一种微波干燥方法及其采用的装置与流程

本发明涉及微波干燥
技术领域：
，具体涉及一种微波干燥方法及其采用的装置。
背景技术：
：微波干燥方法充分利用了微波加热速度快，效率高的优点，大大缩短了干燥产品所需的时间，节能提效效果显著，微波干燥在社会生产中得到了充分认可。微波干燥是一种内部加热的方法，具体是：湿物料处于振荡周期极短的微波高频电场内，其内部的水分子会发生极化并沿着微波电场的方向整齐排列，而后迅速随高频交变电场方向的交互变化而转动，并产生剧烈的碰撞和摩擦(每秒钟可达上亿次)，结果一部分微波能转化为物料中水分子的动能，使水的温度升高直至气化脱离物料，从而使物料得到干燥。也就是说，微波进入物料并被吸收后，其能量在物料电介质内部直接转换成热能。现有技术中采用微波干燥，大概有以下几种方式：(1)将待干燥产品直接放入微波干燥设备中进行干燥；(2)采用申请号为200920234330.1的实用新型专利所公开的干燥方法进行干燥；(3)用申请号为201410025343.3的发明专利所公开的干燥方法进行干燥。现有技术中，微波干燥过程中存在以下尚需解决的问题：首先，微波干燥的加热效率较低。商用微波技术节能的关键是因为微波能对样品进行从内向外的加热，无需像传统技术一样通过气体介质与待加热样品进行间接传热，加热干燥同样产量的样品，微波加热技术可以显著降低体系的热负荷，能量利用率得以显著提高，实现节能。现有商用微波干燥技术重视微波对待干燥产品的高效加热作用，忽视了这些物料被微波加热时周边的低温气氛环境，大量的来自微波的热能通过对流、辐射、传导等途径从物料转移到微波干燥腔体内的冷空气中，导致升温速度的减慢和微波效率的降低。其次，伴随现有微波干燥技术的热损失过大。随着干燥过程的进行，微波干燥腔体内的空气湿度逐渐增大，温度也逐渐提高，现有微波干燥工艺采用定时或湿度高于阀值时的强行抽气排湿方法，大量携带显热和水汽潜热的湿热风被抽湿排空，损失气体则外部补充，虽然可以达到排湿出水的目的，代价却是干燥腔内热风的大量损失和温度的大幅降低，损失的热量的的补偿会直接增大能耗，降低微波干燥工艺的效益。最后，现有商用微波干燥方法未能原有与物料最优干燥工艺对接，无法充分发挥微波干燥快速、高效、的特征，为了满足物料形状、形态、物理化学性质不在微波快速干燥作用下发生有害变化，只能采取压制微波加热贡献，降低微波输入功率等方案，这些都使微波干燥的效率大打折扣，无法“物尽其用”。综上所述，急需开发一种具有干燥效率高、能耗适当且干燥产品质量好的干燥方法以解决现有技术的不足。技术实现要素：本发明目的在于提供一种操作方便、干燥效率高、能耗低以及干燥产品质量好的微波干燥方法，具体技术方案如下：一种微波干燥方法，包括以下要素：待干燥产品置于微波干燥设备中的密闭且隔热的密封腔体中；微波干燥设备发射微波进行微波干燥，同时将密封腔体内的气体进行强制对流；监控密封腔体内的气体的温度和待干燥产品的表面温度，与此同时不间断地抽出密封腔体内的部分含湿气体进行后处理后返回至密封腔体内。以上技术方案中优选的，所述后处理包括以下步骤：步骤a、通过降温处理将从密封腔体内抽出的含湿风的温度降至其露点温度以下，此时部分水分结露成为液态水而从含湿风中脱除，得到去湿风；步骤b、将去湿风进行加热处理，得到去湿暖风。以上技术方案中优选的，监控腔体内气体温度以及带干燥产品表温度的原则是：微波干燥时密封腔体内的气体的温度t1与使用常规干燥方法的干燥环境温度to的关系为：t1≤to+10℃，此举可以实现物料微波干燥工艺与常规干燥工艺的快速、正确衔接；待干燥产品的表面温度t2与常规工艺中等速恒温阶段最高允许的物料的表面温度tmax的关系为t2≤tmax+5℃，与微波干燥时密封腔体内的气体的温度t1的关系为t2≤t1+20℃，此举用于确保微波输入功率使物料表面温度自始至终被限定于该框架内，能够达到对物料内部水分向外迁徙具有合适的迁徙速度；对含湿风进行降温处理时降温换热面温度t3与含湿风的露点温度tl的关系为tl-10℃≤t3≤tl；去湿暖风的温度t4与含湿风的露点温度tl的关系为t4≥tl+1℃，此举则可以控制循环气体的温度、湿度处于有利气体状态，维持物料表面水膜合适的蒸发速度。以上技术方案中优选的，强制对流的方式为采用可控对流的风扇进行搅拌；气体进行强制对流时相对于物料的风速v的取值为：0.5m/s≤v≤4m/s；所述风扇的转速式中：nmax和nmin分别为相对风速为4m/s及0.5m/s时风扇的转速，允许最大偏差为20r/min；t1为微波干燥时密封腔体内的气体的温度；t2为待干燥产品的表面温度。以上技术方案中优选的，每小时从密封腔体内抽出并进行后处理的气体的体积为密闭腔体的容积的1/4～2.5倍。以上技术方案中优选的，所述降温处理为换热器自然风冷、换热器强制风冷、水冷或热泵冷却；所述加热处理为微波加热、电热、工业余热换热、地热加热、太阳能加热或热泵加热。以上技术方案中优选的，采用热泵的冷端作为冷源对所述含湿风进行降温处理和除湿处理的同时，采用该热泵的热端对所述去湿风进行加热处理或者是所述热泵的热端的热源还包括热泵的冷端从大气、工业烟气、天然水体、含地热的水体中获取的热量；所述微波干燥为连续式微波干燥或/和间歇式微波干燥，所述微波加热为连续式微波加热或/和间歇式微波加热。应用本发明的技术方案，结合了物料干燥过程的物理化学规律，在常规微波干燥技术基础上增加了对于微波干燥设备中密封腔体内气体介质的属性控制，增加了对于被干燥物料的监控，摒除微波干燥过程造成物料干燥过度、变形、烧焦、变性等工艺问题，达到高效利用微波能进行快速微波干燥的目的；同时通过湿气循环再利用、腔体保温等途径对微波干燥过程进行了节能强化，具有优质、高效、节能的优点。详情如下：1、节能方面，具体是：本发明强调干燥体系的密闭属性，具体表现在物流和能量流两个方面：a、热损失控制：对干燥方法与设备中密封腔体及管道的保温措施最大程度上降低了干燥体系内热量透过金属材质腔壁、管壁的造成散热损失，该措施一方面抬升了干燥体系内的平均温度，加速干燥过程，另一方面还可以达到直接节电5～10％的工艺效果；b、余热利用：本发明摒弃了传统微波干燥工艺中强制抽取湿热空气并直接排空的方案，而是持续将含湿热气抽出，然后将这部分气体经过部分冷凝除湿后全部送回体系进行循环利用，由于这些气体相对于环境温度高得多，相比强排抽湿热风后直接用大气补充体系内气体，可降低能耗20～35％。2、工艺效果好，本发明深谙微波干燥及干燥过程物理学之精髓，相比传统微波干燥方法更加快捷优质，具体是：本发明结合了传统干燥工艺并结合微波加热的特点，预热升温阶段以循环热风为主、少用或不用微波为加热手段加热密封腔体体的高湿物料，避免微波直接加热导致开裂、变形；恒速干燥段和减速干燥段，通过控制干燥物料表面温度t2与气氛温度t1(微波干燥时密封腔体内的气体的温度)，可以使水分从物料内部向外表面的迁移速度与物料表面的蒸发速度相匹配，在此基础上即可以最大可能性提高水分蒸发速度，提高单位装机功率的产率，又可以确保带干燥物料的结构在微波环境中免遭破坏，导致变形、干芯、黑芯的生产事故发生，彻底解决微波干燥产量大但品质不佳，或者保证品质条件下产量不达标的行业性问题，因此，本发明直接对接物料传统干燥工艺，使用接近于传统干燥工艺的环境(气氛)工艺条件，独特气氛温度、物料温度同时监控，确保微波高效干燥同时避免物料在微波场中温度过高造成结构破坏，同时尽可能保证发挥出微波快速干燥的特性，确保优质干燥效果。3、两方面的优势有效提升干燥产能，具体是：a、物料流方面，针对物料蒸发的原理进行蒸发过程的设计，本发明除了沿用微波加速干燥的理念外，强调干燥过程中的强制通风，高温及强制对流通风措施大大提升了针对物料表面水膜的蒸发，实际效果是微波由于穿透效应实现对物料的快速热能输入，完成对物料的通体加热，加速内部结构水的析出以及自由水的向外迁徙，两方面结合，大大提升了水分脱除效率，提高了单位装机功率的产能。b、能量流方面，一方面，物料升温及水分从物料内部向外表面迁移所需的热量直接从微波能转化，无须通过传统窑炉的传导、对流、辐射这些低效率方式供应所需的热量；另一方面，自物料内迁徙至物料表面的游离水的汽化蒸发所需热量，一方面可以通过微波能转化快速升温，另一方面在保证物料表面温度t2比气氛温度t1高的前提下，来自物料内部由微波能转化来的热能并通过传导作用传递给物料表面的水膜，第三方面，循环气体在物料表面水膜以适当速度流过时，可以加速水膜的蒸发，该蒸发过程由于强吸热效应会强烈降低水膜的温度，直至水膜温度接近或低于气氛温度t1，此时流动气氛也会通过强制对流给水膜加热。三方面的配合和三个温度的精准控制可以可控且高效的方式给精准控制水分的迁移过程和蒸发过程，做到品质与产量兼修。4、可获得有效水份及有用挥发分，具体是：本发明采用冷凝法降低气氛含水量，冷凝得到的液态水及可冷凝有用挥发分可以直接回收利用。该特点对于水资源缺乏地区的生产极具经济价值。如挥发物中有其他有用可挥发副产品，经济效益更佳，如处理竹产品时可得到竹醋等高附加值副产品，提高经济效益。5、应用面广，工艺嫁接性佳，具体是：本发明提供的方法及装置是常规干燥方法与常规微波干燥法的完美结合，取两家之长而摒弃其不足，已有实践充分显示其优越，既能满足常见粉状、颗粒状、块状等对产品外形无要求的物料干燥，又能对陶瓷坯体、艺术雕刻等对外形尺寸和内部结构有严格要求的物件的干燥，既能满足高水分含量的物料的快速干燥，也能满足塑胶粒子等对含水量上限ppm级的严苛应用场合，足见其适应性之佳。本发明还公开一种上述干燥方法采用的装置，具体包括：包括微波干燥设备、为所述微波干燥设备提供循环热风的循环风调控系统、温度传感器组以及辅助循环装置；所述微波干燥设备包括设有保温层的密封腔体，所述密封腔体上设有含湿风出口以及去湿暖风进口；所述循环调控系统包括含湿风流通管、对含湿风进行后处理的处理部件以及去湿暖风流通管，所述处理部件的入口端通过含湿风流通管与含湿风出口连通，所述处理部件的出口端通过去湿暖风流通管与去湿暖风进口连通；所述去湿暖风流通管上设有用于将含湿风由密封腔体经含湿风出口抽出并将去湿暖风经去湿暖风进口鼓入密封腔体的循环风机；所述温度传感器组包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器以及第四温度传感器，所述第一温度传感器用于监控所述含湿风的温度，所述第二温度传感器用于监测所述密封腔体内的气体的温度，所述第三温度传感器用于监测待干燥产品的表面温度，所述第四温度传感器用于监测去湿暖风流通管或去湿暖风进口的温度；所述辅助循环装置设置在所述密封腔体的内部，用于加强密封腔体内的气体进行对流，确保所述密封腔体内的气体的温度和成分均匀性，并增加水分的蒸发速率。以上技术方案中优选的，所述处理部件包括冷凝器和加热器，所述冷凝器用于对所述含湿风进行降温处理和除湿处理，所述加热器用于对所述去湿风进行加热处理；所述冷凝器的进风口通过含湿风流通管与含湿风出口连通，所述冷凝器的出风口与所述加热器的进风口连通，所述加热器的出风口通过去湿暖风流通管与去湿暖风进口连通；所述冷凝器的降温换热面处设有用于监控换热面温度的第五温度传感器；所述冷凝器为以空气为冷源的自然风冷凝器、以空气为冷源的强制风冷冷凝器或以循环水为冷源的冷凝器；或者是，所述处理部件为热泵，所述热泵的冷端入口通过含湿风流通管与含湿风出口连通，所述热泵的热端出口通过去湿暖风流通管与去湿暖风进口连通。以上技术方案中优选的，所述辅助循环装置包括强制对流风扇组；所述第一温度传感器、第二温度传感器、第四温度传感器以及第五温度传感器均为接触式测温器，所述第三温度传感器为红外线温度传感器；所述含湿风流通管、去湿暖风流通管、冷凝器和加热器的外壁上均设有保温层。应用本发明的装置，装置简单易实现，设备初期投入低。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1是本发明优选实施例1的装置示意图；图2是采用图1的装置的干燥流程示意图；图3是本发明优选实施例2的装置中的循环调控系统的结构示意图；图4是采用图3的装置的干燥流程示意图；其中，1、微波干燥设备，1.1、密封腔体，1.11、含湿风出口，1.12、去湿暖风进口，2、循环调控系统，2.1、含湿风流通管，2.2、处理部件，2.21、冷凝器，2.22、加热器，2.3、去湿暖风流通管，3、温度传感器组，3.1、第一温度传感器，3.2、第二温度传感器，3.3、第三温度传感器，3.4、第四温度传感器，3.5、第五温度传感器，4、辅助循环装置，5、待干燥产品，6、干燥产品，7、传送装置。具体实施方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例1：一种微波干燥方法(以干燥最大尺寸30mm的积木为例，含水21.5％至含水率2％)，其采用的装置详见图1，具体包括微波干燥设备1、为所述微波干燥设备1提供循环热风的循环风调控系统2、温度传感器组3以及辅助循环装置4，详情如下：所述微波干燥设备1包括设有保温层的密封腔体1.1，所述密封腔体1.1上设有含湿风出口1.11以及去湿暖风进口1.12。所述循环调控系统2包括含湿风流通管2.1、对含湿风进行后处理的处理部件2.2以及去湿暖风流通管2.3，所述处理部件的入口端通过含湿风流通管与含湿风出口连通，所述处理部件的出口端通过去湿暖风流通管与去湿暖风进口连通，此处上述处理部件采用热泵，具体连接关系是：所述热泵的冷端入口通过含湿风流通管2.1与含湿风出口1.11连通，所述热泵的热端出口通过去湿暖风流通管2.3与去湿暖风进口1.12连通。所述去湿暖风流通管上设有用于将含湿风由密封腔体经含湿风出口抽出并将去湿暖风经去湿暖风进口鼓入密封腔体的循环风机(未图示)。所述温度传感器组3包括第一温度传感器3.1、第二温度传感器3.2、第三温度传感器3.3以及第四温度传感器3.4，所述第一温度传感器3.1设置在所述含湿风流通管2.1的内部，用于监测所述含湿风流通管2.1的温度；所述第二温度传感器3.2设置在所述密封腔体1.1的内部，用于监测所述密封腔体1.1内部的温度；所述第三温度传感器3.3设置在所述密封腔体1.1的内壁上，用于监测待干燥产品5的表面温度；所述第四温度传感器3.4设置在所述湿暖风流通管2.2的内部，用于监测去湿暖风流通管2.2的温度。所述辅助循环装置4设置在所述密封腔体的内部，其包括多个强制对流风扇，用于加强密封腔体内的气体进行对流，确保所述密封腔体内的气体的温度和成分均匀性，并增加水分的蒸发速率。第一温度传感器、第二温度传感器以及第四温度传感器均为接触式测温器，所述第三温度传感器为红外线温度传感器(非接触式)。所述含湿风流通管和去湿暖风流通管的外壁上均设有保温层。本实施例的装置还可以与传送装置7联合使用。传送装置7可采用以下结构：包括传送待干燥产品5和干燥产品6的传送皮带、带动所述传送皮带进行运动的动力源以及支撑所述传送皮带的支撑架。本实施例的微波干燥方法详见图2，具体包括以下步骤：将待干燥产品置于微波干燥设备中的密闭且隔热的密封腔体中；微波干燥设备发射微波进行微波干燥，同时将密封腔体内的气体进行强制对流，微波干燥为连续式微波干燥或/和间歇式微波干燥；监控密封腔体内的气体的温度和待干燥产品的表面温度，与此同时不间断地对密封腔体内的部分含湿气体进行后处理后循环至密封腔体内。上述后处理包括以下步骤：步骤a、通过降温处理将从密封腔体内抽出的含湿风的温度降至其露点温度以下，此时部分水分结露成为液态水而从含湿风中脱除，得到去湿风；步骤b、将去湿风进行加热处理，得到去湿暖风。监控腔体内气体温度以及带干燥产品表温度的原则是：微波干燥时密封腔体内的气体的温度t1与使用常规干燥方法的干燥环境温度to的关系为：t1≤to+10℃，此举可以实现物料微波干燥工艺与常规干燥工艺的快速、正确衔接；待干燥产品的表面温度t2与常规工艺中等速恒温阶段最高允许的物料的表面温度tmax的关系为t2≤tmax+5℃，与微波干燥时密封腔体内的气体的温度t1的关系为t2≤t1+20℃，此举用于确保微波输入功率使物料表面温度自始至终被限定于该框架内，能够达到对物料内部水分向外迁徙具有合适的迁徙速度；对含湿风进行降温处理时降温换热面温度t3与含湿风的露点温度tl的关系为tl-10℃≤t3≤tl；去湿暖风的温度t4与含湿风的露点温度tl的关系为t4≥tl+1℃，此举则可以控制循环气体的温度、湿度处于有利气体状态，维持物料表面水膜合适的蒸发速度。强制对流的方式为采用可控对流的风扇进行搅拌；气体进行强制对流时相对于物料的风速v的取值为：0.5m/s≤v≤4m/s；所述风扇的转速式中：nmax和nmin分别为相对风速为4m/s及0.5m/s时风扇的转速，允许最大偏差为20r/min；t1为微波干燥时密封腔体内的气体的温度；t2为待干燥产品的表面温度。每小时从密封腔体内抽出并进行后处理的气体的体积为密闭腔体的容积的1/4～2.5倍。采用热泵的冷端作为冷源对所述含湿风进行降温处理和除湿处理的同时，采用该热泵的热端对所述去湿风进行加热处理(此处，所述热泵的热端的热量还可以包括热泵的冷端从大气、工业烟气、天然水体、含地热的水体中获取的热量)。采用本实施例的干燥方法和装置所得干燥产品的性能详见表1。实施例2：本实施例的具体方案详见图3和图4，其与实施例1不同之处在于以下两个方面：装置结构不同，具体是：(1)所述处理部件包括冷凝器2.21和加热器2.22，所述冷凝器2.21用于对所述含湿风进行降温处理和除湿处理，所述加热器2.22用于对所述去湿风进行加热处理(加热器可以是换热器、热泵等可以加热的部件，采用热泵时，具体是：热泵的冷端从大气、工业烟气、天然水体、含地热的水体中获取热量并传递给热端，所述热泵的热端用作加热器)；所述冷凝器的进风口通过含湿风流通管与含湿风出口连通，所述冷凝器的出风口与所述加热器的进风口连通，所述加热器的出风口通过去湿暖风流通管与去湿暖风进口连通；(2)所述冷凝器的降温换热面处设有用于监控换热面温度的第五温度传感器，所述第五温度传感器为接触式测温器；(3)所述冷凝器为以循环水为冷源的冷凝器(还可以根据实际情况，采用以空气为冷源的自然风或强制风冷冷凝器)。1、工艺略有不同，详情是：去湿风经含湿风流通管进入冷凝器进行降温和去湿，得到去湿风；去湿风进入加热器加热后经去湿暖风流通管返回密封腔体内(在循环风机的协同作用下)。采用本实施例的干燥方法和装置所得干燥产品的性能详见表1。表1实施例1-2与对比实施例1-3所得干燥产品的性能比较表(抽样检测容量500件)案例/参数单位微波装机功率产能kg/(kw.h)干燥能耗(kwh/kg)良品率％实施例17.110.56596.5实施例26.950.78597.4对比实施例15.162.16～2.4278.4对比实施例25.561.86～2.0883.3对比实施例35.741.78～1.9785.2从表1可知：表1中实施例1和2是本发明的实施效果，对比实施例1是现阶段市面流行的微波干燥工艺的实施效果；对比实施例2和对比实施例3都使用抽出部分热风作为循环风使用的方案，区别是对比实施例2抽出部分的循环风直接加热后返回用于干燥，同时排出部分混合风进行排湿；对比实施例3则对循环风进行甄别，风温高于某个阀值后才返回使用，返回使用的那部分热风进行除湿处理，否则直接排放掉。微波能属于二次能源，即将原始能源转化的电能经微波元器件转化为微波能用于加热物品，电能转化为微波的效率约为70％，其余能量转化为微波元件的热能而耗散。对比实施例1采用微波加热联合电热的方式，采用直接甄别含湿热风的相对湿度，湿度超标则直接抽取含湿热风的方式排湿而不做任何循环使用，热能损失严重。对比实施例2采用部分循环风直接加热但并不除湿的方式，降低了循环风的相对湿度，同时提高了温度，整体措施比对比实施例1更有利与提高干燥效率，与此同时，该方案采用不间断循环使用部分含湿风加热返回循环利用的方式，同时不间断排放部分含湿风，有利于微波干燥气氛参数的整体平稳，因此干燥品质比对比实施例1高。对比实施例3和对比实施例2类似，因此两者的能耗指标均比对比实施例1低，干燥质量也比后者高。对比实施例3相对对比实施例2，主要多了对出风风温的甄别，温度太低的出风经济价值低，可以直接抽出排放，热损失相对较小；温度高于阀值的出风，除湿之后再返回使用，这样做可以充分利用返回这部分温度较高的热风，而除湿又有利于降低整体风的湿度，提高干燥腔内干燥的效率，因此该方案相对对比实施例2的改进效果显著，其各项指标也有所提升。采用本发明方案的实施例2和实施例1在对比实施例2、3利用循环风这一优点的基础上，进一步消化吸收了干燥过程的物理学本质，先是对循环气体100％循环利用，循环风返回干燥腔前先是经过冷凝方式的除湿处理，除湿程度由于水的液相—气相平衡条件而精确可控，即做到对循环风湿度的精确控制，又容易实现冷凝过程温降尽可能小，即热损失尽可能小，因此这两个方案的能耗指标相对三个对比实施例方案改进巨大。另外，本发明两个方案还对待干燥积木物料的表面温度进行精密检测，防止微波加热过度造成被干燥样品损伤，因此以合格品个数为基础的良品率远在对比方案以上。实施例1和实施例2的主要区别是后者分别直接采用冷凝器和加热器配合对循环气体进行循环风湿度和温度调控，前者直接采用热泵的冷端和热端充当冷凝器和加热器，这样做的效果是循环风冷凝时损失的热能，包括大部分水蒸气冷凝释放的潜热，均由于热泵的作用直接转移至热泵的热端用于加热经过除湿的低温干燥风，再加上来自热泵自身机械能转化而来的热能，不考虑热泵的能源效率和器壁散热的热损失，可以做到循环风除湿—加热环节热能利用率100％，考虑热泵热贡献的实际效果，能源利用率甚至可以超过100％，如可以利用热泵从环境抓取热量用于给循环气体加热，因此实施例1的能耗指标较实施例2更好；经过试验证明：实施例1和实施例2的良品率相差很小，计件数量500件时仅相差4个，可以认为处于相同水平)。对比实施例1：将待干燥产品直接放入微波干燥设备中进行干燥。对比实施例2：采用申请号为200920234330.1的实用新型专利所公开的干燥方法进行干燥。对比实施例3：采用申请号为201410025343.3的发明专利所公开的干燥方法进行干燥。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12