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工业微波原理:工业微波设备利用微波的性质特点用到工业上,并且做成设备用在生产线上。

微波的加热

微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电波,被加热介质物料中的水分子是极性分子。它在快速变化的高频电磁场作用下,其极性取向将随着外电场的变化而变化。造成分子的运动秀相互摩擦效应,此时微波场的场能转化为介质内的热能,使物料温度升高,产生热化和膨化等一系列物化过程而达到微波加热干燥的目的。


微波的杀菌
微波杀菌是利用了电磁场的热效应和生物效应的共同作用的结果。微波对细菌的热效应是使蛋白质变化,使细菌失去营养,繁殖和生存的条件而死亡。微波对细菌的生物效应是微波电场改变细胞膜断面的电位分布,影响细胞膜周围电子和离子浓度,从而改变细胞膜的通透性能,细菌因此营养不良,不能正常新陈代谢,细胞结构功能紊乱,生长发育受到抑制而死亡。此外,微波能使细菌正常生长和稳定遗传繁殖的核酸[RNA]和脱氧核糖核酸[DNA],是由若干氢键松弛,断裂和重组,从而诱发遗传基因突变,或染色体畸变甚至断裂。


微波的萃取
利用微波能来提高萃取率的一种最新发展起来的新技术。它的原理是在微波场中,吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热,从而使得被萃取物质从基体或体系中分离,进入到介电常数较小、微波吸收能力相对差的萃取剂中;微波萃取具有设备简单、适用范围广、萃取效率高、重现性好、节省时间、节省试剂、污染小等特点。目前,除主要用于环境样品预处理外,还用于生化、食品、工业分析和天然产物提取等领域。在国内,微波萃取技术用于中草药提取这方面的研究报道还比较少。


微波萃取的机理可从以下3个方面来分析:①微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质到达物料内部的微管束和腺胞系统的过程。由于吸收了微波能,细胞内部的温度将迅速上升,从而使细胞内部的压力超过细胞壁膨胀所能承受的能力,结果细胞破裂,其内的有效成分自由流出,并在较低的温度下溶解于萃取介质中。通过进一步的过滤和分离,即可获得所需的萃取物。②微波所产生的电磁场可加速被萃取组分的分子由固体内部向固液界面扩散的速率。例如,以水作溶剂时,在微波场的作用下,水分子由高速转动状态转变为激发态,这是一种高能量的不稳定状态。此时水分子或者汽化以加强萃取组分的驱动力,或者释放出自身多余的能量回到基态,所释放出的能量将传递给其他物质的分子,以加速其热运动,从而缩短萃取组分的分子由固体内部扩散至固液界面的时间,结果使萃取速率提高数倍,并能降低萃取温度,最大限度地保证萃取物的质量。③由于微波的频率与分子转动的频率相关连,因此微波能是一种由离子迁移和偶极子转动而引起分子运动的非离子化辐射能,当它作用于分子时,可促进分子的转动运动,若分子具有一定的极性,即可在微波场的作用下产生瞬时极化,并以24.5亿次/s的速度作极性变换运动,从而产生键的振动、撕裂和粒子间的摩擦和碰撞,并迅速生成大量的热能,促使细胞破裂,使细胞液溢出并扩散至溶剂中。在微波萃取中,吸收微波能力的差异可使基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热,从而使被萃取物质从基体或体系中分离,进入到具有较小介电常数、微波吸收能力相对较差的萃取溶剂中。
微波的解冻
微波解冻是使冻品整体加热升温,温度由冷冻温度(-19~-22 C 以下)回升到接近冰点温度(0~-4 C左右)。微波解冻设备具有冻物料整体回温、回温温度梯度小,即温度均匀性好且需时间短,以及温升速率易控制等特点。这些特点使冻品解冻达到较理想状态。
1、冻品能整体加热回温,减少了冻品的解冻层之间温度不均匀性,不存在如常规法解冻时冻品出现再结晶现象;
2、解冻过程所需时间短,细菌等微生物不易繁殖生长。
3、微波加热无热惯性。冻物料温升速率由微波输出功率大小,或者说微波供能速率控制,相互具有同步性。
4、微波解冻的最终温度一般选择在-2─-4 C为宜,此时冻品无滴水,也能用刀切割加工。

工业微波的应用

工业微波设备应用范围有:食品,木材,化工产品,茶叶,制药,陶瓷,纸类等行业所需干燥,杀菌,反应,烧结,提取,加热等作用。应用结构有:隧道式,窑式,柜式几种类型。
食品工业
民以食为天,食品工业是我国迅速崛起的支柱产业。利用微波可对食品进行干燥菌、熟化、焙烤、脱腥、膨化和保鲜处理。目前已用于米粉、麦片、豆奶粉、袋装、卤菜类、肉类小包装、方便面、保健茶、糕点、牛肉干、土豆片、鱼片干、盐水鸭、腰果、花生米、瓜子、大豆等许多方面的生产中。我公司每年都生产大量的微波设备应用于食品工业。
制药工业
微波技术在制药工业上的应用主要在以下几个方面:粉状、颗粒状、片状、丸状粘液状等医药制品的干燥灭菌,中草药材的快速干燥、杀虫、灭菌。中草药微波萃取,口服液的杀菌等方面。
木材加工
微波可对1-6公分厚的木板进行均匀、快速烘干,干燥只需十几分钟,且不开裂变 形小,同时杀死木材内部的卵虫和幼虫;也可对胶合板或拼板胶接的固化处理以及竹制品木制工艺品干燥、灭霉、杀菌。
橡胶工业
日本用2450MHz、5~10kw微波加热设备对轮胎作一次加热,升温到硫化温度后用热风 保温,可硫化3~4 吨重量的轮胎;美国采用915MHz、50kw喇叭天线作为辐射热器利用程序控制对大型轮胎进行旋转扫描,其优点是加热均匀、硫化时间缩短三分之一。我 公司研制的微波橡胶硫化设备在造型、结构、性能、硫化质量等方面均可和日本、德国等进口设备相媲美。
其它
杀虫灭菌
用微波可在较低温度下灭菌杀虫。可处理食品、药品、烟草、木材等,升温速度快不受物料厚度、形状影响。
脱硫
原煤中的硫以黄铁矿形式出现,黄铁矿比煤有更高的损耗角正切,因此利用微波可使黄铁矿得到选择性加热与气体发生反应,进行脱硫。而煤不受影响。理想的方法是以持续 时间为0.1秒的脉冲波进行间歇式加热,将黄铁矿石加热到650℃的高温。这种方法去硫效果好,不需昂贵的催化剂,节省资金,能源效率高,环境污染小。
微波等离子体技术
半导体生产工艺中已经采用微波等离子体技术,进行刻蚀、溅射、气相沉积、氧化硅片;还可用于金属、合金、非金属的表面处理;用于等离子体光谱分析可检测十几种元素。
医疗
微波生物效应分热效应和非热效应。其热效应在医疗方面可进行微波理疗、配合放疗和化疗进行透热治癌;另外还可以利用微波加热血浆、解冻冷藏器官;还可设计微波手术刀,开刀止血快、出血量少。
测量
微波测量精度高,适宜于生产中连续测量和自动控制。已广泛用于测距、测温、测厚测速等方面。
陶瓷烧结
微波可进行陶瓷的均匀致密化烧结,最高温度可达2000℃,获得大尺寸的精细陶瓷
化学工业
微波在化学中有广泛的应用,如微波消解、萃取、水解、催化反应等

 
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