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    微波真空十燥過程中的傳熱與傳質

    2022-07-21
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    微波真空十燥過程中的傳熱與傳質

    微波真空干燥機本身是一種能量形式而不是熱量形式,但是在電介質中可以轉化為熱量。能量轉換的機理有多種,如離子傳導、偶極子轉動、界面極化、磁滯、壓電現象、核磁共振等。其中離子傳導和偶極子轉動是介質加熱的主要機理。

    ①離子傳導 帶電粒子在外電場作用下被加速,并沿著與它們極性相反的方向運動即定向遷移,在宏觀上表現為傳導電流。這些離子在運動過程中將與其周圍的其他粒子發生碰撞,同時將動能傳給被碰撞的粒子,使其運動加劇。如果物料處于高頻交變電場中,物料中的粒子就會發生反復的變向運動,致使碰撞加劇,產生耗散熱(或焦耳熱),即發生了能量轉化。

    ②偶極子轉動 根據電介質的極性可將電介質分為兩類:非極性分子電介質和極性分子電介質。在外電場的作用下,由非極性分子組成的電介質的分子的正負電荷將發生相對位移,形成沿著外電場作用方向取向的偶極子,因此在電介質的表面上將出現正負相反的束縛電荷,在宏觀上稱該現象為電介質的極化,這種極化稱為位移極化。而極性分子在外電場的作用下,每個分子均受到力矩的作用,使偶極子轉動并取向外電場的方向,這種極化為轉向極化。外電場強度越大,偶極子的排列越整齊。

    當電介質置于交變的外電場中,則含有非極性分子和有極性分子的電介質都被反復極化,偶極子隨電場的變化在不斷地發生“取向”(從隨機排列趨向電場方向)和“弛豫”(電場強度為零時,偶極子又恢復到近乎隨機的取向排列)排列。這樣,由于分子原有的熱運動和相鄰分子之間的相互作用,使分子隨外電場轉動的規則運動受到干擾和阻礙,產生“擦效應”,使一部分能量轉化為分子熱運動的動能,即以熱的形式表現出來,使物料的溫度升高,即電場能被轉化為熱能。

    水是最典型的極性分子,濕的物料因為含有水分而成為半導體,此類物料除轉向極化外,還發生離子傳導(一般地,水中溶解有鹽類物質)。在微波頻率范圍,偶極子的轉動占主要地位;低頻率時,離子傳導占主導地位。

    微波干燥和普通干燥(包括熱風干燥和真空干燥等)過程中的熱量傳遞的方向和水分遷移的方向。普通干燥時,濕物料的溫度梯度和含水率梯度,二者方向相反,即濕物料中的傳熱和傳質方向相反。微波干燥時,濕物料的溫度梯度和含水率梯度,二者方向一致,也即濕物料中的傳熱和傳質方向是相同的。

    微波真空干燥設備干燥過程中,物料內部產出熱量,傳質推動力主要是物料內部迅速產生的蒸汽所形成的壓力梯度。如果物料開始很濕,物料內部的壓力升高得非???,則液體可能在壓力梯度的作用下從物料中排出。初始含水量越高,壓力梯度對濕分排除的影響也越大,也即有一種泵的效應,驅使液體向表面。在真空條件下,由于低壓強使得水的沸點降低,加快了水的蒸發速度,同時由于蒸發冷卻,物體表面溫度要低于內部溫度,加快了物料內的水分移動和蒸發速度。

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