80℃；对于物料的微波真空干燥阶段，Tm设置为比预设真空度Ps条件下水的沸点温度Ts高2-5℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明集合了微波干燥、真空干燥和热风干燥系统，各系统可独立控制操作或协同作用，为多用途设备，可根据不同干燥物料特性，进行微波干燥、微波真空干燥、热风干燥、微波热风干燥，或将上述干燥过程进行串联组合使用，以满足不同物料的干燥。
2.本发明是在现有微波真空干燥设备的基础上，加入热风干燥系统，结合了两者优势：在物料进行微波真空干燥前，利用热风干燥除去一部分水分，可降低能耗和生产成本；在物料进行微波真空干燥后，利用热风干燥，可除去物料边缘难以脱去的水分，提高产品质量。
附图说明
图1为本发明的热风微波真空干燥设备的结构示意图，图中示出：PLC控制系统1，磁控管2，排湿阀3，干燥腔体4，气压测量探头5，红外温度测量探头6，炉门7，真空抽气阀8，真空泵9，鼓风机10，热风加热腔11，热风测温探头12，热风进气阀13，排水阀14，物料盘15。
图2为本发明的热风微波真空干燥设备的底面俯视图。
图3为本发明的热风微波真空干燥设备的底面中部凹槽圆孔分布示意图。
图4为本发明的热风微波真空干燥设备的物料盘的俯视图。
图5为本发明的热风微波真空干燥设备的物料盘的正视图。
图6为本发明的热风微波真空干燥设备的物料盘的圆孔分布示意图。
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
如图1所示，本实施例的热风微波真空干燥设备，包括PLC控制系统1，磁控管2，排湿阀3，干燥腔体4，气压测量探头5，红外温度测量探头6，炉门7，真空抽气阀8，真空泵9，鼓风机10，热风加热腔11，热风测温探头12，热风进气阀13，排水阀14，物料盘15。
本实施例的热风微波真空干燥设备采用6个磁控管，每个磁控管的额定输出功率为1kw，磁控管及波导管安装在干燥腔体的侧面及背面，为微波(真空)干燥过程提供热源。所述热风加热腔一端与鼓风机相连，另一端依次与进气阀、热风进气管连接，将热风导入干燥腔体底部；所述热风测温探头设于热风进气管上；所述热风进气管为U型，进气管的底部连接排水管。所述排湿管安装在干燥腔体的侧面，引导湿热空气排出干燥腔体外。所述干燥箱体的侧壁上有抽真空孔，抽真空孔通过管道连接有真空泵。
所述干燥腔体的底面中部为方形凹槽，如图2～3所示，凹槽面上有正方形排列的直径为2mm圆孔，两相邻圆孔的圆心距为4mm；所述物料盘为聚四氟乙烯材料，正好置于该干燥腔体底面中部凹槽上，如图4～6所示，物料盘底面设有正方形排列的直径为3mm圆孔，两相邻圆孔的圆心距为4mm，物料盘底面的圆孔正好与干燥腔体底面中部凹槽上的圆孔相对，热风可自下而上通过，而微波则被屏蔽。所述热风温度测定探头位于热风进气管上，所述红外温度测量探头和气压测量探头位于干燥腔体的顶部，分别用于测定热风出口温度、物料温度和腔体内真空度，并将数据传输至数据采集和处理系统，并在PLC系统上实时显示。
本实施例的热风微波真空干燥设备，工作过程如下：
开启设备电源，进入PLC控制系统，在操作界面上根据物料干燥过程，可最多设置5个干燥阶段，每一干燥阶段可分别对热风系统、微波系统和真空系统进行设置(热风系统和真空系统不能同时启动)。当使用热风干燥时，可对热风温度Th和热风处理时间th进行设置；当使用微波干燥时，可对微波输出功率W、微波处理时间tm以及物料限定维持温度Tm进行设置；当使用真空干燥时，可对真空度Ps进行设置。
a.热风干燥系统
在PLC控制系统中，可对热风温度Th和热风干燥时间th进行设置。启动热风干燥系统对物料进行干燥时，系统将自动关闭真空抽气阀，打开进气阀和排湿阀。
优选地，热风温度Th可设定40-110℃。
b.微波干燥系统
在PLC控制系统中，可对微波输出功率W、微波干燥时间tm以及物料限定维持温度Tm进行设置。特别地，为保证在微波(真空)干燥过程中，物料温度过高，影响产品质量，可对物料限定维持温度Tm进行合理设置。其控制机制是：当物料实测温度T达到或高于限定维持温度Tm时，系统将停止微波输出(微波停止输出时间仍计入微波干燥时间)，直到实测温度T低于Tm-1℃时，系统将再次启动微波输出，如此反复，将物料干燥过程的温度始终维持在Tm±1℃，直到微波(真空)干燥结束。
优选地，对于热敏性物料的微波干燥，Tm可设置为45—80℃；对于物料的微波真空干燥，Tm可设置为比预设真空度Ps条件下水的沸点温度Ts高2-5℃。
c.真空系统
在PLC控制系统中，在热风系统关闭条件下，可对干燥过程的真空度Ps进行设置。开启真空系统后，系统将自动打开真空抽气阀，关闭热风进气阀和排湿阀。真空度使用两点式控制方式，通过开启和关闭真空泵使干燥过程的真空度维持在预设真空度Ps±0.01MPa范围内。
实施例2
使用本发明的热风微波真空干燥设备，干燥3kg厚度约0.5cm的芒果片。经实测，芒果片初始含水量为87.40％。将芒果片均匀铺在物料盘上，放入真空干燥腔体内，关闭炉门。打开设备电源，进入PLC控制系统，使用三个干燥阶段对物料进行干燥，具体设置如下：
1.热风干燥，Th＝45℃，th＝60min；
2.微波真空干燥，W＝6kw，tm＝30min，Tm＝48℃，Ps＝0.95MPa；
3.热风微波干燥，热风设置Th＝50℃，th＝20min，微波设置W＝2kw，tm＝20min，Tm＝52℃。
设置完成后，启动干燥程序，待干燥完成后，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，经测定干燥后芒果片水分含量为4.75％。
实施例3
使用本发明的热风微波真空干燥设备，干燥3kg厚度约0.5cm的芒果片。经实测，芒果片初始含水量为87.40％。将芒果片均匀铺在物料盘上，放入真空干燥腔体内，关闭炉门。打开设备电源，进入PLC控制系统，使用三个干燥阶段对物料进行干燥，具体设置如下：
1.热风微波干燥，热风设置Th＝45℃，th＝20min，微波设置W＝2kw，tm＝20min，Tm＝45℃；
2.微波真空干燥，W＝6kw，tm＝30min，Ps＝0.95MPa，Tm＝48℃；
3.热风干燥，Th＝50℃，th＝20min。
设置完成后，启动干燥程序，待干燥完成后，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，经测定干燥后芒果片水分含量为5.38％。
实施例4
使用本发明的热风微波真空干燥设备，干燥3kg厚度约0.5cm的香蕉片。经实测，香蕉片初始含水量为90.83％。将香蕉片均匀铺在物料盘上，放入真空干燥腔体内，关闭炉门。打开设备电源，进入PLC控制系统，使用三个干燥阶段对物料进行干燥，具体设置如下：
1.热风干燥，Th＝55℃，th＝45min；
2.微波干燥，W＝4kw，tm＝30min，Tm＝60℃；
3.热风干燥，Th＝70℃，th＝20min。
设置完成后，启动干燥程序，待干燥完成后，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，经测定干燥后香蕉片水分含量为4.89％。
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 (10)

1.一种热风微波真空干燥设备，其特征在于，包括PLC控制系统、干燥腔体，微波系统、抽真空系统和热风系统；所述PLC控制系统用于对微波系统、抽真空系统和热风系统进行控制；
所述热风系统设于干燥腔体的底部，热风通过设有多个通风孔的物料盘进入干燥腔体；
所述热风系统包括鼓风机、热风加热腔、热风进气管和热风测温探头；所述热风加热腔一端与鼓风机相连，另一端依次与进气阀、热风进气管连接，将热风导入干燥腔体底部；所述热风测温探头设于热风进气管上。
2.根据权利要求1所述的热风微波真空干燥设备，其特征在于，所述热风进气管设有排水阀。
3.根据权利要求1所述的热风微波真空干燥设备，其特征在于，所述微波系统包括多个磁控管，安装于干燥腔体的侧面及背面。
4.根据权利要求1所述的热风微波真空干燥设备，其特征在于，所述抽真空系统包括真空泵；所述干燥腔体的侧壁上有抽真空孔，抽真空孔通过管道连接真空泵。
5.根据权利要求1所述的热风微波真空干燥设备，其特征在于，还包括设置于干燥腔体的顶部的红外温度测量探头，用于测定物料盘上的物料的温度。
6.根据权利要求1所述的热风微波真空干燥设备，其特征在于，还包括设置于干燥腔体的顶部的气压测量探头，用于测量干燥腔体内的真空度。
7.根据权利要求1所述的热风微波真空干燥设备，其特征在于，所述干燥腔体的底面中部为方形凹槽，凹槽面上有正方形排列的圆孔；所述物料盘为聚四氟乙烯材料，置于该干燥腔体底面中部凹槽上，物料盘底面设有正方形排列的圆孔，物料盘底面的圆孔与干燥腔体底面中部凹槽上的圆孔相对。
8.基于权利要求1所述的热风微波真空干燥设备的热风微波真空干燥方法，其特征在于，包括微波干燥阶段、热风干燥阶段、真空干燥阶段、微波真空干燥阶段、热风微波干燥阶段的任意组合。
9.根据权利要求8所述热风微波真空干燥方法，其特征在于，当使用微波进行处理时，对微波输出功率W、微波处理时间tm以及物料限定维持温度Tm进行设置；当使用热风进行处理时，对热风温度Th和热风处理时间th进行设置；当进行真空干燥处理时，对真空度Ps进行设置。
10.根据权利要求9所述热风微波真空干燥方法，其特征在于，对于热敏性物料的微波干燥阶段，Tm设置为45-80℃；对于物料的微波真空干燥阶段，Tm设置为比预设真空度Ps条件下水的沸点温度Ts高2-5℃。
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