热风微波流态化干燥设备仿真优化设计与工艺研究

【摘要】微波干燥具有干燥速度快、效率高、能耗低的技术优势,但干燥产品均匀性差,成品率低；流化床干燥具有动态均匀干燥的优势；热风干燥在脱水果蔬加工中应用最广泛,技术成熟,但中后期的干燥效率低、速度慢,干燥时间长、能耗高、产品档次和营养成分保存率较低。将微波干燥的快速高效、流态化干燥的动态均匀干燥、热风干燥的高水分低成本等优势特点结合在一起,是一种新式的联合干燥技术——热风微波流态化干燥技术。本文对微波干燥室和馈能装置进行了优化设计与仿真分析,设计研制了对应的热风微波流态化干燥设备,并进行了胡萝卜的热风微波流态化干燥工艺试验。设计微波干燥设备的腔体,确定微波干燥腔体为矩形谐振腔,在腔体尺寸参数为800×690×600mm下,腔内符合要求的总模式数达到106,满足谐振腔模式较多的要求。使用AnsoftHFSS电磁仿真模拟软件,对该干燥腔的不同开口位置、不同组合的馈波口排布进行模拟仿真,模拟结果表明,6管单面均布开口的多管馈入式排布仿真效果最佳,微波场均匀性更好。采用CST电磁仿真模拟软件,研究相同物料不同大小、放置间距以及介电常数不同的物料对微波场的影响,仿真证明物料越小、放置间隔越小的情况下微波场分布更均匀,物料介质特性对微波场的分布主要体现在对电场极值的影响,介电常数越大,微波场强越小。分析了设备主要部件的设计依据。对微波加热装置、热风加热装置、振动装置以及控制装置进行了结构设计。对设备进行微波场均匀性和设备的性能进行验证,发现微波场均匀性可达到89.4%,均匀性良好。设备性能验证试验结果：微波输出功率最大为6kW,在(0.6-6kW)范围内可调节,热风功率在(0-4kW)范围内可调节,振动频率0-50Hz内调节,整机结构设计合理,参数选择正确,安全可靠、性能稳定、操作方便。对胡萝卜进行了干燥品质和质构特性的单因素研究,分析热风微波流态化干燥胡萝卜的工艺特性,研究结果表明：干燥胡萝卜随着热风温度的增加,感官质量先上升后下降,热风为70℃,感官质量最好；随着微波功率的增加,感官质量先上升后下降,微波功率为10W/g时,感官质量最好；随着转换点含水率的增加,感官质量先上升后下降,转换点含水率为50%时,感官质量最好；胡萝卜复水后与新鲜胡萝卜最为接近的参数条件为：热风温度70℃、转换点含水率为50%、微波功率8W/g。通过选取热风温度、转换点含水率和微波功率为自变量,应用正交试验进行胡萝卜热风微波流态化干燥胡萝卜的工艺优化,发现各因素对感官质量影响的显著效果由高到低排列为：热风温度>转换点含水率>微波功率。热风温度60℃、转换点含水率50%、微波功率10W/g时,感官质量取得最优值。
【作者】尹青；
【导师】赵有斌；
【作者基本信息】中国农业机械化科学研究院，农产品加工及贮藏工程，2014，硕士
【关键词】胡萝卜；热风干燥；微波流态化干燥；微波场均匀性；品质特性；工艺优化；

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