CN111551008A - 一种微波真空干燥设备 - Google Patents

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周明干
毕广龙
屠奇
刘迪
蒋齐翻
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Abstract

本发明实施例中涉及一种微波真空干燥设备，该设备包括第一真空罐；第二真空罐；用于将第一真空罐上部和第二真空罐上部连通的第一真空管道；用于将第一真空罐下部和第二真空罐下部连通的第二真空管道；第一真空管道的内腔、第二真空管道的内腔、第一真空罐的内腔、第二真空罐的内腔连通共同形成一环形腔室；还包括载料循环装置，载料循环装置被配置为可承载被干燥物料并使物料沿环形腔室的环形轨迹循环运动；若干个微波发生器，微波发生器被配置为用于微波处理物料；真空排气装置，真空排气装置被配置为用于对环形腔室内的环境气体进行排气。该设备可有效减小干燥设备的体积，提高设备的空间利用率和产能。

Description

一种微波真空干燥设备
技术领域
本发明涉及微波真空技术领域。更具体地，涉及一种微波真空干燥设备。
背景技术
微波是指频率在300MHz～300GHz范围内的电磁波，最早被用于军用雷达及通讯领域；后来人们发现，微波对极性分子物料具有热效应，即有极性分子的物料在微波高频电场的作用下反复快速取向转动而摩擦生热，同时微波还具有穿透性，即微波照射到极性物料时能深入到物料内部，内外同时加热，因而加热速度快，效率高。其中，真空干燥是将物料置于真空负压条件下，使水的沸点降低，适当通过加热达到负压状态下的沸点或者通过降温使得物料凝固后通过熔点来干燥物料的干燥方式，这种干燥方法可适用于热敏性物料的烘干工艺。微波真空干燥技术是综合微波干燥和真空干燥的优点，将微波干燥的快速高效性和真空条件下水分低温蒸发的特性结合在一起，从而实现物料的低温快速干燥。
现有技术的微波真空干燥设备多采用圆柱形罐体，罐体内部设置有中心轴以及位于中心轴上的物料托盘，通过中心轴旋转从而带动物料托盘做匀速圆周运动。为了提高设备一次性处理物料量的能力，现有技术的微波真空干燥设备通常会采用增大罐体直径的方式。但是随着设备的管径的增大，在承受外压时，设备罐体所承受的压力也随之增大，因此，导致罐体的设计壁厚也随之增加，最终就会导致微波真空干燥设备的体积过于庞大并且笨重，无法满足目前工业应用中对小体积的微波真空干燥设备的需求；与此同时，微波真空干燥设备的空间利用率并没有得到大幅提升。另外微波真空干燥设备在长时间运行过程中会出现罐体表面温度升高的情况，从而导致设备内部的蒸汽冷凝效果下降，进而导致罐体内部的真空度下降，影响后续物料的干燥效果。
因此，为了克服现有技术存在的缺陷，需要提供一种新型的微波真空干燥设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高产能，高空间利用率，设备内部高真空度，加工制造难度低且便于大规模生产的微波真空干燥设备。
为达到上述目的中的至少一个，提供一种微波真空干燥设备，所述设备包括：第一真空罐；第二真空罐；位于上层的用于将第一真空罐上部和第二真空罐上部连通的第一真空管道；以及位于下层的用于将第一真空罐下部和第二真空罐下部连通的第二真空管道；所述第一真空管道和第二真空管道呈平行设置；所述第一真空管道的内腔、第二真空管道的内腔、第一真空罐的内腔以及第二真空罐的内腔连通共同形成一环形腔室；所述设备还包括位于环形腔室内的载料循环装置，所述载料循环装置被配置为可承载被干燥物料，并使物料沿环形腔室的环形轨迹循环运动；若干个设置在第一真空管道和/或第二真空管道的外表面上的微波发生器，所述微波发生器被配置为用于微波处理载料循环装置上所承载的物料；真空排气装置，所述真空排气装置被配置为用于对环形腔室内的环境气体进行排气。
可选地，所述设备包括有冷凝装置，所述冷凝装置被配置为用于对环形腔室内的环境气体冷凝。
可选地，所述第一真空管道的中心轴线与水平面之间存在有一倾斜角度；所述第二真空管道的中心轴线与水平面之间存在有一倾斜角度。
可选地，所述第一真空罐与第一真空管道连接的端部的高度低于所述第二真空罐与第一真空管道连接的端部的高度；
所述第一真空罐与第二真空管道连接的端部的高度低于所述第二真空罐与第二真空管道连接的端部的高度。
可选地，沿所述第一真空管道的物料输入端到物料输出端的方向，所述第一真空管道外表面上的微波发生器的数量递减；
沿所述第二真空管道的物料输入端到物料输出端的方向，所述第二真空管道外表面上的微波发生器的数量递减。
可选地，微波发生器环绕所述第一真空管道和/或第二真空管道的外表面设置。
可选地，所述载料循环装置包括位于环形腔室内的呈相对设置的两轨道以及配置在两相对设置的轨道之间的载料盘。
可选地，所述真空排气装置包括有真空泵、缓冲罐；
所述真空泵通过排气管道分别与第一真空管道、第二真空管道连通，所述缓冲罐位于所述排气管道上。
可选地，所述冷凝装置包括有设置在第一真空管道和/或第二真空管道的内壁上的若干冷凝管以及与所述冷凝管连通的冷水机，所述冷水机被配置为为冷凝管提供冷水及循环动力。
可选地，所述设备包括有监测照明装置，所述监测照明装置包括有可用于对设备内部提供照明的照明灯以及可用于对设备内物料的温度、环形腔室内的真空度和湿度进行实时监控的若干传感器。
可选地，所述微波发生器包括有磁控管以及一端与所述磁控管连通的激励腔，所述激励腔的另一端与所述第一真空管道和/或第二真空管道连接固定；
所述磁控管所产生的微波通过激励腔馈入所述第一真空管道的内腔和/或第二真空管道的内腔。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的微波真空干燥设备，可减小设备的体积和壁厚，降低设备的加工制作难度、减少制作成本，同时可提高设备的空间利用率和产能，增强设备内部微波处理和蒸汽冷凝的效果，可保证该微波真空干燥设备在长时间运行过程中设备内部的真空度不下降；再者，第一真空管道和第二真空管道可通过若干真空管道段串联组装而成，使得该微波真空干燥设备可大规模应用于不同的工业环境，提高该设备的应用范围。
另外，沿第一真空管道的物料输入端到物料输出端的方向，第一真空管道外表面上的微波发生器的数量递减；沿第二真空管道的物料输入端到物料输出端的方向，第二真空管道外表面上的微波发生器的数量递减，从而使得物料一进入真空管道时，就可被迅速加热，同时沿至物料输出端的方向，微波发生器的数量递减，可使得物料的温度保持在一定的温度范围内。
再者，该设备通过设置在第一真空管道和第二真空管道内的载料循环装置以及环绕第一真空管道和第二真空管道的外表面设置的微波发生器，使得该设备可从多个方向同时对物料进行微波加热，扩大物料与微波的作用面积，改善微波加热的均匀性，进一步增强设备内部微波处理的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出根据本发明实施方式的微波真空干燥设备的结构侧视图。
图2示出根据本发明实施方式的微波真空干燥设备的结构主视图。
图3示出根据本发明实施例的真空管道的内部结构示意图。
图4示出根据本发明实施例的微波发生器的结构示意图。
图5示出根据本发明实施例的载料循环装置的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
为达到上述目的，本发明的一种实施方式中提供一种微波真空干燥设备，如图1-5所示，该设备包括第一真空罐11和第二真空罐12，还有位于上层的用于将第一真空罐11上部和第二真空罐12上部连通的第一真空管道13以及位于下层的用于将第一真空罐11下部和第二真空罐12下部连通的第二真空管道14。第一真空管道13和第二真空管道14呈平行设置，可理解的是，该第一真空管道13和第二真空管道14均可分别由多个真空管道段串联组成，使得用户可根据实际的工业情况设计真空管道的长度。在一种具体的实施方式中，该第一真空罐11通过连接法兰15分别与第一真空管道13、第二真空管道14连接固定，第二真空罐12通过连接法兰15分别与第一真空管道13、第二真空管14道连接固定。第一真空管道13的内腔、第二真空管道14的内腔、第一真空罐11的内腔以及第二真空罐12的内腔连通共同形成一环形腔室，即形成密闭的环形空间。微波真空干燥设备还包括位于环形腔室内的载料循环装置20，载料循环装置被配置为可承载被干燥物料，该物料例如可为蔬菜、水果或者肉类，同时，载料循环装置可使物料沿环形腔室的环形轨迹循环运动，即可沿环形腔室的环形轨迹顺时针循环运动或者逆时针循环运动。还包括有若干个设置在第一真空管道13和/或第二真空管道14的外表面上的微波发生器30，所述微波发生器被配置为用于微波处理载料循环装置上所承载的物料，在一种具体的实施方式中，该微波发生器对载料循环装置中的物料进行加热干燥。该微波真空干燥设备还包括有真空排气装置40，所述真空排气装置被配置为用于对环形腔室内的环境气体进行排气，将环形腔室内的气体排出环形腔室。
该微波真空干燥设备工作时，首先，载料循环装置20将所承载的被干燥物料沿环形腔室的环形轨迹循环运动，微波发生器30向环形腔室内馈入微波对载料循环装置上的物料进行加热干燥。与此同时，真空排气装置40对环形腔室内的环境气体进行排气，使得环形腔室内保持在低气压的状态。载料循环装置20上的物料中的水分在低气压的状态下，沸点温度会下降，从而可实现对物料的低温干燥，保持物料本身的营养成分，同时微波由内而外的加热特性也促使物料产生膨化效果，蒸发出水蒸气。而物料所蒸发出来的水蒸气通过真空排气装置40被排出至环形腔室的外部。该实施方式所提供的微波真空干燥设备，相比于现有技术中的圆柱形罐体的微波真空干燥设备，该微波真空干燥设备可有效减少设备的体积，满足目前工业应用中对小体积的微波真空干燥设备的需求；同时提高设备的空间利用率和一次微波处理量，提高设备的产能。该设备在确保设备的高空间利用率，高产能的同时，还能保持较小的设备体积，通过减小管道直径，进而减小该设备的管道壁厚，从而降低该设备的加工、焊接难度，减少设备的制造成本及设备在运行过程中真空抽气装置排气所需的电力成本；相比于现有技术中单管道且设置有载料循环装置的微波干燥设备，该设备的真空管道的直径可更小，在一种具体的实施方式中，该设备的真空管道为标准管道，直径为600-800mm，而现有技术中的单管道的微波干燥设备的管道直径通常为2-3米。可见，该设备相比于现有技术中单管道的微波干燥设备，同样能缩短真空管道的直径，有效减少设备的体积，降低设备的制造成本；同时该设备能提高空间利用率和一次物料处理量，提高设备的产能。而且该设备通过设置在第一真空管道和第二真空管道内的载料循环装置，可扩大物料与微波的作用面积，改善微波加热的均匀性，增强设备内部微波处理和蒸汽冷凝的效果；而且通过真空排气装置及时将环形腔室内的空气或物料所蒸发的水蒸气抽出，保持环形腔室内的低湿度，从而确保该微波干燥设备在长时间运行过程中设备内部的真空度不会下降；再者，第一真空管道和第二真空管道可通过若干真空管道段组装而成，可根据不同的工业环境和作业区间，按照需求对真空管道段进行串联组装，使得该微波真空干燥设备可大规模应用于不同的工业环境，提高该设备的应用范围。
在一种具体的实施方式中，如图1所示，第一真空罐11和/或第二真空罐12的一侧设置有用于取放物料的密封门16，密封门16的中间设置有用于观察环形腔室内部状况的观察窗17。
在一种具体的实施方式中，如图1-3所示，该设备还包括有冷凝装置，冷凝装置被配置为用于对环形腔室内的环境气体冷凝，即将物料在微波加热过程中所蒸发出的水蒸气通过冷凝装置50凝结呈液滴，汇集后排出环形腔室，以保证环形腔室内的真空度。在一种具体的实施方式中，冷凝装置并列安装固定在第一真空管道13和第二真空管道14的两侧侧壁上。通过设置冷凝装置，可进一步将环形腔室内气体形成液滴及时排出环形腔室，进一步确保该微波干燥设备在长时间运行过程中设备内部的真空度不会下降。
在进一步的实施方式中，所述冷凝装置包括有设置在第一真空管道13和/或第二真空管道14的内壁上的若干冷凝管51以及通过管道与所述冷凝管51连通的冷水机(图中未显示)，该冷水机位于设备的外部，所述冷水机被配置为为冷凝管提供冷水及循环动力。可理解的是，所述冷凝装置还包括有设置在第一真空管道13、第二真空管道14的下部的排液管52。在一种具体的实施方式中，在微波干燥设备运行过程中，物料蒸发的部分蒸汽遇到冷凝管51冷却成液滴，沿着第一真空管道13和/或第二真空管道14的内壁向下流动，通过排液管52或者从第一真空罐11或第二真空罐12上的排液口18排出。
在一种具体的实施方式中，第一真空管道13的中心轴线与水平面之间存在有一倾斜角度，第二真空管道14的中心轴线与水平面之间存在有一倾斜角度，即使得第一真空管道13和第二真空管14道倾斜，便于物料在微波干燥过程中的水蒸气在真空管道的内侧壁上形成液滴后，或者如包括有冷凝装置的实施方式中，通过冷凝管冷却成液滴后，可顺着第一真空管道13或第二真空管道14的内壁向下流，从第一真空罐11或第二真空罐12底部的排液口18排出，从而确保环形腔室内的低湿度，进一步提高环形腔室内的真空度。
在一种如图2所示的实施方式中，所述第一真空罐11与第一真空管道13连接的端部的高度低于所述第二真空罐12与第一真空管道13连接的端部的高度；所述第一真空罐11与第二真空管道14连接的端部的高度低于所述第二真空罐12与第二真空管道14连接的端部的高度，因此，物料在微波干燥过程中的水蒸气在真空管道和真空罐的内壁凝结成液滴后，液滴沿第一真空管道13或第二真空管道14的延伸方向向第一真空罐11流动，最后到达第一真空罐底部11的排液口18，并从排液口18中排出，保持环形腔室内的低湿度。可理解的是，在另一种实施方式中，第一真空罐与第一真空管道连接的端部的高度高于第二真空罐与第一真空管道连接的端部的高度；第一真空罐与第二真空管道连接的端部的高度高于第二真空罐与第二真空管道连接的端部的高度，则冷凝成的液滴通过第二真空罐底部的排液口排出。
在一种具体的实施方式中，为确保物料在环形腔室内的持续均匀受热，沿第一真空管道13的物料输入端到物料输出端的方向，第一真空管道13外表面上的微波发生器30的数量递减；沿第二真空管道14的物料输入端到物料输出端的方向，第二真空管道14外表面上的微波发生器30的数量递减。在当载料盘沿环形腔室的环形轨迹顺时针循环运动的实施方式中，第一真空管道的物料输入端为第一真空管道与第一真空罐连通的端部，第一真空管道的物料输出端为第一真空管道与第二真空罐连接的端部；第二真空管道的物料输入端为第二真空管道与第二真空罐连接的端部，第二真空管道的物料输出端为第二真空管道与第一真空罐连接的端部。可理解的是，当载料盘沿环形腔室的环形轨迹逆时针循环运动时，第一真空管道和第二真空管道物料输入端和物料输出端也会相应改变。
该实施方式主要考虑到物料在真空罐的内腔运动时，没有微波发生器对其加热，物料的温度下降较快，通过将第一真空管道的物料输入端外表面上设置的微波发生器的数量多于第一真空管道的物料输出端外表面上设置的微波发生器的数量并将第二真空管道的物料输入端外表面上设置的微波发生器的数量多于第二真空管道的物料输出端外表面上设置的微波发生器的数量，从而使得物料一进入真空管道时，就可被迅速加热，同时沿物料运动轨迹的方向，微波发生器的数量递减，可使得将物料的温度保持在一定的温度范围内。
在一种具体的实施方式中，微波发生器30环绕第一真空管道13和/或第二真空管道14的外表面设置，如图1-3所示，第一真空管道13和第二真空管道14的上下侧外表面上均设置有微波发生器30。在一种具体的实施方式中，微波发生器30沿第一真空管道13和第二真空管道14的外表面的周向方向间隔排布。该具体实施方式的设备通过设置在第一真空管道和第二真空管道内的载料循环装置以及环绕第一真空管道和第二真空管道的外表面设置的微波发生器的协同作用，可从多个方向同时对物料进行微波加热，扩大物料与微波的作用面积，改善微波加热的均匀性，进一步增强设备内部微波处理的效果。
在一种具体的实施方式中，所述载料循环装置20包括位于环形腔室内的呈相对设置的两轨道21以及配置在两相对设置的轨道21之间的载料盘22，在一种具体的实施方式中，两轨道21的外部与第一真空罐11、第二真空罐12、第一真空管道13以及第二真空管道14内的支撑架固定在一起。可理解的是，两轨道21的内侧壁设置有移动部，移动部可带动载料盘22沿轨道21的延伸方向循环运动。其中，在一种实施方式中，移动部为链条23。其中，两轨道的外部为可提供足够的刚度的不锈钢材质，内衬为超高分子聚乙烯，可减小轨道与链条之间的摩擦力。链条23与载料盘22结合固定。可理解的是，可通过电机、链轮传动或者其他本领域常用的方式带动载料盘沿轨道的环形轨迹循环运动。在如图3-5所示的实施方式中，载料循环装置20包括有设置在两相对设置的轨道21之间的旋转轴24以及位于旋转轴24上且与链条23配合的齿轮25，旋转轴24与外部电机(图中未显示)相连接，通过外部电机带动旋转轴24和齿轮25旋转，齿轮25与链条22配合，从而带动链条22运动。在另一种可选的实施方式中，还包括有设置在齿轮25附近的张紧器26，该张紧器可用于张紧链条。
在一种具体的实施方式中，真空排气装置40包括有真空泵41、缓冲罐42；所述真空泵41通过排气管道43分别与第一真空管道13、第二真空管道14上的真空法兰19连通，所述缓冲罐42位于所述排气管道43上，可理解的是，所述真空排气装置40还包括有与真空泵41连接的水箱44，如图1-2所示，缓冲罐42的一端与真空泵41连通，缓冲罐42的另一端与排气管道43连通，缓冲罐一方面可以存储一定的真空压力，另一方面可以防止意外故障时真空泵内的水倒吸进入真空管道内。在一种具体的实施方式中，排气管道43上设置有电磁阀45，该电磁阀用于控制排气管道与外部空气的气体通断。考虑到蔬菜水果的加热温度及所需要的真空度，在一种可选的实施方式中，真空泵为水环式真空泵。
在一种具体的实施方式中，设备还包括有监测照明装置，监测照明装置包括有可用于对设备内部提供照明的照明灯60，该照明灯60设置在第一真空罐11或第二真空罐12的顶面上，还有可用于对设备内物料的温度、环形腔室内的真空度和湿度进行实时监控的若干传感器70，该若干传感器例如可为红外温度传感器，湿度传感器等，可理解的是，该监测照明装置还可包括有摄像头。
在一种具体的实施方式中，如图4所示，微波发生器30包括有磁控管31以及一端与磁控管31连通的激励腔32，激励腔32的另一端通过安装盖板33与第一真空管道13和/或第二真空管道14对应的微波源安装法兰110连接固定；可理解的是，微波发生器30还包括有用于为磁控管31提供高压电，使得磁控管31产生微波的开关电源(图中未显示)以及设置在安装盖板33和真空管道的微波源安装法兰110之间的密封片(图中未显示)，磁控管31所产生的微波通过激励腔32馈入第一真空管道13的内腔和/或第二真空管道14的内腔。安装时，首先利用安装盖板33将密封片限制在真空管道的微波源安装法兰110的凹槽内，然后将激励腔32固定在安装盖板33上，最后将磁控管31通过螺栓固定在激励腔32上。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (11)

1.一种微波真空干燥设备，其特征在于，所述设备包括：
第一真空罐；
第二真空罐；
位于上层的用于将第一真空罐上部和第二真空罐上部连通的第一真空管道；以及
位于下层的用于将第一真空罐下部和第二真空罐下部连通的第二真空管道；所述第一真空管道和第二真空管道呈平行设置；
所述第一真空管道的内腔、第二真空管道的内腔、第一真空罐的内腔以及第二真空罐的内腔连通共同形成一环形腔室；
所述设备还包括：
位于环形腔室内的载料循环装置，所述载料循环装置被配置为可承载被干燥物料，并使物料沿环形腔室的环形轨迹循环运动；
若干个设置在第一真空管道和/或第二真空管道的外表面上的微波发生器，所述微波发生器被配置为用于微波处理载料循环装置上所承载的物料；
真空排气装置，所述真空排气装置被配置为用于对环形腔室内的环境气体进行排气。
2.根据权利要求1所述的微波真空干燥设备，其特征在于，所述设备包括冷凝装置，所述冷凝装置被配置为用于对环形腔室内的环境气体冷凝。
3.根据权利要求1所述的微波真空干燥设备，其特征在于，
所述第一真空管道的中心轴线与水平面之间存在有一倾斜角度；
所述第二真空管道的中心轴线与水平面之间存在有一倾斜角度。
4.根据权利要求1所述的微波真空干燥设备，其特征在于，
所述第一真空罐与第一真空管道连接的端部的高度低于所述第二真空罐与第一真空管道连接的端部的高度；
所述第一真空罐与第二真空管道连接的端部的高度低于所述第二真空罐与第二真空管道连接的端部的高度。
5.根据权利要求1所述的微波真空干燥设备，其特征在于，
沿所述第一真空管道的物料输入端到物料输出端的方向，所述第一真空管道外表面上的微波发生器的数量递减；
沿所述第二真空管道的物料输入端到物料输出端的方向，所述第二真空管道外表面上的微波发生器的数量递减。
6.根据权利要求1所述的微波真空干燥设备，其特征在于，微波发生器环绕所述第一真空管道和/或第二真空管道的外表面设置。
7.根据权利要求1所述的微波真空干燥设备，其特征在于，所述载料循环装置包括位于环形腔室内的呈相对设置的两轨道以及配置在两相对设置的轨道之间的载料盘。
8.根据权利要求1所述的微波真空干燥设备，其特征在于，所述真空排气装置包括有真空泵、缓冲罐；
所述真空泵通过排气管道分别与第一真空管道、第二真空管道连通，所述缓冲罐位于所述排气管道上。
9.根据权利要求2所述的微波真空干燥设备，其特征在于，所述冷凝装置包括有设置在第一真空管道和/或第二真空管道的内壁上的若干冷凝管以及与所述冷凝管连通的冷水机，所述冷水机被配置为为冷凝管提供冷水及循环动力。
10.根据权利要求1所述的微波真空干燥设备，其特征在于，所述设备包括有监测照明装置，所述监测照明装置包括有可用于对设备内部提供照明的照明灯以及可用于对设备内物料的温度、环形腔室内的真空度和湿度进行实时监控的若干传感器。
11.根据权利要求1所述的微波真空干燥设备，其特征在于，
所述微波发生器包括有磁控管以及一端与所述磁控管连通的激励腔，所述激励腔的另一端与所述第一真空管道和/或第二真空管道连接固定；
所述磁控管所产生的微波通过激励腔馈入所述第一真空管道的内腔和/或第二真空管道的内腔。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112629229A (zh) * 2020-12-17 2021-04-09 山东大学 一种用于海藻一次加工用自动化循环烘干装置

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