远红外干燥设备

远红外泡沫干燥设备云智电子技术有限公司叶向清红外线干燥设备第一节概论第二节远红外加热的原理第二节远红外加热设备第三节远红外加热在食品工业中的应用第一节总论一、红外辐射（线）的发现二、红外线的定义及分类一、红外辐射（线）的发现1、在古代，人们就知道太阳能辐射光和热；2、1676年牛顿用玻璃做的三棱镜发现了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色的光带一太阳光谱；3、1800年，英国天文学家威廉·海谢尔在研究可见光的光热效应时，发现温度从紫色向红色依次增加，而在红端以外的一段区域内，热效应最强。这种“不可见的光线”其频率比红光更低，而波长比红光更长，由于它在红光以外，被称作红外线。二、红外线的定义及分类1、红外光谱区在可见光与微波区之间，其波长范围一般为0.75-1000μm。2、红外线按其波长不同通常又划分为近红外线、中红外线和远红外线三种。其中波长0.75-2.5μm（波数13333-4000cm-1）为近红外线；波长2.5-25μm(波数4000-400cm-1)为中红外线；波长25-1000μm(波数400-10cm-1)为远红外线。红外光谱区的划分及主要应用范围波长范围λ/μm波数范围σ/cm-1测定类型分析类型试样类型近红外0.75~2.512800~4000漫反射吸收定量分析蛋白质、水分、淀粉、油、类脂、农产品中的纤维素等定量分析气体混合物中红外2.5~254000~400吸收反射发射定性分析纯气体，液体或固体物质定量分析复杂的气体，液体或固体混合物与色谱联用复杂的气体，液体或固体混合物定性分析纯固体或液体混合物大气试样远红外25~1000400~10吸收定性分析纯无机或金属有机化合物近红外光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氧原子团（如O-H、N-H、C-H）伸缩振动的倍频吸收产生。该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团的定量分析。中红外光区的吸收带是绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带（由基态振动能级跃迁至第一振动激发态时所产生的吸收峰称为基频峰）。由于基频振动式红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适合进行红外光谱的定性和定量分析。同时，由于中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。远红外光区吸收带是由气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的。由于低频骨架振动能灵敏地反映出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。此外，还能用于金属有机化合物（包括络合物）、氢键、吸收现象的研究。但由于该光区能量弱，除非其它波长区间内没有合适的分析谱带，一般不再此范围内进行分析。第二节远红外加热的基本原理一、知识点回顾二、吸收机制与吸收条件三、红外线加热的基本原理四、用远红外线加热食品的理由五、用远红外干燥水分的理由六、物质对远红外辐射的选择性吸收七、辐射与吸收的匹配八、红外线的吸收、反射与透射性九、热辐射基本定律十、远红外加热的特点一、知识点回顾1、分子中的电子总是处在某一运动状态中，每一种状态都具有一定的能量，属于一定的能级。2、电子由于受到光、热、电的激发，从一个能级转移到另一个能级，称为跃迁。3、当这些电子吸收了外来辐射的能量，就从一个能量较低的能级跃迁到另一个能量较高的的能级。由于分子内部运动所牵涉到的能级变化比较复杂，分子吸收光谱也就比较复杂。4、在分子内部除了电子运动状态之外，还有核间的相对运动，即核的振动和分子绕重心转动。而振动能和转动能，按量子力学计算是不连续的，即具有量子化的性质。质点的运动都有自己的固定频率。当遇到具有某个频率的红外线辐射时，如果红外线的频率与基本质点的固有频率相等，则会发生与共振学中共振运动相似的情况，质点会吸收红外线，并使运动进一步激化；如果二者的频率相差较大，那么红外线就不会被吸收而可能穿过。基本质点吸收红外线由一个能级跃迁到另一个能级，必须满足玻尔的量子条件，即：Em-En=hvmn其中Em──高能级能量En──低能级能量h──普朗克常数vmn──红外线频率基本质点不具备上式的能级，则不会吸收频率为ｖmn的红外线。二、吸收机制与吸收条件三、红外线加热的基本原理对红外线敏感的物质，其分子、原于吸收红外线后，不仅会发生能级的跃迁，也扩大了以平衡位置为中心的各种运动的幅度，质点的内能量加大。微观结构质点运动加剧的宏观反映就是物体温度的升高，即物质吸收红外线后，便产生自发的热效应。由于这种热效应直接产生于物体的内部，所以能快速有效地对物质加热。四、用远红外线加热食品的理由食品中的很多成分在3-10μm的远红外区有很强的吸收，因此在食品加热中，往往选择远红外进行加热。几种食品材料的电磁波吸收频率图五、用远红外干燥水分的理由水由一个氧原子和两个氢原子组成，三个原子不是排成一条直线。在基态时，O-H两原子之间的距离为0.096nm，两个O-H键之间的夹角为104.5度。当水分子受到吸收波长为2.663μm,2.738μm和6.270μm的远红外线时，可引起三种振动形式。六、物质对远红外辐射的选择性吸收1、物质只对能满足其分子产生高、低两个能级跃迁的远红外辐射产生吸收，其频率不能满足条件的远红外辐射则不被吸收而穿过。2、由于物质分子的吸收能级很多，各个能级的跃迁差异不等，因此实际的吸收不是单一的，而是复杂的，并伴有多种能级跃迁的吸收过程。一些有机高分子物质和食物的吸收光谱三种油脂的红外吸收特性七、辐射与吸收的匹配1、选择性辐射：辐射加热需要辐射源，辐射源产生的辐射不是所有波长的辐射强度都相等，辐射能力按不同波长而有所变化的辐射称为选择性辐射。2、匹配辐射加热：当物料的选择性吸收与辐射源的选择性辐射一致时，称为匹配辐射加热。3、日本学者细川秀克等曾提出过理想匹配的模型。所谓理想匹配是指辐射源与被加热物料具有完全相对应的光谱，这样，辐射能将全部被物料所吸收，成为无损失的理想辐射加热。理想匹配模型八、红外线的吸收、反射与透射性红外线遵循可见光的传播规律，它也是按直线传播，并服从反射、透射和吸收定律。当红外线辐射到物体表面时，一部分在物体表面被反射，其余就射入物体内部。而射入物体的红外线中，一部分透过物体，其余部分为物体所吸收。十、远红外加热的特点1、优点热辐射率高热损失小容易进行操作控制加热速度快，传热效率高有一定的穿透能力产品质量好热吸收率高2、红外加热技术还不能充分的应用到食品加工中的原因（1）物料在红外加热过程中其物理化学性质将发生变化，同时其物料含水量的变化也影响辐射特性；（2）红外辐射能量在食品加工中应用受到局限的原因是人们对红外辐射光谱特性的了解还不深入。例如，红外辐射不能穿透厚的豆类种子，这就使得红外热量不适合深床物料的加热。红外加热能降低产品水分含量和质量，红外加热已经成为第二位的加热选择，仅次于对流和热传导的方法。第二节远红外加热设备一、远红外加热设备的分类二、食品工业用远红外加热元件三、辐射涂料与辐射涂料的选用一、远红外加热设备的分类1、只有一个出入炉门的密闭的箱式加热炉，称为烘箱，或烤箱。2、是用于生产线上连续加热物料或对物料进行于燥、杀菌等处理的远红外加热设备。这类设备内有输送物料装置，物料由输送装置从一端输入、经处理后从另一端输出；这类设备设计成通道形式，因此称为“烘道”，有时也称为隧道炉。箱式炉外形钢带隧道炉外形1.钢带入炉端2.炉顶3.钢带出炉端4.排气孔5.炉门二、食品工业用远红外加热元件1、根据结构形式：灯状、管状和板状辐射器。2、根据制作材料：碳化硅红外加热元件金属管状远红外加热元件SHQ乳白石英远红外元件图3-10灯状远红外辐射器(1)棒状辐射体(2)梨状轴射体(3)弯月型辐射体1.灯头2.辐射体3.反射罩图3-11平板状辐射加热器图3-12金属管状加热器1，4.电极2.金属管壳3.电阻丝5.绝缘顶板（1）碳化硅红外加热元件①优点：热稳定性好，工作温度可达1100～1700℃，能承受较大的功率密度，有很高的电阻率，使用寿命长。它可以制成板状，管状及其它形状，以适应不同需要。SiC本身是有很高的辐射率，但在一般的商品中，生产厂家在烧结时都掺入了一定比例的泥土，如在制造管状元件时掺入35％的粘土，辐射率有所下降，因此在它的表面又都涂了一层辐射率高的辐射涂料。②缺点抗机械振动性能差。（2）金属管状远红外加热元件图3-16氧化镁管远红外辐射器结构1.接线装置2.导电杆3.紧固装置4.金属管5.电热丝6.MgO粉7.辐射管表面涂层（3）SHQ乳白石英远红外元件不用涂料，对食品无污染和兼有灭菌作用等优点。因此，很适合用于食品加热加工。SHQ元件是目前唯一不用涂料的远红外加热元件。三、辐射涂料与辐射涂料的选用涂料的选用要求：1、应有较高的加热效率2、全辐射率εt要高，全辐射率越高，辐射能量越大。3、涂料应有良好的热传导性。4、热稳定性及其它稳定性如耐水汽化性及化学物质稳定性要好。四、远红外加热设备(系统)的设计1、远红外加热元件及其工作温度的选定2、物料加工工艺的升温曲线和烘箱(或烘道)温度分布的设定（1）元件与物料的间距（2）加热元件的组合与布置第三节远红外加热在食品工业中的应用一、食品远红外干燥二、食品远红外焙烤三、食品远红外熟成四、食品远红外杀菌五、食品远红外解冻一、食品远红外干燥远红外干燥菠菜：70℃下，经3～10μm波长的远红外干燥，Vc残存率是一般电热干燥产品的2倍。青葱：远红外干燥后叶绿素保存率比热风干燥后的高，且复水性好。马铃薯和胡萝卜：远红外干燥后其制品表面具有多孔的特征，利于产品复水。水产品：远红外干燥具有缩短干燥时间和提高营养成分保存率及降低酶活的效果。经远红外线干燥的竹筴鱼呈味成分比晒干的约高1倍，而酸性磷酸酶活性只有晒干的一半。面条：传统热风干燥的面条表面粗糙，低温干燥干燥时间长、所需设备较大。远红外干燥的产品表面较光滑，干燥时间大大缩短，含菌率大大降低。二、食品远红外焙烤优点：加热速度快、加热效果好。与微波焙烤结合实用，在微波焙烤之后，加上远红外加热处理，使产品表面出现焦黄色和产生芳香味。饼干生产中，采用远红外干燥较传统干燥法节约能源且产品中汽泡分布均匀，咬感较好。三、食品远红外熟成远红外熟成是利用远红外线照射食品时，引起食品内部水分及有机物质分子振动，导致蛋白质、碳水化合物等物质变化，因而达到熟成的效果。利用远红外对食品进行熟成处理可以缩短熟成时间。远红外可用于酿造食品、鱼肉炼制品、蒸蛋等食品的熟成。鸡蛋的远红外加热熟成：熟度一致，破壳率低。远红外加速酒类的快速陈酿：远红外可以使陈酿周期由数年缩短至数小时。刚酿出的芦荟酒，第二天经约20min的远红外照射，可以达到相当于一年的自然陈酿效果。四、食品远红外杀菌日本的山野藤吾曾将细菌、酵母和霉菌悬浮液装入塑料袋中进行远红外线杀菌试验，远红外照射的功率分别为6kw、8kw、10kW和12kw，试验结果表明：照射10min能使不耐热细菌全部杀死；能使耐热细菌的数量降低105～108个数量级。照射强度越大，残活菌数越少，但要达到食品保藏的要求，照射功率要在12kw以上，或延长照射时间。对于酵母菌，上述照射强度都可使它失活，即对酵母菌，采用6kw以上的功率，就足以达到抑制的要求。对于霉茵，8kw以上的照射功率，10min的照射时间就可将活菌完全杀死。五、食品远红外解冻块状冷冻食品的温度为-20℃，大小为40mm×60mm×10mm，远红外线发射装置的功率为300w，照射距离为100mm。试验结果表明：块状冷冻食品的中心温度快速上升，并且表面温度与中心温度能始终保持在大致相同的水平，即远红外照射用于冷冻食品的快速解冻是比较适宜的。