微波干燥機(jī)理

    誠然，水分流通強(qiáng)度方程的解是如此復(fù)雜．但是它直接指示我們?nèi)绾卧u價各種因素對干燥過程的影響，以及提供分析各動力的作用和強(qiáng)化它們的有效途徑。幫助我們進(jìn)一半對干燥過程中熱量與水分的內(nèi)部傳遞機(jī)理的研究．同樣，微波加熱干燥過程的動力分析，包可以借助對這方程組的研究而得到有益的啟迪。

    (一)微波干燥機(jī)理

    微波加熱造就濕物料體熱源的存在，改變了常規(guī)加熱干燥過程中某些遷移勢和遷移勢梯度方向，形成了微波干操獨特機(jī)理。

    如前所述，出于濕物料中液態(tài)水損耗因素較大。能大量吸收微波能并轉(zhuǎn)換為熱能，因此，濕物料的升溫和蒸發(fā)是在濕物料整個體積中同時進(jìn)行的。在物料表面出于蒸發(fā)冷卻的緣故，卻使物料表面溫度賂低于里層溫度，這是其—。

    其二，濕物料干燥的結(jié)果是水分由其表層轉(zhuǎn)移到周圍介質(zhì)中去，即物料有水分質(zhì)量的遷移。常規(guī)介質(zhì)干燥理論指出，物料內(nèi)層水分向次層遷移，最終將通過干燥介質(zhì)(如熱空氣）帶出干燥裝置系統(tǒng)外，不管干燥機(jī)的工件是間歇式還是連續(xù)式的，干燥介質(zhì)已是需要在物料表面流過，貼接物料表面處將形成界面層。在界面層內(nèi)運動的工作介質(zhì)其運動狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)，必然地與干燥室內(nèi)遠(yuǎn)離界面處的工作介質(zhì)不問。例如，離界面層較遠(yuǎn)處的介質(zhì)流動速度較大，而在表面附近的界面層，由于物料表面的摩擦等原因，越近表面處的介質(zhì)流動速度就越小，在這界面層中產(chǎn)生出表面指向外的氣流速度梯度，其大小取決于表面層的面積和形狀，以及氣流的粘滯性。于是在對流干燥狀態(tài)下，該界面層的溫度低于介質(zhì)氣流的溫度，在離表面不同的距離上造成不同的溫度。這個溫度梯度方向與速度梯度方向一致，它的存在將繪傳熱和排濕造成附加阻力。所以界面層的存在妨礙了干燥，但又恰是依靠熱介質(zhì)對流干燥方法所不可起免的。

    然而，微波加熱時不存在溫度高于初料的干燥介質(zhì)，初料加熱的能量和徘濕并不依靠干燥介質(zhì)來傳遞或捎帶。因此，物料周圍的溫度，即離物料表面的空間各點處溫度不可能高于構(gòu)料表面的溫度。如果考慮排濕氣流對抗的情況，物料表面附近空間也會存在溫度梯度．可是該溫度梯度方向恰與干燥介質(zhì)對流的溫度梯度萬向相反，即由空間指向表面。

    微波加熱過程中物料的溫度梯度、傳熱和蒸汽壓遷移方向均一致，即由于微波加熱持性，決定了加熱干燥過程中無論是物料表面的界面層中，還是物料內(nèi)部均不存在障礙水分從物料巾脫去的因索。相對干燥介質(zhì)加熱方法而言，這就極大地改善了物料干燥過程中水分遷移條件。這正是我們在用不可逆過程熱力學(xué)方法分析強(qiáng)化供能遷移勢時期望出現(xiàn)的情況。

    事情進(jìn)行還不僅如此而止，由于在微波場中微波透入物科內(nèi)部使加熱一開始就進(jìn)行相當(dāng)劇烈，以致于物料蒸汽的形成速率有可能超過它的遷移速度。因此，在物料中總壓梯度。毫無疑問．該總壓梯度更促進(jìn)物料的排濕。這種現(xiàn)象也被實踐所證實，當(dāng)高濕物科在微波加熱前期，這種迅速形成的總壓梯度遷移動力，使物料內(nèi)水分加快向外擴(kuò)散，以致于部分水分還未來得及被汽化而已被排出物料外。

    這樣就使得微波加熱干燥在物料內(nèi)部傳遞動力方面比常規(guī)介質(zhì)干燥時增強(qiáng)了一個動力因子。在宏觀上表現(xiàn)為干燥速率加快。由此顯然使得微波干燥排濕情況優(yōu)于常規(guī)干燥。

    其次，由于存在這一附加項的壓力遷移動力，使微波具有由內(nèi)向外干燥的特點，即對物料整體而言，將是物料內(nèi)層首先完成干操脫水過程。如此情況給在常規(guī)干燥介質(zhì)加熱過程中某些內(nèi)層水分因外層先干燥形成硬殼板結(jié)而不易繼續(xù)蒸發(fā)干燥的物料帶來了福音。它們可以用微波加熱選擇性特點，在微波加熱時將內(nèi)層水分驅(qū)逐出來達(dá)到最終物料整體一致干燥的目的。例如，通心面的干燥最宜采用微波干燥，因為通心面有中空部分，濕氣不易排出而使常規(guī)介質(zhì)干燥法不易干燥。其它如蠶繭干煤也有類似的情況。

    在結(jié)構(gòu)上屬于毛細(xì)管多纖維組織的物料(如食品和谷物均用此例)，當(dāng)其毛細(xì)管內(nèi)水分迅速汽化時，在適當(dāng)條件下可使物科得到有利的膨化效果。據(jù)報導(dǎo)，國內(nèi)外用微波法對煙梗膨化均有成功的試驗。然而過大的能量耗散對干燥高密度、易碎介質(zhì)加工是不利的，因為粘滯阻力阻礙了物料內(nèi)水分向表面遷移。在極端情況下物料內(nèi)部汽化產(chǎn)生很高的內(nèi)壓力足使物料破裂。有趣的是這一不良后果，卻被用來進(jìn)行礦石粉碎作業(yè)。據(jù)報導(dǎo)，美國內(nèi)政部礦產(chǎn)局根據(jù)微波快速加熱礦石利用熱應(yīng)力使之破碎原理，加熱黃鐵礦，使鐵的提取串由不足10％增加到99％，并且節(jié)能24％。看來，微波加熱功率恰當(dāng)控制能直接影響加工狀況和后果，從而得到不同的應(yīng)用。