[发明专利]一种液态物料微波-超声耦合处理装置、设备及应用

说明书

本发明公开了一种液态物料微波‑超声耦合处理装置、设备及应用，属于微波处理技术领域。通过微波装置与超声装置的排列方式实现微波作用为主、超声作用为辅的微波‑超声耦合处理过程。通过波导安装角度及波导中调配器的使用极大程度地降低了微波加热液态物料过程中电磁波反射的风险，使物料承载腔内电磁场分布更加均匀，减少物料微波加热冷点，同时，能够使物料承载腔内电磁场分布更加集中，使微波效应与超声空化效应高效结合，提升液态物料处理效果。搭配进料预热、恒温处理及冷却收料工段，实现对液态物料的连续化微波‑超声耦合处理过程。

技术领域

本发明涉及一种液态物料微波-超声耦合处理装置、设备及应用，属于微波处理技术领域。

背景技术

微波是指频率范围在300MHz-300GHz之间的电磁波。除广泛应用于通信技术领域外，微波对介电物质的加热特性使其成为食品热加工的新兴技术之一。相较传统加热手段，微波加热的特点包括：1、时间短，速度快；2、辐射加热，穿透性强，在处理过程中不易出现因管壁过热导致的结焦现象；3、选择性强，与物质介电性质有关；4、能耗少，占地小，自动化程度高；5、装备及配件成本低等。因此，关注微波加热技术对于升级优化传统加工过程具有重要意义。

超声波是一种振动频率大于20KHz的机械波，目前超声波已经应用于物料干燥、灭菌以及物质提取等诸多领域。超声波在流体中的作用与其空化作用有关，超声空化是指在流体中由于超声的物理作用，流体的某一区域会形成局部的暂时负压区，于是在流体中产生空穴或气泡。这些充有蒸汽或空气的气泡处于非稳定状态。当它们突然闭合时，会产生激波，因而会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用从而产生很大压强。由于气泡的非线性振动和它们破灭时产生的巨大压力，伴随着这种空化现象会产生许多物理和化学效应。微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体升温并起到很好的搅拌作用，能够加速某些化学反应。此外，强烈的高频超声振荡能使细胞壁、细胞质膜破裂，使细胞内含物胶体发生絮凝沉淀，凝胶发生流化或乳化，达到超声波的处理目的。

虽然微波处理与超声处理都有一定的应用实例，但是不可否定的是两者都存在不同程度上的缺点，例如两者在杀菌领域都存在效果不够彻底并且影响因素较多、稳定性差等问题。一种有效的解决方法是将多种技术联合共同作用，其中微波-超声耦合技术正日益受到人们青睐，但是目前微波-超声耦合技术多用于物质的反应与萃取过程。针对连续流动液态物料微波-超声耦合处理的相关研究较少，如何将微波效应与超声空化效应高效结合是目前液态物料加工领域的研究热点。

而目前关于液态物料连续式微波-超声耦合处理设备的设计存在以下不足：

1、波导、超声震子以及物料承载腔物料承载腔的结合模式目前仅存在概念上的简单连接，缺乏具体地具有可行性的方案；

2、没有考虑腔体中电磁波的反射问题，存在诸多安全隐患；

3、目前微波-超声耦合技术多应用于化工领域，针对其他处理过程(例如液体食品等)缺乏对材料合理性等诸多方面的考量；

4、没有考虑微波加热高效性与均匀性的问题，很难达到液态物料处理温度；

5、目前微波的吸收模式以多模为主，稳定性差；

6、液态物料的微波吸收过程与流体流动特性(层流、湍流)的匹配问题；

7、缺乏适用于液态物料连续处理的微波-超声组合装备。

发明内容

为了解决目前存在的上述问题，本发明提供了一种液态物料微波-超声耦合处理装置、设备及应用。

本发明的第一个目的在于提供一种液态物料微波-超声耦合处理装置，所述装置包括：微波发生系统、超声系统、波导系统及调配器、物料承载腔；