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微波加热的技术原理及设备特点

作者:www.dryers.cc   发布时间:2015-02-03   浏览:

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内容简介: 微波加热则属内部加热方式,电磁能直接作用于介质分子转换成热,且透射使介质内外同时受热,不需要热传导,故可在短时间内达到均匀加热。

关键词:微波加热设备微波加热机微波加热技术微波技术微波加热原理

1、什么是微波

微波与无线电波、电视信号、通讯雷达、红外线、可见光等一样,都属电磁波,只是波长不相同。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),通常用于电视、广播、通讯技术中,如图(一)。而近代把微波作为一种能源,又拓展了一个分支技术,在工农业上进行加热、干燥;在化学工业中进行催化、萃取等化学反应和激发等离子体等等。家用微波炉的使用更标志微波技术的日趋成熟。
由于电磁波的应用极为广泛和普及,特别是通信领域,为避免相互干扰,国际无线电管理委员会对频率的划分作了具体规定。分给工业、科学和医学用的频率有433兆赫、915兆赫、2450兆赫、5800兆赫、22125兆赫,与通信频率分开使用。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、微波加热原理
物料介质由极性分子和非极性分子组织,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。而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资必定吸收微波。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V ----物料介质吸收微波的有效体积。

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,这就存在一个投射能力和加热深度问题,什么叫穿透能力呢?穿透能力就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D,既从式中可看出,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。

3、微波加热设备的优点
(1)加热速度快
常规加热(如火焰、热风、电热、蒸汽等)都是利用热传导、对流、热辐射将热量首先传递给被加热物的表面,再通过热传导逐步使中心温度升高(既常称的外部加热)。它要使中心部位达到所需的温度,需要一定的热传导时间,而对热传导率差的物体所需的时间就更长。微波加热则属内部加热方式,电磁能直接作用于介质分子转换成热,且透射使介质内外同时受热,不需要热传导,故可在短时间内达到均匀加热。
(2)均匀加热
 用外部加热方式加热时,为提高加热速度,就需升高外部温度,加大温差梯度。然而随之就容易产生外焦内生现象。微波加热时不论形状如何,微波都能均匀渗透,产生热量,因此均匀性大大改善。
(3)节能高效
不同物料对微波有不同吸收率,含有水份的物质容易吸收微波能。玻璃、陶瓷、聚丙烯、聚乙烯、氟塑料等则很少吸收微波,金属将反射电波,这些物质都不能被微波加热。微波加热时,被加热物料一般都是放在用金属制成的加热室内,加热室对电磁波来说是个封闭的腔体,电磁波不能外泄,只能被加热物体吸收,加热室内的空气与相应的容器都不会被加热,所以热效率高。同时工作场所的环境温度也不会因此而升高,生产环境明显改善。
(4)易于控制
 微波功率的控制是由开关、旋钮调节,即开既用,无热惯性,功率连续可调,易于自动化。
(5)清洁卫生
对食品、药品等加工干燥时,微波热效应与生物效应能在较低的温度下迅速杀虫灭均,能最大限度的保持营养成分和原色泽,所以微波加热在食品工业中得到广泛的应用。
(6)选择性加热
不同性质的物料对微波的吸收损耗不同,既选择性加热的特点,这对干燥过程有利。因为水分子对微波的吸收损耗最大,所以含水量高的部位,吸收微波功率多于含水量较低的部位,从而干燥速率趋一致。但有些物质呈负温度系数,温度愈高,εr和tgδ将增大,吸收愈好,造成正反馈使这一部分的温度急剧上升。对这类物质进行微波加热就要注意合理制定加工工艺。
(7)安全无害
通常微波能是在金属制成的封闭加热室、波道管内传输。公司集多年加工经验和技术装备,采用先进设计,使进出料口、观察窗、炉门等处的微波泄漏严格控制在国家安全标准指标内,大大低于国家制定的安全标准。而且微波不属于放射性射线、又无有害气体排放,是一种十分安全的加热技术。微波加热干燥方法与通常加热方法(如热空气、火焰、电热器、煤气炉、红外线、高频感应加热等)相比,具有许多特点。主要是:不需热量由表及里的传递,直接加热物体内部,且热常场温度分布均匀;温度可瞬时控制,准确控制加热时间;所需加热时间短;产品质量、产量及劳动生产率得到提高;适合生产过程自动化;无公害、污染问题。在我国首先是从微波理疗机的试制开始,随后推广到食品、茶叶、烟草、皮革、药品、纸张、木材、橡胶等轻工业产品的加工方面,以及农业上的粮食烘干、种子处理等方面

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