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【贵阳微波设备】微波加热干燥与安全性
编辑时间:2020-05-13
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    最近看到一些对微波能应用技术褒贬不一的报道,对微波快速、高效、节能、清洁给予赞扬,对微波安全和对物质成分是否有破坏心存疑问,对于一个从事微波能研究30多年的科技工作者有责任进行这方面的科普宣传。

   微波是频率300MHZ到300GHZ的电磁波(不是放射性元素),世界整个空间都充满电磁波,手机通讯用的是微波,雷达用的是微波,全世界许多家庭(无论是发达和不发达国家)用的微波炉也是微波,微波无处不在,无处不有,微波已经是我们生活中最方便、快捷、效率高的一种加热技术。世界上常用两种频率915MHZ和2450MHZ作为微波加热的使用频率。

微波加热的发展史

   回顾微波加热应用的发展史,第二次世界大战后的1946年,Dr. Percy Spencer博士对雷达用的磁控管进行测试时发现,微波具有对极性物品的加热能力,之后科学家对商业和民用开始大力度的研究和应用,六十年代早期,人们对微波在科学和工业领域的巨大兴趣,发展了微波能源的新兴市场,结果建立了国际微波能研究所,六十年代为消费者提供经济实惠的微波炉产生。我国是70年代开始工业微波加热应用研究,许多科学工作者都有一种巨大的热情,也做出了较大贡献,但是由于微波加热设备具有较高的难度和在工业应用中需要有生产工艺的配合,以及设备工作的均匀性、安全性、稳定性和制造成本等问题,使得微波加热设备很难得到广泛应用,近年来,随着科学技术的较快发展,微波设备的成本较大下降,许多科技工作者对各种加工产品的不断研究,使得微波干燥技术开始广泛应用,人们也体会到微波干燥的快速、方便、节能带来的好处。实际上微波加热干燥在工业加工中的应用也才刚刚起步,需要有更多领域的开发和应用,更需要有识之士的支持。

微波加热干燥的研究

   微波加热、熟化在家庭中已经很普及,美国现有90%的家庭使用微波炉,欧洲发达国家使用率也超过85%,中国也有超过65%的家庭使用,微波加热的方便快捷已是众所周知。近10多年来在工业生产中的应用也在逐步扩大,但是由于微波技术的复杂性,工业中的应用也较缓慢,其主要困难在于:

微波专业知识

   微波是一种看不见摸不着的电磁波,需要具有较高的专业知识,例如,微波加热器的设计,是否达到较好的谐振;设备干燥的均匀性是否满足需要;设备安全性,是否能达到国家≤5mw/cm2的标准,设备应用过程中的稳定性等,最重要的还是微波干燥设备与物料干燥工艺的匹配和结合问题,没有较高的专业知识和应用工艺知识就很难生产出适用好用的设备。

微波设备制造厂对应用工艺的研究

   微波干燥设备要能够适用、好用,需要根据被干燥物品的生产工艺进行设计,只有满足干燥工艺条件的设备才是适用的设备,由于物品千差万别,设计设备也应区别对待,有的需要快速高温干燥、有的需要低温慢速干燥、有的在高水分时可以干燥、有的需要在低水分时才能干燥,有的是液体物料、有的是颗粒、有的是固体等等,区分物料的目的是为了得到最佳的干燥效果,达到干燥工艺要求,需要针对性的进行设计,不是一种设备什么产品都可以加工,也不是什么产品都能采用微波进行干燥。

微波设备的制造成本

   在70-80年代微波设备制造的成本很高,中大功率的设备大约每KW功率要1万多元,美国需要1万美元,因此,许多想用微波干燥的行业望而止步,再加上以前企业能力所限,不能大力投入,随着微波技术发展和大规模的生产,使得这项技术的广泛应用成为可能,现在一般的工业微波设备成本有较大幅度降低。

微波设备应用的安全性、均匀性和稳定性

安全性

   微波设备的安全性是指设备在工作时微波泄漏值,我国标准与国际发达国家标准相同都是≤5mw/cm2,长期在设备附近工作不会对人体有危害,现在大部分正规的微波设备制造厂都能达到,防止微波泄漏已不是大的技术难题。

均匀性

   微波干燥均匀性一直是世界性难题,虽然微波具有比普通加热方式有更好的穿透能力,也更加均匀,但是对不同物料微波设备在设计上也有很大差别,为解决微波加热均匀性我们花了20多年时间,使微波加热均匀性得到很大改善,现在仍在不断努力,例如我们对中药浸膏的干燥可以控制在±1.5%水分偏差,能符合产品加工工艺要求。

稳定性

   微波设备运行稳定性是检验一台设备设计是否合理、制作是否精良,稳定性高的设备干燥产品质量高、干燥品质稳定,设备能长期稳定运行,故障率低,这些都是检验设备稳定性的因素,稳定性差的设备不仅运行成本高,故障频繁,维修费用高,不能满足生产工艺要求,而且干燥产品质量也不稳定。


微波在食品中的应用

   微波在食品加工中的应用已较广泛,美国华盛顿大学2004年对微波加工食品的研究证明,它具有快速、高效、节能的优点,同时比传统的高温长时间加热方法更能保留食品的原始成分,开始提供军队使用,并对此进行了深入的研究(参见美国论文:Microwaves improve processed food quality)

   在民用微波方面,开始也有一些人认为,微波加热是否对食品有破坏作用,是否对人体不利,对此,美国、英国以及德国等国的科学家也进行了研究,结论是:微波加热是对物品整体进行的加热,是一种电磁能量直接作用于物品内部的加热,而我们的传统加热是由外到内的加热,节约了由外到内传导和外部空气传导的热损失。当然,不匹配的功率和加热过度也会引起物品的炭化,这与我们用传统方法过分加热一样,也会使得物品炭化,物品一旦炭化都会丢失原有成分,微波加热控制难度也要比传统加热大,因此,研究微波匹配功率和准确控制干燥水分变得十分重要。(参见美国livestrong网站:微波食品与健康)

   最近十多年,我们不仅对微波设备三性(均匀性、安全性、稳定性)的研究,同时把更多的精力放到与加工工艺的配合、功率匹配和精确控制干燥水分的研究,可喜的是,我们取得了重大进展,对物料的干燥成度与功率匹配,以及干燥到什么样的水分做到了较为精细的控制,举个简单例子,在物料含水率高时,采用较大功率干燥,随着物料含水率降低,微波功率随之降低,最终达到功率匹配和精确控制物料水分的目的。这就是我们生产的智能化微波干燥设备,例如智能化静态微波真空干燥设备,现在已经在食品和中药干燥中得到广泛应用,它体现了低温、快速干燥,节能效果达到50-90%,有效成分比传统干燥提高30%以上,大大降低了在干燥过程中药的有效成分流失。

微波干燥应用的未来

   随着社会的高速发展对大气的影响越来越严重,提高能源利用率越来越得到各国政府的重视,我们需要高效节能的设备,微波能的应用才刚刚开始,来之不易,需要我们深入研究不断扩大使用领域,制造出适用、好用的设备,一项新技术的推广应用,不仅需要科技人员的艰苦努力,同时也需要社会各界的支持和帮助,使微波能应用技术造福于人类。



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