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微波干燥白钨精矿的研究理论

时间 : 2017-02-08 13:37:11点击数 : -

本文以白钨精矿这一典型的冶金矿物颗粒物料,开展了微波干燥工艺及微波干燥理论研究。

目前工业中大多采用热风、燃气、蒸汽(过热蒸汽)、电加热等方式来进行加热,热源和物料之间的温度梯度是能量传递的原始推动力,这种由表及里的传热方式在脱除水分的同时需要对全部物料进行加热;而传质的推动力是物料内部与表面之间水分浓度的梯度,水分的蒸发从物料表面开始,内部的水分慢慢从内部扩散至表面,为加快干燥速率,则需要较高的外部温度来形成温度梯度。

(1)研究了微波干燥白钨精矿的新工艺。

在单因子实验的基础上,建立了可信的各因子与响应值的数学模型为:脱水率=67.83-19.36x1+15.03x2+18.47x3-3.6xlx2-1.28x1x3+5.5x2x3-7.05x12-15.98x22-10.06x32并应用响应面法对微波干燥白钨精矿的工艺条件进行了优化,分析结果表明:微波时间、物料量及料层厚度对无烟煤干燥影响的显著性顺序为微波时间>>物料量>料层厚度;微波时间,物料量,料层厚度对脱水率的影响不是简单的线性关系,一次项和二次项对脱水率影响显著,交互项影响较小。响应面法优化微波干燥钛精矿的最佳工艺条件为:微波时间174s,物料量135g,料层温度92℃。此时相对脱水率的实际结果为82.4%。此时实验值与预测的偏差为0.03%。

(2)进行了白钨精矿的微波干燥动力学研究。

通过干燥速率曲线的表征可将干燥过程划分为加速干燥、恒速干燥以及降速干燥三个阶段。微波功率的强度对干燥速率的影响效果是显著的。伴随着微波功率的增大,物料干燥速率明显增大,相应所需的微波干燥时间则越短。通过对微波干燥薄层物料结果的一系列分析,确定了Page模型是适合用于对白钨精矿的微波干燥过程进行描述和拟合的,因此可以通过这一模型对多种条件下白钨精矿物料的干燥时间进行预测。

(3)通过对实验结果的研究和理论的分析,得出了微波干燥特点不同于传统干燥过程的结论。

其中微波干燥特点是由于物料内部的极性分子在微波场中急速摆动而产生热量,促使内部产生巨大的由内而外的蒸汽压梯度,推动着水分的扩散达到干燥的目的。针对微波干燥白钨精矿的全过程,采取集中湿容法处理湿矿物中的水分变化规律,建立了数学模型,并根据该模型,计算矿物中不同时刻的含水量变化,将实验数据与计算结果进行比对分析,得出以上模型能够较好的反应白钨精矿干燥规律。

微波加热具有内部加热、选择性加热等优势。由于水分子的介电常数ε’高达70~78,远大于一般矿物及化合物,在微波干燥过程中,水分子总是优先吸取大量微波,在短时间内形成较大蒸汽压,迅速逸出物料表面,显著减少了干燥处理时间。这种干燥方式减少了对物料的整体加热,极大地降低了能耗;同时,由于内部加热的特点,在物料中形成由内而外的温度梯度,其方向与水分传输反向相同,极大的促进了水分子的传质过程,提高了干燥效率,因此,微波干燥工艺日益受到重视并得到快速发展。

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