浓缩与干燥技术系列二

微波干燥

（1）微波加热干燥原理

微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电磁波（波长1米-1毫米），具有较强的穿透性。物料介质由极性分子和非极性分子组成，在电磁场作用下，这些极性分子从随机分布状态转为依电场方向进行取向排列。

微波发生器将微波辐射到干燥物料上，当微波射入物料内部时，促使水等极性分子随微波的频率作同步旋转，在微波电磁场作用下，这些取向运动以每秒数十亿次的频率不断变化，造成分子的剧烈运动与碰撞摩擦，从而产生热量，达到电能直接转化为介质内的热能。

可见，微波加热是介质材料自身损耗电场能量而发热。而不同介质材料的介质常数εr和介质损耗角正切值tgδ是不同的，故微波电磁场作用下的热效应也不一样。由极性分子所组织的物质，能较好地吸收微波能。

水分子呈极强的极性，是吸收微波的最好介质，所以凡含水分子的物质必定吸收微波。另一类由非极性分子组成，它们基本上不吸收或很少吸收微波，这类物质有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜等、塑料制品和玻璃、陶瓷等，它们能透过微波，而不吸收微波。这类材料可作为微波加热用的容器或支承物，或做密封材料。

在微波电场中，介质吸收微波功率的大小P 正比于频率f、电场强度E 的平方、介电常数εr 和介质损耗正切值tgδ。

即：

此外，在实际应用中会出现一种现象，就是有的加热透，有的加热不透，这就存在一个穿透能力和透射深度问题。穿透能力是电磁波穿入到介质内部的本领，电磁波从介质的表面进入并在其内部传播时，由于能量不断被吸收并转化为热能，它所携带的能量就随着深入介质表面的距离，以指数形式衰减。

透射深度被定义为材料内部功率密度为表面能量密度的1/e 或36.8%处算起的深度。

从上式可看出，微波的加热深度比红外加热大得多，因为微波的波长是红外波长的近千倍。红外加热只是表面加热，微波是深入内部加热。

目前国内用于工业加热的常用频率为915兆赫和2450兆赫。 微波频率与功率的选择可根据被加热材料的形状、材质、含水率的不同而定。

（2）微波干燥的特点

①效率高、节约能源、加热均匀。微波具有穿透性，能穿透到被加热物体的内部进行加热，做到里外同时加热，电热效率高、加热均匀、热损失小。与常规电热干燥相比，一般可节电1/3-1/2。

②低温杀菌效果好，微波热效应、非热效应双重杀菌作用，与常规方法比，具有低温、快速的特点。

③控制方便及时、生产不受气候条件影响，微波设备即开即用，没有热惯性，微波功率的大小、传输速度可连续平滑调节，可连续24小时生产。

④微波设备加热时本身没有热辐射，可改善劳动条件。微波泄漏量符合国家标准。设备结构紧凑、占地面积小。

喷雾干燥

（1）喷雾干燥原理

喷雾干燥是采用雾化器将原料液分散为雾滴，并用热气体（空气、氮气或过热水蒸气）干燥雾滴而获得产品的一种干燥方法。原料液可以是溶液、乳浊液、悬浮液，也可以是熔融液或膏糊液。干燥产品根据需要可制成粉状、颗粒状、空心球或团粒状。

溶液的喷雾干燥，是在瞬间完成的。为此，必须最大限度地增加其分散度，即增加单位体积溶液中的表面积，才能加速传热和传质过程。

例如体积为1cm3的溶液，若将其分散成直径为10μm 的球形小液滴，分散前后相比，表面积增大1290倍，从而大大地增加了蒸发表面，缩短了干燥时间。因此液体的雾化、将料液分散为雾滴的雾化器是喷雾干燥的关键部件。