微波干燥不同于傳統(tǒng)干燥方式，其熱傳導(dǎo)方向與水分?jǐn)U散方向相同。與傳統(tǒng)干燥方式相比，具有干燥速率大、節(jié)能、生產(chǎn)效率高、干燥均勻、清潔生產(chǎn)、易實(shí)現(xiàn)自動化控制和提高產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，因而在干燥的各個領(lǐng)域越來越受到重視。

微波是指波長范圍為0.001~1m、頻率范圍為0.3~300GHz、具有穿透能力的電磁波。微波發(fā)生器的磁控管接受電源功率而產(chǎn)生微波，通過波導(dǎo)輸送到微波加熱器，需要加熱的物料在微波場的作用下被加熱。

微波加熱不同于一般的加熱方式，后者是由外部熱源通過熱輻射由表及里的傳導(dǎo)式加熱;而微波加熱是材料在電磁場中由介質(zhì)損耗而引起的體加熱。這種加熱是將電磁能轉(zhuǎn)變成熱能，其能量是通過空間或媒質(zhì)以電磁波形式來傳遞的，對物質(zhì)的加熱過程與物質(zhì)內(nèi)部分子的極化有著密切的關(guān)系。

介質(zhì)對微波場的極化，表現(xiàn)為對電場電流密度的損耗，一般物質(zhì)的介電常數(shù)不超過50，而水的介電常數(shù)為78.54。當(dāng)含水物料被置于由微波發(fā)生器產(chǎn)生的電磁場中時，微波場以每秒幾億次的速度周期地改變外加電場的方向，使水分子迅速擺動，產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng)，從而使物料內(nèi)部和表面溫度同時迅速升高。

因此微波可以在極短的時間內(nèi)提高物料溫度或在相同的溫度下加快反應(yīng)速率。

1、干燥速度快，干燥時間短。由于微波特殊的加熱方式使物料溫度短時間內(nèi)快速升高，而體加熱使溫度梯度同水分蒸發(fā)方向一致，提高干燥推動力致使干燥時間非常短，一般可縮短50%左右或更多。

2、利于藥物、肥料等對溫度敏感地物質(zhì)的低溫干燥以保持物料的性質(zhì)。微波對物質(zhì)的作用除有熱效應(yīng)以外，還以其高速的分子振蕩激發(fā)極性分子不停地改變?nèi)∠蚨a(chǎn)生非熱效應(yīng)，加速干燥過程。

3、產(chǎn)品質(zhì)量高，微波加熱溫度均勻，表里一致干燥產(chǎn)品，可以做到水分分布均勻。

4、微波還是節(jié)能環(huán)保無公害型能源。微波源可即開即用，功率連續(xù)可調(diào)，反應(yīng)易于控制，能源利用率高，熱能幾乎全部作用在物料上，既不浪費(fèi)又不污染環(huán)境。

1、微波干燥技術(shù)在國外的研究和應(yīng)用

目前，國外微波干燥技術(shù)已在輕工業(yè)、食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品加工等領(lǐng)域得到應(yīng)用。具體在造紙、陶瓷、木材、食品、瀝青、污水處理、表面活性劑、香料、礦石、藥物、混凝土、涂料、油漆等方面進(jìn)行研究和應(yīng)用。

德國的J.Suhm對微波干燥陶瓷等材料進(jìn)行了研究。他認(rèn)為由于被干燥物料能量吸入各不相同，干燥過程各異。物料濕度大于15%時則沒有實(shí)質(zhì)性的不同，在這種情況下，水分決定著干燥過程;濕度在5%~15%之間時，被干燥物質(zhì)起著重要的作用，如果物料本身能夠吸收微波能，則其溫度可以升高，此時介電常數(shù)的溫度相關(guān)性起著決定性作用，對某些化學(xué)品來說，可以脫去化學(xué)結(jié)合水，進(jìn)行必要的材料試驗(yàn)可以確定能夠達(dá)到所需溫度;濕度低于5%干燥過程趨于緩和。他得出確定微波干燥所需功率的一條經(jīng)驗(yàn)規(guī)律:微波輸入功率每增加1kW可在1h內(nèi)多蒸發(fā)掉1kg的水分，只要開始水分含量充分，這條經(jīng)驗(yàn)規(guī)律就可行。

德國的Schleusener進(jìn)行了微波干燥大量水體的油漆試驗(yàn)，將幾塊薄木片涂上一層漆在微波中干燥，在1.5h內(nèi)進(jìn)行了20個不同的干燥系列。得出結(jié)論:磁電管功率由低到中、干燥時間從6~8min緩慢增加能夠得到最佳效果。

英國的Mcloughlin研究了微波干燥藥物粉的情況，認(rèn)為盡管微波干燥技術(shù)在多種工業(yè)應(yīng)用中都證明是成功的，但藥物對微波的吸收率仍然很低。作者利用一種特殊的空氣微波干燥系統(tǒng)測定了幾種常見的藥物純物質(zhì)和兩種組分系統(tǒng)的介電損耗因數(shù)。結(jié)果表明含有氨基和醋酸基的藥物有高介電損耗，而含有阿斯匹林基的藥物都有低的介電損耗，但它們都比試驗(yàn)用的溶劑水的介電損耗要明顯地低。

南非Stellenbosch大學(xué)化工系的Bradshaw研究了微波加熱在礦物處理中的應(yīng)用，認(rèn)為許多礦石都吸收微波，而脈石則不吸收微波。

法國的Ledion對微波加熱大量水溶液時表現(xiàn)出的系列性能進(jìn)行了研究，指出微波加熱可在瞬時改變碳酸鈣的平衡，并研究了控溫和進(jìn)行選擇性加熱的方法。

Nischer等進(jìn)行了微波干燥混凝土的試驗(yàn)，測定新混混凝土中水分含量，并對微波干燥和常規(guī)干燥作了對比，結(jié)果表明，混凝土混合后利用1000W的微波源照射90min后可完全除去其中的水分。

微波干燥技術(shù)在國外發(fā)展非常迅速，該技術(shù)在以上領(lǐng)域大都達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用的程度。

2、微波干燥技術(shù)在國內(nèi)的研究和應(yīng)用

我國微波干燥技術(shù)的應(yīng)用始于20世紀(jì)70年代初期，已應(yīng)用于輕工業(yè)、化學(xué)工業(yè)及農(nóng)產(chǎn)品加工等方面。

中山大學(xué)的李源英等研究了微波加熱方法分散濃縮合成熒光粉并申請專利，在微波場的作用下驅(qū)使摻雜離子擴(kuò)散進(jìn)入熒光粉基質(zhì)晶格中而合成熒光粉。

南京大學(xué)的郭學(xué)峰博士等制造納米級催化劑FePO4的過程中就利用微波進(jìn)行了處理。

杭州電子工業(yè)學(xué)院的胡建人等研究了微波快速烘干硅膠的生產(chǎn)工藝。將微波干燥過程分為三個階段:快速驅(qū)除硅膠內(nèi)部水分、逐步蒸發(fā)硅膠表面水分和高溫驅(qū)濕脫去化合水。經(jīng)過這三個階段的處理，硅膠呈強(qiáng)烈的深藍(lán)色，可立即封閉保存。整個過程大約需要90~120min，遠(yuǎn)低于熱力驅(qū)濕的24~48h，節(jié)省時間15~30倍。

太原工業(yè)大學(xué)的趙慶玲等對微波干燥煤的情況進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為隨著煤等級的上升，其介電常數(shù)和介電損耗下降，這是由于煤中固有的水分隨著煤等級的下降而增加的結(jié)果。對于同等級的煤來說，隨著濕度的提高，其介電常數(shù)和介電損耗增加，則干燥的速度也就越快。對微波干燥褐煤的研究結(jié)果表明:微波干燥比對流干燥快1~2個數(shù)量級。

清華大學(xué)同方研究中心的馬國遠(yuǎn)和西安交通大學(xué)的郁永章共同研究了熱泵微波聯(lián)合干燥系統(tǒng)。他們先建立了一個數(shù)學(xué)模型得出各干燥參數(shù)的預(yù)測值，再利用設(shè)計(jì)系統(tǒng)對泡沫橡膠進(jìn)行干燥試驗(yàn)，通過試驗(yàn)值與預(yù)測值進(jìn)行比較，從而得出結(jié)論:與熱泵干燥相比，熱泵微波聯(lián)合干燥可以提高產(chǎn)量，但單位能耗除濕量降低;通過精心設(shè)計(jì)，熱泵微波聯(lián)合干燥在能量消耗方面可以做到與傳統(tǒng)對流干燥相當(dāng)。

2001年李成義發(fā)明了一種藥用蔗糖的生產(chǎn)方法。因原料甘蔗和甜菜的化學(xué)組成相當(dāng)復(fù)雜，除水分和糖分外就有十幾種非糖分，傳統(tǒng)的藥用蔗糖生產(chǎn)都要經(jīng)過二次加工。該發(fā)明包括從種植到制劑的全部連續(xù)性過程，其中的干燥過程是利用微波干燥技術(shù)，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和衛(wèi)生條件。

可用微波進(jìn)行干燥的其它產(chǎn)品類型很多，像瓜果、蔬菜、肉類、海產(chǎn)品、中藥材、動植物標(biāo)本等。研究表明微波干燥能夠最大程度地保留物料中原有的營養(yǎng)成分。例如，曬干青菜的維生素、葉綠素等營養(yǎng)成分只能保留原有的3%，陰干可以保留17%，熱片快速干燥可保留40%，F(xiàn)D真空冷凍干燥可以保留到70%以上，微波升華干燥的有效成分可以保留到97%，因此被稱為不變性脫水。

干燥過程幾乎涉及到國民經(jīng)濟(jì)的所有部門，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中。干燥的目的是除去某些原料、半成品及成品中的水分或溶劑，以便于加工、使用、運(yùn)輸和貯藏等。

一般的干燥方法有機(jī)械法、化學(xué)法和加熱(冷凍)法。這些方法要么設(shè)備龐大，干燥費(fèi)用高，要么干燥速率慢，處理量小。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如生物制品、新型材料(多相復(fù)合材料、納米材料、智能材料和生物醫(yī)學(xué)材料等)、高級陶瓷、新型高級食品和新型藥物制品等新產(chǎn)品的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的干燥技術(shù)和干燥器已不適用。

微波干燥技術(shù)和微波干燥器已在輕工業(yè)、建筑業(yè)、食品、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用并表現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)越性。微波干燥無疑是適應(yīng)新產(chǎn)品要求的一項(xiàng)新技術(shù)。

微波的體加熱方式使得其干燥曲線是逆溫曲線，這非常有利于干燥過程的快速平衡均勻進(jìn)行。國外已有關(guān)于使用微波干燥器進(jìn)行木材和陶瓷等材料的連續(xù)不間斷干燥的報(bào)道。報(bào)道指出，在干燥期間，可通過紅外相機(jī)拍攝任一時刻材料中水分分布情況的圖片，并可利用CT掃描檢測水分含量。但目前尚無關(guān)于微波干燥技術(shù)用于化肥生產(chǎn)過程的報(bào)道。

化肥工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，化肥生產(chǎn)工藝日趨成熟;但化肥干燥特別是復(fù)混肥干燥過程存在著許多不利因素和問題:①干燥溫度不能太高，因而干燥推動力小、干燥時間長;②干燥裝置龐大，生產(chǎn)率低;③投資費(fèi)用大，生產(chǎn)成本高。

微波場同時存在的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)，利用微波技術(shù)和裝置可以解決以上問題，在不太高的溫度下快速干燥，縮短干燥時間，提高干燥速率和生產(chǎn)能力。四川大學(xué)的湯建偉做了微波作用下酸解磷礦生產(chǎn)普鈣的實(shí)驗(yàn)，研究表明微波能夠提高磷礦礦漿的溫度，改變結(jié)晶形態(tài)，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，提高轉(zhuǎn)化率。

微波干燥在干燥效率上占有顯著優(yōu)勢，在干燥品質(zhì)上與熱風(fēng)干燥有一定的差別。

微波干燥為全體積加熱，在水分散失不及時的條件下，物料會因過熱而劣變。微波干燥速度過快，最終水分含量會難以控制，這些工藝缺陷都向單一的微波干燥提出了挑戰(zhàn)。在開始和最終階段利用熱風(fēng)干燥分別可以起到節(jié)省能源、控制產(chǎn)品最終狀態(tài)等優(yōu)點(diǎn)。

常壓過程中熱空氣可以有效地排除物料表面的自由水分，脫水過程溫和、緩慢，能保證物料的細(xì)胞骨架不被破壞。微波干燥過程可以加速物料內(nèi)部水分的遷移。在中間階段實(shí)現(xiàn)微波、熱風(fēng)不同方式的組合，可以提高工作效率，改善干燥品質(zhì)。

1、熱風(fēng)常壓微波干燥

熱風(fēng)常壓微波干燥是用微波和熱風(fēng)同時作用于物料，通過內(nèi)外協(xié)同脫水來優(yōu)化干燥過程的工藝組合。國內(nèi)外在這方面的報(bào)道很多：

Prabhanjan等應(yīng)用微波對流法干燥胡蘿卜薄片，干燥時間比未加入微波縮短了25%～90%，并在功率低時得到了較好的干燥品質(zhì)。

Riva等通過熱風(fēng)和微波組合干燥雙孢菇，不僅縮短了加工時間，產(chǎn)品品質(zhì)和復(fù)水能力比單純的微波干燥有所提高。

Sharma應(yīng)用微波熱風(fēng)組合干燥大蒜，發(fā)現(xiàn)微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥比傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥縮短干燥時間80%～90%，并保證了很好的感官質(zhì)量。

張琦等通過微波熱風(fēng)組合干燥鮮棗，發(fā)現(xiàn)微波功率、物料量、熱風(fēng)溫度對干燥速率及干燥品質(zhì)均有明顯影響，熱風(fēng)微波耦合干燥與微波干燥和熱風(fēng)干燥單獨(dú)使用相比，可以獲得干燥速率快、Vc含量高、復(fù)水性能好的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

王順民等研究了熱風(fēng)微波組合干燥對菠菜干制效果的影響，結(jié)果表明熱風(fēng)微波組合干燥可以很好地保持菠菜的品質(zhì)，同時使菌落總數(shù)降至安全范圍。

熱風(fēng)微波分階段組合干燥是熱風(fēng)常壓微波干燥的一種，與二者同時作用的組合干燥相比，配合的方式更加靈活。在干燥工藝中，微波的涉入有三種，即初始階段、降速階段和低含水量階段。

初始階段使物料快速升溫，打開了水分向外遷移的通道;降速階段物料表層是干的，水分集中在內(nèi)部，此時應(yīng)用微波干燥，內(nèi)部產(chǎn)生熱蒸汽壓迫使水分溢向表面，迅速將其除去;考慮到物料在用熱風(fēng)干燥時會因內(nèi)部水分難以擴(kuò)散，在低含水量階段用微波加熱則可加快水蒸氣外移。

熱風(fēng)常壓微波組合可以提高干燥效率和經(jīng)濟(jì)性，在不破壞最終產(chǎn)品品質(zhì)特性的情況下，大大縮短干燥時間。劉小丹等通過優(yōu)化紅棗微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥工藝，發(fā)現(xiàn)先用微波間隙干燥，后用熱風(fēng)持續(xù)干燥得到的干棗品質(zhì)良好。

然而，熱風(fēng)微波干燥也有不足之處。目前，物料輸送方式均由低耗微波介質(zhì)材料制成的傳送帶輸送，物料靜止于傳送帶上，易造成與傳送帶接觸的物料散濕效果差，且對微波干燥均勻性的改善是有限的。

2、熱風(fēng)微波流態(tài)化干燥

熱風(fēng)微波流態(tài)化干燥，是通過機(jī)械振動使農(nóng)產(chǎn)品物料在微波場中處于流態(tài)化狀態(tài)，通過鼓入熱風(fēng)與微波電磁場進(jìn)行協(xié)同加熱的聯(lián)合干燥。

Reyes等在熱風(fēng)微波流態(tài)化干燥馬鈴薯片的試驗(yàn)中得到成功的應(yīng)用，微波的饋入讓干燥時間減少85%，并認(rèn)為干燥層厚度和熱風(fēng)溫度對產(chǎn)品的色澤和孔隙有很大影響。

韓清華等研制了集微波、機(jī)械振動、熱風(fēng)為一體的熱風(fēng)微波流態(tài)化組合干燥設(shè)備，如下圖所示。

1-減振彈簧 2-振動電機(jī) 3-振動機(jī)架 4-電加熱管 5-變頻器 6-觸摸屏

7-物料盤 8-微波干燥室 9-監(jiān)視器 10-磁控管 11-引風(fēng)機(jī)

在該設(shè)備中，裝有6只磁控管，均衡設(shè)置在腔體頂部，通過獨(dú)立的微波波導(dǎo)與干燥室連接。振動流態(tài)化系統(tǒng)采用振動電機(jī)帶動物料盤進(jìn)行振動，通過減振彈簧與設(shè)備機(jī)架相連。干燥室底部設(shè)有4根電加熱管連接組成熱源，熱風(fēng)系統(tǒng)為獨(dú)立控制。通過對胡蘿卜丁的熱風(fēng)微波流態(tài)化聯(lián)合干燥，發(fā)現(xiàn)保持胡蘿卜原有色澤、氣味和滋味的干制品的合格率達(dá)到89.63%。

微波流態(tài)化干燥解決了物料積壓導(dǎo)致水分、熱量散失能力差，以及微波電磁場分布不均導(dǎo)致干燥物料尖角糊化等技術(shù)問題。但微波干燥具有選擇性，水分含量高的部位吸收熱量多，水分散失快，而且溫升也高于其他部位。溫度升高則分子運(yùn)動更加活躍，又使物料吸收微波的能力加強(qiáng)。二者相互作用，加劇干燥不均，這種現(xiàn)象叫“干層熱失速”。熱失速是熱風(fēng)微波流態(tài)化干燥物料仍然存在的問題。

真空微波干燥，綜合了微波干燥的高效易傳導(dǎo)和真空環(huán)境有利水分?jǐn)U散的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)物料的快速干燥。真空與微波實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢互補(bǔ)，真空環(huán)境改善了常壓微波干燥中水分蒸發(fā)不及時，內(nèi)部溫升過快而引起感官質(zhì)量下降的技術(shù)缺陷，微波解決了真空環(huán)境無法實(shí)現(xiàn)熱對流或傳導(dǎo)而造成干燥時間延長的技術(shù)難題。真空環(huán)境使物料與氧氣隔絕，對物料中易被氧化的維生素C等營養(yǎng)成分也客觀上起到了隔離保護(hù)作用。

1、普通真空微波干燥

普通真空微波干燥是相對于冷凍環(huán)境來說的，干燥過程在沒有預(yù)冷，沒有冷源的條件下進(jìn)行。

Drouzas等用微波真空工藝干燥香蕉片，得到含水量為5%～8%的產(chǎn)品，在溫度控制在一定水平的條件下，口感、風(fēng)味和復(fù)水率等指標(biāo)都表現(xiàn)出良好的干燥品質(zhì)。

Lin等通過微波真空干燥胡蘿卜片發(fā)現(xiàn)，與熱風(fēng)干燥相比產(chǎn)品具有更好的復(fù)水能力、較高的α胡蘿卜素和維生素C保存率，顏色、質(zhì)地、風(fēng)味等都達(dá)到冷凍干燥水平，干燥時間遠(yuǎn)短于熱風(fēng)干燥和冷凍干燥。

徐艷陽等對甘藍(lán)進(jìn)行熱風(fēng)和微波真空分階段聯(lián)合干燥試驗(yàn)，與一般對流干燥相比，干燥時間縮短了48%，產(chǎn)品營養(yǎng)成分和葉綠素的保存率都得到了顯著地提高。

Bondaruk等研究了微波真空干燥馬鈴薯細(xì)塊的工藝和品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的淀粉和總糖分比熱風(fēng)干燥損失較少，微觀結(jié)構(gòu)有不同程度的改變。

卜召輝等研究了微波真空干燥金針菇的工藝條件，認(rèn)為該工藝干燥的金針菇多項(xiàng)指標(biāo)明顯優(yōu)于熱風(fēng)干燥，與凍干品接近，且干燥效率高。

近年來，微波真空干燥工藝技術(shù)在果蔬、食用菌、水產(chǎn)品等方面的研究報(bào)道很多，而真正用到工業(yè)生產(chǎn)的很少。國外的微波真空干燥設(shè)備已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)入工業(yè)化生產(chǎn)使用，但仍處于起步階段，主要生產(chǎn)廠家有美國的Ferrite公司、Cober公司等。我國微波真空干燥設(shè)備多處于微型小試、間歇式加工階段。

中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研制開發(fā)了連續(xù)式微波真空干燥單元設(shè)備，由微波真空干燥室、微波系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、進(jìn)出料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)組成，如下圖所示。該套設(shè)備實(shí)現(xiàn)了微波真空雙重密封、大功率微波多孔饋入、微波真空測控等關(guān)鍵技術(shù)。

1-進(jìn)料系統(tǒng) 2-輸送系統(tǒng) 3-微波系統(tǒng) 4-真空干燥室 5-出料系統(tǒng) 6-輸送電動機(jī) 7-控制系統(tǒng) 8-真空系統(tǒng)

韓清華等應(yīng)用該設(shè)備對蘋果片的加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化，建立了綜合性能指標(biāo)的回歸方程，并與熱風(fēng)干燥的蘋果脆片進(jìn)行了能耗和產(chǎn)品品質(zhì)的對比分析，發(fā)現(xiàn)微波真空工藝的干燥能力、單位能耗等都比熱風(fēng)干燥有所改善，微波真空干燥膨化的蘋果脆片在質(zhì)地、風(fēng)味和維生素C保存率等方面都好于熱風(fēng)干燥，且具有更顯著的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，截面孔洞增大。

真空微波干燥具有膨化效果，弱化了普通微波干燥干燥不均等技術(shù)缺陷。但在真空條件下，空氣的擊穿場強(qiáng)降低，氣體分子易被電場電離，從而出現(xiàn)氣體擊穿、拉弧放電現(xiàn)象，該現(xiàn)象易發(fā)生在微波饋能耦合口和腔體內(nèi)場強(qiáng)集中處，不僅會消耗微波能，而且會損壞部件并產(chǎn)生較大的微波反射，縮短磁控管的使用壽命，在真空微波的設(shè)計(jì)和操作中要盡量避免。

2、真空冷凍微波干燥

微波真空冷凍干燥技術(shù)是將凍結(jié)成固態(tài)的含水物質(zhì)，在真空及共晶溫度以下的條件下進(jìn)行升華，并通過微波發(fā)生器向處于凍結(jié)狀態(tài)下的待干物料提供升華潛熱，從而除去被干燥物料中的水分的一種干燥方法。

早在20世紀(jì)50年代就有關(guān)于微波凍干的報(bào)道，由于技術(shù)和成本的限制研究進(jìn)展一直緩慢。近年來：

Duan等在微波冷凍干燥海參時研究了微波功率、壓強(qiáng)與輝光放電之間的關(guān)系，得到了一些可控的參數(shù)，使干燥品質(zhì)與冷凍干燥相似，干燥時間縮短了一半。

Wang等通過微波真空冷凍干燥馬鈴薯片發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過熱處理的薯片組織結(jié)構(gòu)易破壞，產(chǎn)品的干燥品質(zhì)與真空冷凍干燥的效果相當(dāng)。

段續(xù)等研究了微波真空冷凍干燥甘藍(lán)的主要工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)與普通真空冷凍干燥方式相比，微波冷凍干燥大大縮短了干燥時間，并在試驗(yàn)中起到一定殺菌作用。

微波凍干的升華潛熱由微波加熱代替常規(guī)的輻射傳導(dǎo)型的表面加熱，在提高加熱效率的同時，縮短了整個凍干的時間，減少了能量消耗。曹有福等研發(fā)的微波冷凍干燥設(shè)備，設(shè)計(jì)上由功能裝置和控制裝置兩部分組成。功能裝置主要有真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、微波加熱系統(tǒng)、紅外加熱系統(tǒng);控制裝置包括數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)記錄裝置、功能控制裝置等，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。通過利用該設(shè)備對冬棗片進(jìn)行干燥，并與常規(guī)凍干品的品質(zhì)和能耗進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)微波凍干冬棗片的質(zhì)量指標(biāo)接近常規(guī)凍干冬棗片，能耗值比常規(guī)凍干低52.58%。

1-微波凍干倉 2-紅外凍干倉 3-速凍倉 4-冷阱 5-熱力膨脹閥 6-隔膜閥 7-截止閥 8-壓縮機(jī) 9-真空泵 10-控制系統(tǒng)

在研究與應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)微波冷凍干燥也存在較多難點(diǎn)，需要進(jìn)行大量的改進(jìn)工作，才能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。主要集中在三個方面：

(1)微波設(shè)備的低壓放電

當(dāng)高頻電場穿過氣體時，電子被加速，并且在運(yùn)動過程中與其他重粒子發(fā)生碰撞，這樣電子的能量傳遞給了等離子中的其他粒子，然后再被加速，從電場中獲得能量。

在真空條件下，電子的平均自由程變長，電子有足夠的能量在碰撞中激發(fā)其他重離子。有電子在重離子中發(fā)生能級躍遷，由此出現(xiàn)放點(diǎn)現(xiàn)象。

微波真空冷凍干燥的低壓環(huán)境更為苛刻，在真空度和微波功率的給定范圍條件下，要合理設(shè)計(jì)微波真空干燥室的結(jié)構(gòu)形式和尺寸，使室內(nèi)的空氣擊穿場強(qiáng)在安全范圍之內(nèi)。要考慮諧振腔主模式和多種模式對結(jié)構(gòu)的要求，以及物料系數(shù)及設(shè)備材料、加工因素等因素，保證微波真空干燥室內(nèi)微波場的均勻性，避免物料介質(zhì)受熱不均。

(2)工藝的優(yōu)化與控制

干層熱失速，也稱熱失控(Thermal Runaway)，物料溫度與微波加熱相互影響，會使加熱集中在物料的特定區(qū)域內(nèi)而加劇干燥不均。水的微波吸收系數(shù)遠(yuǎn)大于凍結(jié)物料，微波會集中加熱凍結(jié)層的融化點(diǎn)而使干燥失敗。

如果微波加熱功率和物料對微波的吸收不匹配，則會形成駐波和回波，嚴(yán)重時甚至可能損壞磁控管。農(nóng)產(chǎn)品種類繁多，物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)差異很大，對不同物料建立密度、導(dǎo)熱系數(shù)、傳質(zhì)系數(shù)、水分含量等物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫，優(yōu)化物料量、物料尺寸、微波強(qiáng)度與分布等干燥工藝參數(shù)是一項(xiàng)工作量巨大的研究。

(3)溫濕度的在線監(jiān)測

微波真空干燥過程中，由于傳熱傳質(zhì)與微波相互影響，溫度和相對濕度在線監(jiān)測技術(shù)與其他干燥方法相比存在一定困難。而且微波干燥設(shè)備尤其是微波真空干燥設(shè)備密閉結(jié)構(gòu)等復(fù)雜，設(shè)備成本較高，加之連續(xù)化生產(chǎn)沒有完全實(shí)現(xiàn)，造成投資與產(chǎn)能不匹配，給規(guī)模化生產(chǎn)造成了困難。