波長的歸類(圖片來源Elstein產(chǎn)品手冊)
紅外加熱技術(shù)的原理
紅外加熱技術(shù),是利用紅外輻射器(如陶瓷紅外線輻射器、盒式石英加熱器等)發(fā)出的紅外線,其被物料吸收轉(zhuǎn)變成熱能,達到加熱干燥目的的一種干燥方法,實質(zhì)就是輻射傳熱過程。
物料吸收紅外線的輻射能后,將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)槲锪戏肿拥霓D(zhuǎn)動能量或使分子的轉(zhuǎn)動能量發(fā)生改變,加劇其內(nèi)部的振動。由于電子的運動和分子的振動速度極快,因此物料間的晶格和鍵團的振動碰撞較快,伴隨著摩擦生熱。特別是紅外線的輻射頻率與物料分子的固有頻率一致時,會產(chǎn)生類似共振的現(xiàn)象,物料分子內(nèi)部的運動更加劇烈,升溫更快,從而達到快速干燥的目的。
由于紅外線有一定的穿透性,紅外輻射加熱時物料內(nèi)部熱量會不斷積累,溫度不斷升高;物料外部由于水分的不斷吸熱蒸發(fā),溫度相對降低;物料形成一個由內(nèi)到外的溫度差,因此物料的熱擴散過程由內(nèi)向外進行。除此之外,物料內(nèi)都水分含量大于外部,水分總是由內(nèi)向外擴散。因此,物料的濕擴散和熱擴散方向一致,從而加速水分的擴散,即加速物料的干燥過程。
遠紅外加熱爐
紅外加熱技術(shù)的優(yōu)點
根據(jù)傳熱機理的不同,干燥方法可分為對流、傳導(dǎo)和輻射三種。目前,對流和傳導(dǎo)加熱是應(yīng)用得比較多的,紅外加熱技術(shù)作為一種新型的輻射加熱技術(shù),與傳統(tǒng)干燥方法相比具有以下的優(yōu)點。
1) 高效:紅外加熱技術(shù)的主要能量是電磁波,電磁波的傳播速度與光速相同,且不需要介質(zhì),因此傳遞速度快、介質(zhì)損耗小,且熱傳導(dǎo)和溫度梯度濕度梯度的方向均一致,因此升溫快、干燥速率大。
2) 節(jié)能:紅外輻射的能量與輻射溫度的4次方成正比,與傳統(tǒng)加熱方式相比,生產(chǎn)效率提高20%~30%,節(jié)電30%~50%,節(jié)省其他能源約30%。
3) 環(huán)保:紅外加熱技術(shù)的能量來源于電能,能量轉(zhuǎn)化過程無碳排放,且能量可直接被物料吸收,不會產(chǎn)生任何廢棄物,并且加熱設(shè)備的安全性較高,對人體傷害較小。
4) 產(chǎn)品質(zhì)量好:物料在吸收紅外線時,其化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定不易變性,干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量好。
5) 節(jié)約成本:紅外加熱器投資少、生產(chǎn)場地小,不會產(chǎn)生其他的費用,因此生產(chǎn)成本較低。
6) 易于精準(zhǔn)控制:現(xiàn)代化工業(yè)中使用的輻射源,如德國Elstein 陶瓷紅外線輻射器,配套適當(dāng)?shù)臏乜仄?、溫控線路,可實現(xiàn)精準(zhǔn)控溫(+/-1℃)。
紅外加熱技術(shù)在果蔬干燥中的應(yīng)用
果蔬在現(xiàn)代平衡膳食中占有非常重要的地位。但新鮮果蔬存在易于腐爛,有較強的季節(jié)性和區(qū)域性,不易存儲和運輸?shù)葐栴}。為了解決這些問題,干燥是常用的有效方法之一。常見的干燥方法有自然晾曬、陰干和熱風(fēng)干燥,但是耗時長、效率低、衛(wèi)生差、產(chǎn)品質(zhì)量難以控制,不符合現(xiàn)代食品加工理念。
干燥的果蔬(圖片來源網(wǎng)絡(luò))
紅外加熱技術(shù)作為一種新型輻射加熱技術(shù),將干燥脫水和漂燙滅酶同時進行,具有加熱穿透能力強和物料內(nèi)外同時加熱等優(yōu)勢,在國內(nèi)外得到廣泛使用。而且,隨著人們對產(chǎn)品品質(zhì)要求的提高,常將紅外加熱技術(shù)與其他干燥技術(shù)聯(lián)合使用——聯(lián)合干燥(充分利用各自干燥方式的特點,將2種或2種以上的干燥方式相結(jié)合的一種混合干燥技術(shù)),可優(yōu)化干燥過程,提高產(chǎn)品品質(zhì),減少干燥時間,增加經(jīng)濟效益。目前,國內(nèi)外己經(jīng)有紅外-熱風(fēng)(IR-HA)聯(lián)合干燥、紅外-微波(IR-MD)聯(lián)合干燥、紅外-真空(IR-VD)聯(lián)合干燥等。
紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥
熱風(fēng)干燥能及時帶走物料表面蒸發(fā)出的水蒸汽,使物料內(nèi)部水分得到擴散,紅外加熱技術(shù)能使物料內(nèi)外水分同時加熱,溫度梯度和濕度梯度方向一致,從而加快物料的干燥過程。
研究表明:該技術(shù)能顯著提高干燥速率和復(fù)水率,降低產(chǎn)品的收縮率和硬度。
紅外-微波聯(lián)合干燥
紅外線穿透力較強,用于果蔬干燥時速度快、品質(zhì)佳。微波的穿透性更強,且內(nèi)外同時加熱,對于較難干燥脫水或在后期干燥難以失去水分的農(nóng)產(chǎn)品較適宜。
研究表明:隨著遠紅外和微波功率的增加,材料脫水速率亦增加;遠紅外功率、微波功率和轉(zhuǎn)換點含水率對能耗率和產(chǎn)品感官質(zhì)量有顯著影響,成品的品質(zhì)較好且干燥速率較快。
紅外-真空聯(lián)合干燥
紅外真空干燥最大的特點是在真空環(huán)境下進行干燥,干燥室的內(nèi)壓大于外壓,果蔬在壓力差和濕度梯度的作用下達到快速干燥的目的。
研究表明:整個干燥過程可分為升速、恒速和降速3個階段,產(chǎn)品干燥速率主要受輻射強度的影響。
紅外加熱技術(shù)作為一種新型的加熱技術(shù),具有高效、節(jié)能、無污染的優(yōu)點,與傳統(tǒng)的加熱技術(shù)相比應(yīng)用范圍更廣泛。但在我國,紅外加熱技術(shù)與其他技術(shù)的聯(lián)合在果蔬干燥中的應(yīng)用仍處于起步階段,還未形成規(guī)模。因此,若要將聯(lián)合干燥技術(shù)做到自動控制,就需建立合理的數(shù)學(xué)模型,這是以后研究的一個重點,也是難點所自在。另外,聯(lián)合干燥技術(shù)的設(shè)備也需要不斷改進,自動化控制、安全操作、在線精確檢測將成為未來的發(fā)展方向。
參考文獻:
李本姣, 李松, 敬勇, 等.紅外加熱技術(shù)在果蔬干燥中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)業(yè),2017,11(13):11-15