本發(fā)明涉及干燥設(shè)備，特別涉及一種熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：

微波真空干燥技術(shù)近年來發(fā)展迅速，尤其在食品工業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型干燥技術(shù)。利用微波作為熱源，相比于傳統(tǒng)加熱方式，微波加熱具有干燥速率快、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量高并且綠色環(huán)保無三廢排放等特點，符合國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略需求，并且，將微波干燥技術(shù)與真空干燥技術(shù)相結(jié)合，通過抽真空的方式降低水的沸點，可在低溫環(huán)境下實現(xiàn)物料的快速干燥，適合熱敏性、易氧化物料的干燥，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

然而，若單獨采用微波真空干燥技術(shù)干燥物料，不僅能耗較大，生產(chǎn)成本較高，同時，對于水分含量較高但傳熱特性較差的水果片，在微波真空干燥過程中，物料中心吸收的微波熱量難以散去，中心溫度往往較邊緣溫度高，而使得最終產(chǎn)品邊緣含水量較高，邊緣水分難以除盡。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備，不僅可以降低能耗和生產(chǎn)成本，同時，也可除去物料邊緣難以脫去的水分，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于上述設(shè)備的熱風(fēng)微波真空干燥方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備，包括PLC控制系統(tǒng)、干燥腔體，微波系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)和熱風(fēng)系統(tǒng)；所述PLC控制系統(tǒng)用于對微波系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)和熱風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行控制；

所述熱風(fēng)系統(tǒng)設(shè)于干燥腔體的底部，熱風(fēng)通過設(shè)有多個通風(fēng)孔的物料盤進(jìn)入干燥腔體；

所述熱風(fēng)系統(tǒng)包括鼓風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)加熱腔、熱風(fēng)進(jìn)氣管和熱風(fēng)測溫探頭；所述熱風(fēng)加熱腔一端與鼓風(fēng)機(jī)相連，另一端依次與進(jìn)氣閥、熱風(fēng)進(jìn)氣管連接，將熱風(fēng)導(dǎo)入干燥腔體底部；所述熱風(fēng)測溫探頭設(shè)于熱風(fēng)進(jìn)氣管上。

所述熱風(fēng)進(jìn)氣管設(shè)有排水閥。

所述微波系統(tǒng)包括多個磁控管，安裝于干燥腔體的側(cè)面及背面。

所述抽真空系統(tǒng)包括真空泵；所述干燥腔體的側(cè)壁上有抽真空孔，抽真空孔通過管道連接真空泵。

所述的熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備，還包括設(shè)置于干燥腔體的頂部的紅外溫度測量探頭，用于測定物料盤上的物料的溫度。

所述的熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備，還包括設(shè)置于干燥腔體的頂部的氣壓測量探頭，用于測量干燥腔體內(nèi)的真空度。

所述干燥腔體的底面中部為方形凹槽，凹槽面上有正方形排列的圓孔；所述物料盤為聚四氟乙烯材料，置于該干燥腔體底面中部凹槽上，物料盤底面設(shè)有正方形排列的圓孔，物料盤底面的圓孔與干燥腔體底面中部凹槽上的圓孔相對。

基于所述的熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備的熱風(fēng)微波真空干燥方法，包括微波干燥階段、熱風(fēng)干燥階段、真空干燥階段、微波真空干燥階段、熱風(fēng)微波干燥階段的任意組合。

所述熱風(fēng)微波真空干燥方法，當(dāng)使用微波進(jìn)行處理時，對微波輸出功率W、微波處理時間t_m以及物料限定維持溫度T_m進(jìn)行設(shè)置；當(dāng)使用熱風(fēng)進(jìn)行處理時，對熱風(fēng)溫度T_h和熱風(fēng)處理時間t_h進(jìn)行設(shè)置；當(dāng)進(jìn)行真空干燥處理時，對真空度P_s進(jìn)行設(shè)置。

所述熱風(fēng)微波真空干燥方法，對于熱敏性物料的微波干燥階段，T_m設(shè)置為45-80℃；對于物料的微波真空干燥階段，T_m設(shè)置為比預(yù)設(shè)真空度P_s條件下水的沸點溫度T_s高2-5℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果：

1.本發(fā)明集合了微波干燥、真空干燥和熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，各系統(tǒng)可獨立控制操作或協(xié)同作用，為多用途設(shè)備，可根據(jù)不同干燥物料特性，進(jìn)行微波干燥、微波真空干燥、熱風(fēng)干燥、微波熱風(fēng)干燥，或?qū)⑸鲜龈稍镞^程進(jìn)行串聯(lián)組合使用，以滿足不同物料的干燥。

2.本發(fā)明是在現(xiàn)有微波真空干燥設(shè)備的基礎(chǔ)上，加入熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，結(jié)合了兩者優(yōu)勢：在物料進(jìn)行微波真空干燥前，利用熱風(fēng)干燥除去一部分水分，可降低能耗和生產(chǎn)成本；在物料進(jìn)行微波真空干燥后，利用熱風(fēng)干燥，可除去物料邊緣難以脫去的水分，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中示出：PLC控制系統(tǒng)1，磁控管2，排濕閥3，干燥腔體4，氣壓測量探頭5，紅外溫度測量探頭6，爐門7，真空抽氣閥8，真空泵9，鼓風(fēng)機(jī)10，熱風(fēng)加熱腔11，熱風(fēng)測溫探頭12，熱風(fēng)進(jìn)氣閥13，排水閥14，物料盤15。

圖2為本發(fā)明的熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備的底面俯視圖。

圖3為本發(fā)明的熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備的底面中部凹槽圓孔分布示意圖。

圖4為本發(fā)明的熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備的物料盤的俯視圖。

圖5為本發(fā)明的熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備的物料盤的正視圖。

圖6為本發(fā)明的熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備的物料盤的圓孔分布示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

如圖1所示，本實施例的熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備，包括PLC控制系統(tǒng)1，磁控管2，排濕閥3，干燥腔體4，氣壓測量探頭5，紅外溫度測量探頭6，爐門7，真空抽氣閥8，真空泵9，鼓風(fēng)機(jī)10，熱風(fēng)加熱腔11，熱風(fēng)測溫探頭12，熱風(fēng)進(jìn)氣閥13，排水閥14，物料盤15。

本實施例的熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備采用6個磁控管，每個磁控管的額定輸出功率為1kw，磁控管及波導(dǎo)管安裝在干燥腔體的側(cè)面及背面，為微波(真空)干燥過程提供熱源。所述熱風(fēng)加熱腔一端與鼓風(fēng)機(jī)相連，另一端依次與進(jìn)氣閥、熱風(fēng)進(jìn)氣管連接，將熱風(fēng)導(dǎo)入干燥腔體底部；所述熱風(fēng)測溫探頭設(shè)于熱風(fēng)進(jìn)氣管上；所述熱風(fēng)進(jìn)氣管為U型，進(jìn)氣管的底部連接排水管。所述排濕管安裝在干燥腔體的側(cè)面，引導(dǎo)濕熱空氣排出干燥腔體外。所述干燥箱體的側(cè)壁上有抽真空孔，抽真空孔通過管道連接有真空泵。

所述干燥腔體的底面中部為方形凹槽，如圖2～3所示，凹槽面上有正方形排列的直徑為2mm圓孔，兩相鄰圓孔的圓心距為4mm；所述物料盤為聚四氟乙烯材料，正好置于該干燥腔體底面中部凹槽上，如圖4～6所示，物料盤底面設(shè)有正方形排列的直徑為3mm圓孔，兩相鄰圓孔的圓心距為4mm，物料盤底面的圓孔正好與干燥腔體底面中部凹槽上的圓孔相對，熱風(fēng)可自下而上通過，而微波則被屏蔽。所述熱風(fēng)溫度測定探頭位于熱風(fēng)進(jìn)氣管上，所述紅外溫度測量探頭和氣壓測量探頭位于干燥腔體的頂部，分別用于測定熱風(fēng)出口溫度、物料溫度和腔體內(nèi)真空度，并將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，并在PLC系統(tǒng)上實時顯示。

本實施例的熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備，工作過程如下：

開啟設(shè)備電源，進(jìn)入PLC控制系統(tǒng)，在操作界面上根據(jù)物料干燥過程，可最多設(shè)置5個干燥階段，每一干燥階段可分別對熱風(fēng)系統(tǒng)、微波系統(tǒng)和真空系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置(熱風(fēng)系統(tǒng)和真空系統(tǒng)不能同時啟動)。當(dāng)使用熱風(fēng)干燥時，可對熱風(fēng)溫度T_h和熱風(fēng)處理時間t_h進(jìn)行設(shè)置；當(dāng)使用微波干燥時，可對微波輸出功率W、微波處理時間t_m以及物料限定維持溫度T_m進(jìn)行設(shè)置；當(dāng)使用真空干燥時，可對真空度P_s進(jìn)行設(shè)置。

a.熱風(fēng)干燥系統(tǒng)

在PLC控制系統(tǒng)中，可對熱風(fēng)溫度T_h和熱風(fēng)干燥時間t_h進(jìn)行設(shè)置。啟動熱風(fēng)干燥系統(tǒng)對物料進(jìn)行干燥時，系統(tǒng)將自動關(guān)閉真空抽氣閥，打開進(jìn)氣閥和排濕閥。

優(yōu)選地，熱風(fēng)溫度T_h可設(shè)定40-110℃。

b.微波干燥系統(tǒng)

在PLC控制系統(tǒng)中，可對微波輸出功率W、微波干燥時間t_m以及物料限定維持溫度T_m進(jìn)行設(shè)置。特別地，為保證在微波(真空)干燥過程中，物料溫度過高，影響產(chǎn)品質(zhì)量，可對物料限定維持溫度T_m進(jìn)行合理設(shè)置。其控制機(jī)制是：當(dāng)物料實測溫度T達(dá)到或高于限定維持溫度T_m時，系統(tǒng)將停止微波輸出(微波停止輸出時間仍計入微波干燥時間)，直到實測溫度T低于T_m-1℃時，系統(tǒng)將再次啟動微波輸出，如此反復(fù)，將物料干燥過程的溫度始終維持在T_m±1℃，直到微波(真空)干燥結(jié)束。

優(yōu)選地，對于熱敏性物料的微波干燥，T_m可設(shè)置為45—80℃；對于物料的微波真空干燥，T_m可設(shè)置為比預(yù)設(shè)真空度P_s條件下水的沸點溫度T_s高2-5℃。

c.真空系統(tǒng)

在PLC控制系統(tǒng)中，在熱風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉條件下，可對干燥過程的真空度P_s進(jìn)行設(shè)置。開啟真空系統(tǒng)后，系統(tǒng)將自動打開真空抽氣閥，關(guān)閉熱風(fēng)進(jìn)氣閥和排濕閥。真空度使用兩點式控制方式，通過開啟和關(guān)閉真空泵使干燥過程的真空度維持在預(yù)設(shè)真空度P_s±0.01MPa范圍內(nèi)。

實施例2

使用本發(fā)明的熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備，干燥3kg厚度約0.5cm的芒果片。經(jīng)實測，芒果片初始含水量為87.40％。將芒果片均勻鋪在物料盤上，放入真空干燥腔體內(nèi)，關(guān)閉爐門。打開設(shè)備電源，進(jìn)入PLC控制系統(tǒng)，使用三個干燥階段對物料進(jìn)行干燥，具體設(shè)置如下：

1.熱風(fēng)干燥，T_h＝45℃，t_h＝60min；

2.微波真空干燥，W＝6kw，t_m＝30min，T_m＝48℃，P_s＝0.95MPa；

3.熱風(fēng)微波干燥，熱風(fēng)設(shè)置T_h＝50℃，t_h＝20min，微波設(shè)置W＝2kw，t_m＝20min，T_m＝52℃。

設(shè)置完成后，啟動干燥程序，待干燥完成后，打開爐門，取出干燥產(chǎn)品。經(jīng)微波真空干燥后產(chǎn)品無表面干裂、局部焦化現(xiàn)象，經(jīng)測定干燥后芒果片水分含量為4.75％。

實施例3

使用本發(fā)明的熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備，干燥3kg厚度約0.5cm的芒果片。經(jīng)實測，芒果片初始含水量為87.40％。將芒果片均勻鋪在物料盤上，放入真空干燥腔體內(nèi)，關(guān)閉爐門。打開設(shè)備電源，進(jìn)入PLC控制系統(tǒng)，使用三個干燥階段對物料進(jìn)行干燥，具體設(shè)置如下：

1.熱風(fēng)微波干燥，熱風(fēng)設(shè)置T_h＝45℃，t_h＝20min，微波設(shè)置W＝2kw，t_m＝20min，T_m＝45℃；

2.微波真空干燥，W＝6kw，t_m＝30min，P_s＝0.95MPa，T_m＝48℃；

3.熱風(fēng)干燥，T_h＝50℃，t_h＝20min。

設(shè)置完成后，啟動干燥程序，待干燥完成后，打開爐門，取出干燥產(chǎn)品。經(jīng)微波真空干燥后產(chǎn)品無表面干裂、局部焦化現(xiàn)象，經(jīng)測定干燥后芒果片水分含量為5.38％。

實施例4

使用本發(fā)明的熱風(fēng)微波真空干燥設(shè)備，干燥3kg厚度約0.5cm的香蕉片。經(jīng)實測，香蕉片初始含水量為90.83％。將香蕉片均勻鋪在物料盤上，放入真空干燥腔體內(nèi)，關(guān)閉爐門。打開設(shè)備電源，進(jìn)入PLC控制系統(tǒng)，使用三個干燥階段對物料進(jìn)行干燥，具體設(shè)置如下：

1.熱風(fēng)干燥，T_h＝55℃，t_h＝45min；

2.微波干燥，W＝4kw，t_m＝30min，T_m＝60℃；

3.熱風(fēng)干燥，T_h＝70℃，t_h＝20min。

設(shè)置完成后，啟動干燥程序，待干燥完成后，打開爐門，取出干燥產(chǎn)品。經(jīng)微波真空干燥后產(chǎn)品無表面干裂、局部焦化現(xiàn)象，經(jīng)測定干燥后香蕉片水分含量為4.89％。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。