筒子紗微波負壓干燥試驗研究

牛穎杰, 袁晨旺, 陳 革, b

(東華大學 a. 機械工程學院; b. 紡織裝備教育部工程研究中心, 上海 201620)

筒子紗微波負壓干燥試驗研究

牛穎杰a, 袁晨旺a, 陳 革a, b

(東華大學 a. 機械工程學院; b. 紡織裝備教育部工程研究中心, 上海 201620)

介紹了所開發的微波負壓干燥設備的工作原理, 并利用其以筒子紗為干燥對象進行干燥試驗， 分析了在微波負壓干燥過程中, 筒子紗直徑對干燥速率及干燥溫度的影響, 并通過溫度-干燥曲線分析干燥溫度的變化趨勢, 對筒子紗微波負壓干燥工藝的產業化應用提供了參考.

筒子紗; 微波負壓干燥; 干燥時間; 干燥效率

在紡織加工流程中, 染色紗線(筒子紗)存在若干濕加工環節, 因此需要采取干燥工序去除多余水分[1].傳統干燥工序中, 為防止高溫造成某些紗線變性, 影響紗線的各項性能, 通常干燥溫度保持在90 ℃以下, 并采用熱風烘干, 但其存在干燥效率低、能耗高等諸多缺點[2].

微波負壓干燥技術作為一種新型的干燥技術, 其具有高效節能、便于控制、干燥效果好、經濟效益顯著等諸多優點[3], 特別適用于熱敏性物料的低溫脫水、干燥、萃取、濃縮、膨化, 將微波負壓干燥技術應用于紗線的干燥工作中, 能夠有效縮短濕加工時間, 提高生產效率[4].

本文采用微波負壓干燥技術, 對不同直徑的筒子紗進行干燥試驗, 研究筒子紗直徑對干燥時間、干燥溫度的影響規律, 為微波負壓干燥技術在紡織業的應用發展提供參考.

1 微波負壓干燥原理及設備

微波干燥采用介質損耗原理.物料介質由極性分子與非極性分子組成, 在微波電磁場作用下, 極性分子從隨機分布狀態轉為依照電磁場方向進行取向排列, 排列以每秒數十億次的頻率不斷變化, 造成分子間碰撞摩擦, 從而產生熱量[5].微波加熱是介質材料自身損耗電場能量而發熱的.水分子呈強極性, 其介電常數高達78.54, 是吸收微波的最好介質.含水分子的物質都可吸收微波, 電磁場中絕大部分能量均被物料中的水分子吸收.

在負壓狀態下, 隨著真空度的提高, 水分或其他濕介質沸點會降低, 當物料中水分大量吸收微波能, 達到對應的飽和溫度時, 水分或其他濕介質就會激烈地汽化.沸點的降低加大了濕物料內外的濕推動力, 加速了水分或其他濕介質由濕物料內部向表面移動和由表面向周圍空氣散發的速度, 從而加快了干燥過程.同時, 在物料表面, 由于蒸發冷卻, 使物料表面溫度低于內部溫度, 且由于物料內部產生熱量, 以致內部蒸汽迅速產生, 形成了溫度梯度和濕度梯度, 加速了水分從物料內部向表面遷移, 從而實現干燥目的.

微波負壓干燥技術綜合了微波干燥與負壓干燥的優點, 通過特制的設備, 即可實現微波負壓干燥高速高效、節能降耗的特性, 因而具有廣闊的應用前景.

從2000年開始，在水利部的部署下，長江委組織流域內各?。ㄗ灾螀^、直轄市）開展長江片水功能區劃。2002年2月，長江片水功能區劃成果通過了水利部組織的審查，其內容納入《中國水功能區劃》，由水利部頒布試行。水功能區劃的實施標志著我國水資源保護和合理開發利用工作進入新的發展階段。

本文采用DHU2013型微波負壓干燥設備(東華大學和上海中方寶達紡織智能儀器有限公司聯合研制), 如圖1所示, 最大微波功率為900 W, 無級可調， 真空度為-0.09 MPa.

圖1 微波負壓干燥裝置圖Fig.1 Schematic of microwave vacuum drying system

微波負壓干燥設備主要由微波系統、負壓系統兩部分組成.負壓系統利用單級水環式的真空泵將干燥箱內的空氣抽出, 制造負壓環境, 真空泵參數如表1所示.干燥箱置于微波系統的微波諧振腔內, 調節磁控管的陽極電壓, 可使用不同功率的微波能進行干燥.汽化出的水蒸氣在真空泵作用下與空氣由管道排出.系統設有蓄水腔, 防止試驗間歇水分回流.

表1 真空泵規格參數

設備工作時, 先將干燥對象放入干燥箱內, 放下箱門, 關閉微波諧振腔的防護門, 打開真空開關, 然后打開真空閥門, 對干燥箱抽真空, 檢查真空表讀數, 確認真空狀態是否符合干燥要求, 復位控制面板上的微波干燥時間控制, 再次確認后, 可打開微波進行加熱.

選取3種不同尺寸的滌綸筒子紗作為試驗對象, 筒子紗高度均為17 cm, 直徑分別為8, 9和10 cm.3種滌綸筒子紗紗線線密度為8.89 tex.微波負壓干燥前, 將這3種規格的筒子紗浸入水中30 min, 然后取出, 置于室內自然狀態下, 至無水分滴落, 再稱得其質量, 如表2所示.

1978年黨的十一屆三中全會后，改革開放的春風遍及中華大地，以經濟建設為中心的改革開放方針，使各行各業的經濟建設開始復蘇和煥發生機?？茖W、教育、文化、藝術事業的蓬勃發展，也促進了北京印刷業的繁榮和發展?；仡櫢母镩_放40年來，北京印刷業發生了翻天覆地的變化。

2 筒子紗微波負壓干燥的試驗方法

實施習近平總書記“長江大保護”戰略要堅持尊重自然、順應自然、保護自然的理念，把修復長江生態環境擺在壓倒性位置，進一步修復水生生物重要棲息地和關鍵生境的生態功能；堅持上下游、左右岸、江河湖泊、干支流有機統一的空間布局，把水生生物和水域生態環境放在“山水林田湖草”生命共同體中，全面布局、科學規劃、系統保護、重點修復。大保護必須統籌山水林田湖草整體保護，拯救瀕危物種，尤其要強化長江流域魚類和珍稀特有水生物種保護，嚴格漁業資源管理，禁止非法捕撈，加大增殖放流力度，促進珍稀特有物種種群的自然恢復，全面加強水生生物多樣性保護。

干燥過程中可設置微波干燥時間, 當既定干燥時間結束, 微波會自動關閉.干燥結束后應首先關掉微波發生器, 然后打開放氣閥, 最后關掉真空泵.完成操作后便可以打開防護門, 掀開箱門, 取出其中的試樣, 檢查干燥效果.

表2 浸泡前后筒子紗的質量

試驗設備: DHU2013型微波負壓干燥設備; 威衡WH-B08L型電子秤(稱量范圍0～7 kg, 精度為±1 g).

2.2 試驗控制參數及試驗方案

2.2.1 試驗控制參數

為防止震動產生噪音污染，盡量選用低噪音設備，設備與基礎之間采用彈性連接，將溜槽與設備之間的落差盡量減小，并設置特殊結構或設施(圓弧過度、保留煤堆、橡膠襯里等)，以降低噪音。在周圍空地種植綠化隔音帶，使廠內外噪音都能達到國家有關規定，即廠內小于等于85 dB(A)，廠外小于60 dB(A)。隨著配套綠化和植被的實施，植被覆蓋增加，將對改善區域生態環境和局地小氣候，減少風力，提高土壤蓄水保肥能力具有一定的作用，也有利于自然植被的恢復，防止水土流失及土地沙漠化加劇，有利于保護區域生態環境。

(1) 干燥時間.干燥時間是干燥加工中最重要的工藝參數[1], 它對于干燥效果的影響重大.干燥時間太長, 不僅浪費能源, 而且易使干燥對象受損; 反之, 不能滿足干燥要求.因此, 測量精確的干燥時間是試驗的主要目標之一.

近年來研究認為RA是一種自身免疫性疾病,Th17/Treg免疫失衡是其重要的病機,且Th17/Treg免疫失衡與炎性微環境密切相關。Th17細胞所產生的IL-17能誘導炎癥局部IL-6、TNF-α、IL-1等細胞因子和MCP-1、MIP-2等趨化因子的釋放,激活機體免疫級聯反應發揮吞噬及殺傷作用[4]。微環境中大量生成的IL-6、TGFβ等細胞因子能促進Th17細胞的分化,如IL-6可通過磷酸化信號傳導與轉錄激活因子促進初始T細胞向Th17細胞方向分化[5-6]。同時,IL-6、TNF-α等細胞因子可激活NF-κB信號通路,最終影響Treg/Th17細胞的平衡。

(2) 濕度終點判斷.本試驗主要采用溫度控制及質量檢測的方式進行濕度終點判斷.基于筒子紗本身有一定的吸濕性, 在常溫下放置過程中, 將達到特定吸濕平衡.因此, 當實時溫度上升趨勢明顯時, 檢測筒子紗質量, 其含水率達到1%時即可認為被干燥物料中大量液態水已經汽化抽出, 干燥過程結束.

(3) 溫度監控.因為纖維材料具有熱敏性, 所以各類纖維材料的干燥溫度應控制在合理的范圍, 干燥溫度應該比較低[6].因此, 必須對紗線的溫度進行實時測試, 以保證紗線干燥后的品質[7].

本試驗所用設備使用紅外測溫裝置, 受強電磁場影響較小, 但根據其測溫原理, 只能測量物料表面的溫度[8].

2.2.2 試驗方案

采用熱盤爐預焚燒技術可使固體廢棄物的整個燃燒過程發生在熱盤爐內，最大程度上減少廢棄物燃燒對分解爐產生的沖擊，并增加固體廢棄物爐內停留時間5～45min，使固體廢棄物在1045℃的高溫下徹底分解。

3.2 不同試樣干燥速率對比

針對既定的試驗對象進行單因素試驗研究, 考察筒子紗體積對干燥過程中干燥速率及干燥溫度的影響.

將3組筒子紗在600 W微波功率下進行快速干燥.考慮到紗線的回潮率, 在本試驗中當干燥對象質量回歸自然狀態后即視為含水率趨于0, 干燥結束.

在相對真空度為-0.09 MPa, 微波功率為600 W 條件下, 筒子紗隨著干燥時間t(min)的變化, 測得各時間點干燥后3種筒子紗的質量m(kg) 如表3所示.

3 結果與討論

3.1 筒子紗含水率-溫度變化曲線分析

圖2為直徑10 cm筒子紗在600 W微波負壓干燥下的含水率、溫度隨時間變化的曲線圖.由圖2可知, 在干燥剛開始的5 min內, 處于升溫階段, 筒子紗含水率幾乎沒有下降.在5～40 min時間內, 筒子紗含水率基本呈現直線下降, 斜率變化不大, 為恒速干燥階段.而在40 min以后, 筒子紗含水率下降平緩, 為降速干燥階段.在微波功率與筒子紗直徑一定的前提下, 隨著干燥時間的延長, 筒子紗的含水率變低, 兩者呈正相關關系.故根據含水率的變化規律, 可將干燥過程分為升溫階段、恒速干燥階段和降速干燥階段.

（3）患者若術后未完全清醒，輔助其取側臥位，清除患者呼吸道內的分泌物，若有必要，可進行吸痰治療。主動與患者家屬溝通，告知喂養患兒應以高營養值的流質食物為主。并配合開展一些健康教育工作，包括換藥時間、傷口觀察及護理措施等，注意仔細觀察患者切口部位，若滲血量較大，需要及時分析原因，及時更換敷料，遵醫囑取止血藥物治療。待患者麻醉清晰后辦理出院手續，手術當天出院。

圖2 筒子紗干燥溫度-含水率變化曲線(直徑10 cm, 微波功率600 W)Fig.2 The drying temperature-percentage of moisture curve of cheese (diameter 10 cm, microwave power 600 W)

試驗中發現, 進入降速干燥階段后, 適當調小功率, 可改善干燥后筒子紗的品質, 且能有效地節約能源.若繼續使用大功率進行干燥, 會導致筒子紗焦化或者局部色差比較明顯.

在恒速干燥階段, 筒子紗的表面溫度基本為水在該壓強下的沸點溫度.由于該負壓狀態下水的沸點可控制在50 ℃以下, 所以在高溫下易變質、破壞的物料, 采用負壓干燥的方式進行干燥, 可提高干燥速率并保證干燥質量.

“良好睡眠牽系孩子健康成長、家庭和諧與人口素質?！薄吨袊鴥和l展綱要（2011－2020年草案）》將在前一個十年綱要基礎上，繼續完善0～3歲兒童家庭教育發展，而睡眠質量對于0～3歲兒童是最重要的發展內容。提高家庭教育中對嬰幼兒睡眠重要性的認知、研究和行動干預勢在必行。

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試驗時, 將試驗對象放入微波諧振腔中, 蓋上箱蓋, 抽真空, 由于微波負壓干燥設備無法調節真空度, 本試驗在能達到的最低真空度下進行, 實測真空度(相對)為-0.09 MPa.查表可得, 此真空狀態下水的汽化溫度為45.79 ℃.由于在微波真空環境下, 濕度傳感器、重量傳感器無法克服電磁場及真空環境的干擾, 無法實現在線測量濕度.因此每隔5 min停止干燥一次, 迅速取出筒子紗, 稱得其質量, 為防止筒子紗溫度變化, 質量測量操作均控制在10 s內完成.

表3 各組筒子紗在對應階段的質量(微波功率600 W)

(續 表)

根據上述數據, 筒子紗單位時間內減少的水分質量, 稱為干燥速率v, 可由式(1)求出.

Δt=t2-t1

(1)

其中:m1為在時刻t1測得筒子紗質量;m2為在t1之后的t2時刻測得的筒子紗質量.

2.1 材料與設備

將計算得到的各單位時間內的干燥速率繪制成圖像, 如圖3所示.由圖3可知, 筒子紗直徑為8 cm時, 干燥速率在曲線波峰段停留約10 min, 最高干燥速率(即恒速干燥階段干燥速率)達到5.8 g/min; 而筒子紗直徑為9和10 cm時, 波峰由6 min達到并分別持續到34及48 min, 同時直徑為9 cm的筒子紗最快干燥速率為5.1 g/min, 直徑為10 cm的筒子紗恒速干燥階段干燥速率約為4.5 g/min.

圖3 筒子紗干燥速率圖(微波功率600 W)Fig.3 The drying rate of different cheeses(microwave power 600 W)

分析以上數據得出, 筒子紗的直徑對于干燥速率有顯著影響, 最大干燥速率及干燥時間與厚度呈負相關.物料尺寸越小, 干燥時間越短, 干燥速率峰值也越高.

3.3 最高干燥溫度的測定

經過一番調查取證，警方終于找到了真兇——當然不是什么“幽靈”，而是蠟像師陸影。在證據面前，他只好承認了自己的罪行。

取含水率達到1%時為濕度干燥終點, 判定干燥完成, 通過對比分析試驗的各組數據, 繪制出每組數據所對應的干燥曲線如圖4所示, 作圖取得最高干燥溫度.

(a) 1#

(b) 2#

(c) 3#圖4 不同直徑筒子紗干燥溫度和含水率變化曲線圖(微波功率600 W)Fig.4 The drying temperature and percentage of moisture curve of different cheeses(microwave power 600 W)

由圖4可知, 當筒子紗含水率下降到5%以下, 接近干燥終點時, 3組筒子紗的表面溫度均急劇上升.3組筒子紗在達到干燥終點時取得最高溫度.相比之下, 筒子紗的厚度越大, 對應的最高干燥溫度越高, 直徑為10 cm的筒子紗最高干燥溫度為59 ℃.因此, 在具體加工環境中, 應根據物料的干燥溫度要求, 來選擇相應合理的筒子紗尺寸.

4 結 語

本文以滌綸筒子紗為干燥對象, 對于筒子紗微波負壓干燥的原理和方法進行了介紹, 通過試驗得出如下結論:

由圖1可知：隨著傳感器網絡節點逐漸遠離原點,噪聲干擾對距離測量誤差的影響逐漸增大.基于MDS法的機器人傳感器網絡節點定位誤差隨距離的增大逐漸發散,存在較大誤差.而本文提出的MDS和KL聯合定位方法測量的平均誤差距離MED逐漸收斂,遠低于傳統的MDS定位方法.在γ=10噪聲水平下,MDS法定位誤差高達100多m,而本文提出的MDS和KL聯合定位誤差小于20 m;同樣,在γ=20,定位誤差小于5 m,在γ=30,定位誤差在1 m左右.相比于MDS法,誤差減小到20%以下，證明了本文提出的MDS和KL聯合定位方法對提高定位跟蹤性能的有效性.

(1) 筒子紗的最大干燥速率與筒子紗厚度呈負相關.物料尺寸越大, 干燥時間越長, 且其所能達到的最大干燥速率也越小;

(2) 筒子紗在干燥過程中, 含水率下降到5%后各組筒子紗溫度急劇上升, 當達到干燥終點時干燥溫度最高;

(3) 3種尺寸的筒子紗相比, 厚度越大, 對應的最高干燥溫度越高.

[1] 王喜鵬. 微波真空干燥過程的特性及應用研究[D]. 沈陽: 東北大學機械工程及自動化學院，2006.

[2] NIJHUIS H H, TORRINGA H M, MURESAN S, et al. Approaches to improving the quality of dried fruit and vegetables[J]. Trends in Food Science & Technology, 1998, 9(1):13-20.

[3] 杜春林.織物真空微波干燥的實驗研究[D]. 沈陽: 東北大學機械工程及自動化學院，2006.

[4] 紀勛光, 張力偉, 車剛, 等. 微波真空干燥技術的探討[J]. 干燥技術與設備, 2009,7(5):224-227.

[5] 楊伯倫, 賀擁軍. 微波加熱在化學反應中的應用進展[J]. 現代化工, 2001, 21(4): 8-12.

[6] 單志均. 終點判斷在冷凍干燥設備中的應用[J]. 全國第五屆冷凍干燥學術交流會論文集, 1997.

[7] 王棟. 微波加熱在紗線烘干中的應用[J]. 干燥技術與設備, 2012,10(2):3-6.

[8] 宋蕓, 崔政偉. 微波真空干燥胡蘿卜片過程中收縮變形的數學模型研究[J]. 食品科技, 2008, 33(1):62-65.

(責任編輯：于冬燕)

Experimental Study on Microwave Vacuum Drying for Cheese

NIUYingjiea,YUANChenwanga,CHENGea, b

(a. College of Mechanical Engineering; b. Engineering Research Center of Advanced Textile Machinery, Ministry of Education, Donghua University, Shanghai 201620, China)

The principle of the microwave vacuum drying device was introduced and it was used to finish the drying cheese experiment. The influence of the diameter of cheese was analyzed on drying rate and drying temperature in the process of microwave vacuum drying. And the change tendency of drying temperature was analyzed according to the drying temperature and percentage of moisture curve, which provided reference for the industrial application of microwave vacuum drying for cheese.

cheese; microwave vacuum drying; drying time; drying efficiency

1671-0444 (2017)02-0205-05

2016-01-29

牛穎杰(1992—)，男，陜西榆林人，碩士研究生，研究方向為微波負壓干燥. E-mail: abelniu@126.com 陳 革(聯系人)，男，教授，E-mail: chenge@dhu.edu.cn

TS 103

A