片状食品微波干燥热质传递模型及其干燥特性

不同于传统热风干燥方法，微波干燥具有干燥速度快、能量效率高、提高产品质量、易于自动控制等优点，因而利用微波加热技术对农产品进行干燥前景广阔微波干燥过程是一个复杂的热量和质量传递过程，研究微波干燥过程热质传递机理，建立微波干燥基础理论模型，对掌握微波干燥过程变化规律，优化和控制干燥过程参数具有重要作用近年来，国内外学者针对片状食品物料微波干燥特性进行了研宄Bouraoui等对土豆片在微波、微波对流联用和单一对流3种干燥方式下的干燥动力学进行了研究，并用Fick扩散模型模拟干燥曲线，其结果与试验结果相近；Khaishen等采用半经验方法建立了数学模型来预测不同干燥条件下的片状食品干燥速率，并指出微波能水平和物料尺寸是影响干燥速率的主要参数。Mon*-Cabrera等人提出了三阶段微波辅助干燥模型用于模拟薄层材料微波干燥过程，研究表明：模型能够较好地模拟含水率变化，但温度变化模拟值与实验结果偏差较大吕联通。因此，假设薄物料在微波干燥过程中断面上的温度与水分分布是均匀的，那么可用物料平均温度代替表面温度；此外假设内部水分直接蒸发且以蒸汽扩散为主，以平均饱和水蒸气浓度代替表面饱和水蒸气浓度据此，从片状物料的整体来看，简化后的能量平衡方程为单位表面吸收的微波功率，W/m2；Pv单位表面积上的汽化潜热部分热损失，W/m2；Ph一一单位表面积上对空气放热部分热损失，W/m2；d-一物料密度，物料半厚，m K温度之间通过小二乘拟合求得：a= 0.9991.4质热参数的计算式质热参数随干燥过程中温度和水分而变化，各时刻参数值按下面所列公式计算物料比热：的比热，kJ/（kg*k）；M-一湿基含水率，。
物料密度（假设干燥过程中物料无收缩）：物料质量，kg；d-?初始时刻物料密度，kg/m3在微波腔中，物料吸收微波能量难于准确预测笔者研究发现土豆片吸收微波能量随水分含量降低呈指数减小。物料吸收微波功率采用下面经验式表达：Z-一试验决定的参数；Md一一在时刻t时干基含水率，；Md0-一初始时刻干基含水率。
-Mv）t（12）md-一干物质质量，kg；A-一片状食品物料为了描述微波干燥中温度和含水率变化，公，电子天平测定试样质量变化求得试样含水率。当试样含水干基含水率Md：表面给湿系数K按下式估算：2计算机模拟和确定Za 2.1计算机模拟对每一时间间隔t\"（i= 0，1，2，…，n），由公时，试样温度开始加速升温，特别是在较高的功率/质量比情况下，常出现试样局部碳化因此，建议在此阶段降低微波功率水平来避免高温造成的产品质量恶化4.3.2不同物料切片厚度对干燥特性的影响6可以看出，在相同微波功率质量比下，不同切片厚度试样含水率变化曲线基本无差异，表明试样微波干燥速率不受试样切片厚度影响，干燥脱水主要是由吸收的微波能所控制然而试样切片厚度愈厚，其温度愈高，不同试样切片厚度对温度变化曲线有显著的影响这可能是由于同等质量物料切片厚度愈厚，物料对流冷却表面积愈小，因而在较厚的样品中，传递同样的热量（吸收的微波功率），需要较高的温度梯度。试验还观察到6mm试样褐变程度大于2mm和4mm试样。因此降低干燥物料厚度有利于提高产品品质5结论所建数学模型能较好地模拟片状物料在微波干燥过程中温度和含水率变化。
微波干燥过程中片状物料温度变化经历预热恒温和快速升温3个阶段。在预热升温阶段试样温度迅速上升，物料干燥脱水少；试样干燥脱水大部分发生在恒温阶段，干燥速率大；快速升温段，干燥速度逐渐降低而温度快速上升甚至造成局部炭化6mm厚度范围内，干燥速率不受切片厚度影响，但随微波功率装载量加而大，产品温度随切片厚度和微波功率加而大范小梅，吕联通。物料二维尺寸对微波干燥速率影响研宄。成都科技大学学报，1992（增刊）：138-142.冉旭。片状食品微波干燥温度和速度的研宄。成都：四川大学，1997.