一种新型红参干燥设备的设计与研究

施华 张伟燕 黄晶晶

摘要：新鲜红参的含水量较高，极难长期保存，所以需要尽快将其干燥以脱除水分。针对红参干燥要求与特点，通过开展设备结构设计与CST微波仿真研究，采用微波和热风联合干燥的方式，将干燥后的红参含水量控制在适宜范围内，为后续同类物料的干燥提供工艺技术支撑。

关键词：红参;CST微波仿真;微波干燥;热风干燥

0 引言

紅参是一种中药，有大补元气、复脉固脱、益气摄血的功效，其药用价值很高，但高质量的红参对含水量要求较高，宜控制在12%～15%，而常规的烘干方法费时费力，且无法保证烘干质量。

微波技术作为一种将电磁能转化为热能的特殊导热方式，在食品加热、杀虫灭菌、干燥保鲜等方面用途广泛，同时，更向催化化学反应、新材料微波处理等应用发展[1]。微波干燥比传统热风干燥更快、能效更高、产品品质更均一[2]。微波干燥系统能量集中，与传统热风干燥设备相比，其只占用20%～30%的空间，就能实现快速、有效的热处理且可有效防止产品品质下降。本文所阐述的红参干燥设备是一种采用微波与热风干燥技术相结合的新型设备。

1 设计原理

本文所研究的物料为红参，其干燥过程是将物料放入腔体聚丙转盘上，在微波与热风的联合作用下进行干燥。若采用传统加热方式，加热均匀性很难得到保证，而微波加热依靠微波渗透至物料内，与物料的极性分子间相互作用转化为热能，使物料内各部分都在同一瞬间获得热量而升温，该干燥设备具有干燥均匀、高效节能、操作方便、杀菌环保的优点。

2 设备结构

2.1    机械结构

该微波设备由机架组合、腔体组合、转盘系统等组成。物料摆放在聚丙转盘上，在微波与热风的联合作用下进行干燥，设备结构示意图如图1所示。

2.2    微波能量传输形式设计

为了增强物料加热的均匀性，经仿真设计腔体结构，从两侧面及后面将微波能量传输至腔体内，每个面的功率为1 kW，设备所需微波功率为3 kW，考虑到该设备在运行过程中要反复开机、停机，故选择三星油冷式1 kW磁控管3只。微波能量传输形式基本是360°全方位加热，均匀性较好。

3 仿真设计

CST是一款专用于微波无源器件及天线设计与分析的微波仿真软件，其强大的实体建模前端基于著名的ACIS建模内核，结构输入过程简便，再加上完善的图形化反馈，极大地简化了对各种器件的定义。本文中考虑到物料加热时间和温度变化情况确定微波能量传输形式为四面传输，故对此种方案进行仿真分析。其仿真模型示意图如图2所示。

腔体采用3只1 kW磁控管将微波能量从输能窗传输至腔体内，输能窗分别分布在除门之外的3个侧面上，下设托盘和转轴，顶部分布红外测温，同时设置排湿口，底面设置热风进口，仿真设计结果如图3、图4所示。

经仿真优化，腔体尺寸：长×宽×高=800 mm×800 mm×645 mm，托盘尺寸：500 mm×500 mm×10 mm。从仿真结果看，各能量传输口S参数在2.45 GHz频率附近均小于-10 dB，对于2.45 GHz多管磁控管设备可以满足使用要求。静态仿真结果显示，负载处电场和功率密度较为均匀，后期进行转盘转动和热风补偿后，均匀性会更佳。

4 试验数据

从试验结果可以看出，物料均匀性较好，经过检测，物料温差在±5 ℃。经过调查研究，红参干燥后的含水量宜控制在12%～15%。为此对初始含水量不同的红参进行工艺试验，对其吸收微波功率的大小及干燥时间进行工艺摸索，使干燥后的红参含水量始终保持在12%～15%。具体试验结果如图5所示。

5 结语

新鲜红参干燥在微波干燥领域一直是难点之一。本文从红参干燥的具体需求出发，研究出了一种微波和热风联合干燥的新型方式，有效地保证了干燥后红参的含水量在12%～15%，很好地解决了产品干燥效率、均匀性方面的问题，为后续同类物料的干燥提供了工艺技术支撑。

[参考文献]

[1] 王志伟.关于微波干燥设备的特点及应用[J].科技视界，2014（27）：339.

[2] 朱建锡.食品干燥新技术[J].新农村，2019（4）：35.

收稿日期：2020-08-13

作者简介：施华（1990—），女，江苏泰州人，助理工程师，研究方向：机械结构设计。