在真空條件下，物料內部水分在低溫狀態(tài)下就可以很快蒸發(fā)，達到低溫干燥的目的。微波真空干燥在果蔬、水產品、谷物等食品加工領域的應用研究得到廣泛關注。工業(yè)使用的微波干燥設備仍以常壓隧道式微波設備為主， 微波真空干燥設備仍處于微型小試和間歇式設備階段。本文設計三層連續(xù)微波真空干燥設備，采用三層往復輸送結構，使物料在干燥過程中呈“準動態(tài)”狀態(tài)，可多次翻轉、移位。使物料干燥均勻度得到了很大的提高。

  1 三層連續(xù)微波真空干燥設備的主要結構與關鍵技術

  1.1 主要結構

  三層連續(xù)微波真空干燥設備是由微波系統(tǒng)、微波真空干燥室、微波抑制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、真空抽氣抽濕系統(tǒng)、設備支架、進出料系統(tǒng)等部件組成。在干燥過程中，采用三層連續(xù)式的PP網帶結構，為防止落料，在網帶兩側增加擋邊，使得物料干燥更均勻、。該設備示意圖參見圖1。

  圖1 三層連續(xù)微波真空干燥設備示意圖

  其工作過程：第1步，啟動真空泵，使真空干燥室內產生一定的真空度，并通過真空截止閥來維持干燥室內的真空度。第二步，物料通過雙真空進料系統(tǒng)由進料口進入微波真空干燥室，此時啟動微波源，物料開始進行微波真空干燥加工，物料傳輸系統(tǒng)物料在微波真空干燥室內以一定的速度勻速前進，同時，在各層間呈“S”形運動，對物料形成翻轉，使得物料能更加均勻地接受到微波能，物料干燥過程結束后由雙級真空出料系統(tǒng)出料，物料進入下一工序。

  1.2 關鍵技術

  (1)微波真空干燥室設計

  耦合口是微波真空干燥室與微波傳輸系統(tǒng)的連接處，是場強比較集中的地方，經常出現氣體擊穿、打火和拉弧放電現象。采用微波源多饋入口輸入方式，即用多個微波源輸入，每個微波源通過各自的耦合口把微波能輸入到干燥室內，進一步降低耦合口的場強，該饋入方式同時提高了干燥室內微波場分布的均勻性。

  適當選擇耦合口的位置，使激勵場取不相干的極化方向，這樣可將微波源相互耦合減至小。干燥室內計算出的模式數，只用于腔內可能存在的模式數，其能否被激發(fā)，要取決于波導口的耦合情況，如果耦合情況好，就能得到這些模式;如果耦合不當，就會使一些模式得不到激發(fā)而不存在，這些未得到激發(fā)的模式稱為禁戒模式。發(fā)生禁戒模式的條件是激勵口與該模式場的時空對稱性相反(即一個對稱，另一個反對稱)，因此在設計三層連續(xù)微波真空干燥設備波導口方位時，就考慮波導口處在需要激發(fā)的模式強場區(qū)和可能存在的寄生模式的弱場區(qū)。

  選擇在圓柱腔壁上不同方位開饋入口，有利于腔體內模式的耦合和使腔內場均勻分布，具體見圖2。

  圖2 耦合口方位展開圖及截面圖

  (2)進出料裝置的設計

  為物料的連續(xù)進出，采用雙級真空擋板閥裝置。該裝置由進料斗、緩沖倉、上真空擋板閥、暫存?zhèn)}、下真空擋板閥、接口等部分組成。同時，在進料端輔以電磁布料裝置，使物料均勻分布于傳送帶上。其動作過程為，初始狀態(tài)上、下真空擋板閥均閉合，物料經進料斗進入緩沖倉，達到一定質量后，上真空擋板閥首先打開，物料進入緩沖倉，然后上真空擋板閥關閉，下真空擋板閥打開，物料經接口進入設備內部，下真空擋板閥關閉，完成一動作循環(huán)，準備進入下一循環(huán)。輔助的布料裝置，了間隙時間內，物料的連續(xù)性。真空擋板閥采用電動控制，同時擋板上嵌有食品級硅橡膠密封材料用以真空密封，接口處有導電材料密封微波。

  圖3 進出料裝置簡圖

  (3)電控系統(tǒng)設計

  隨著干燥設備應用的不斷深入，對設備的數字化、智能化的要求越來越高，除了干燥溫度的控制與顯示外，還要求故障的檢測與顯示以及信息的上傳，以便于集中管理與控制，這對于以往的繼電控制是很難實現的。采用抗干擾性能好，具有通信功能的PLC，以及人機界面觸摸屏，能較好地實現上述功能。

  電氣控制系統(tǒng)主要由帶模擬量輸入/輸出模塊和RS-485串行通信接口的PLC、人機界面觸摸屏、真空泵及通氣閥、物料輸送電機、紅外測溫儀、微波磁控管、電動真空蝶閥、繼電器模塊及變頻器等組成。

  設備的控制分為自動控制，通過相應的PLC程序加以實現。自動功能是在干燥室一切正常時，按照干燥操作流程控制各部分電器自動完成工作的一種程序。

  干燥操作流程如下：首先設定真空度和加溫溫度，關閉通氣閥抽真空到設定值，啟動加料機、電動真空蝶閥和物料傳送電機使物料進入干燥室，打開磁控管冷卻電機和磁控管開始加熱干燥，設備正常工作。工作結束后先關閉微波，停止抽真空，關閉物料電機，冷卻片刻后關閉磁控管冷卻系統(tǒng)電機。

  由于PLC可靠性高、編程靈活，為設備的試制和調試提供了很大的方便，且與傳統(tǒng)的繼電器控制及單片機控制相比較，用PLC與觸摸屏控制，很大程度上提高了設備的數字化和智能化，使操作更簡便、管理更容易，為設備的維護提供了有效的。

  2 其它關鍵問題及解決

  微波真空干燥是一門涉及微波技術、真空技術、干燥技術、流體力學、傳熱傳質學和自動控制等學科復雜的技術，是交叉學科發(fā)展的產物。該系統(tǒng)涉及干燥不均勻問題、電磁場場強分布、控制策略優(yōu)化、干燥終點判別、輝光放電、自動控制等關鍵技術，通過相應的設計、加工工藝、合理的操作規(guī)程等技術手段加以解決。

  2.1 微波發(fā)生源的冷卻

  三層連續(xù)微波真空干燥設備，要求具有長時間不停機持續(xù)運轉的能力。作為微波發(fā)射源的磁控管在工作時會產生大量的熱，其冷卻效果的好壞對磁控管本身的工作壽命影響很大。三層連續(xù)微波真空干燥設備設計了微波發(fā)生源的獨特冷卻系統(tǒng)。將電氣元件及微波發(fā)生器分布在頂層，微波發(fā)生器呈品字型分布在微波腔體頂部上，因此對設備的微波發(fā)生器部分及電氣元件采用水冷卻方式，變壓器冷卻采用水冷與油冷相結合，很好地解決了冷卻問題，了設備的長期穩(wěn)定運行。

  2.2 真空和微波密封

  連續(xù)式進出料結構可設備的連續(xù)化生產，由于進出料連續(xù)不間斷，所以該結構需具有較好的密封性來保持整個設備的真空度并防止微波泄漏，所以密封是該設備的關鍵。

  微波真空密封結構在三層連續(xù)微波真空干燥設備的各個連接處，需要同時進行真空和微波的雙重密封，將微波泄漏量控制在安全標準范圍內，真空度也應達到相應的設計要求。因此，在微波真空干燥室和饋能裝置的接口、進出料口和各法蘭等地方，不僅采用適合的微波密封材料來防止微波泄漏，而且還需采用橡膠圈進行真空密封。三層連續(xù)微波真空干燥設備相應采用導電橡膠條、導電金屬圈等作為微波密封材料。

  3 結語

  三層連續(xù)微波真空干燥設備提供了一種新型、高效的干燥設備。在研制過程中成功解決了物料連續(xù)真空進出的難題，物料在干燥室均勻受熱，自動翻轉。下一步需要繼續(xù)研究和解決的問題是如何能準確測定或模擬干燥室中微波場、溫度場的分布情況、微波干燥的瞬間傳熱理論以及多種干燥模式相結合的復合微波干燥技術。以上問題，在理論上顯得特別重要，同時對實際生產中提高設備的干燥效率，降低設備的能耗具有很大意義。