典型冶金物料的微波及组合干燥应用研究

微波干燥论文 响应曲面法论文 联合干燥论文 热泵论文 动力学论文 钛精矿论文 无烟煤论文 高纯石英砂
论文详情
干燥工艺是冶金工业的重要工序,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。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60-78,远大于一般矿物及化合物,在微波干燥过程中,水分子总是优先吸收大量微波,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。本论文以物料吸波性能的强弱,选取了钛精矿、无烟煤和高纯石英砂三种典型的冶金颗粒物料,开展了微波及微波-热泵组合干燥工艺研究,具体内容如下:(1)首先在20-100℃的干燥温度范围内,利用终端开路同轴反射法测定了三种典型颗粒物料无烟煤、钛精矿与高纯石英砂的反射系数的幅值和相位,并运用遗传算法和有限元分析计算得到三种物料的介电常数(ε)、介电损耗因子(ε)和损耗角正切(tanδ),研究结果表明:钛精矿的介电常数在6.23-13.24,介电损耗因子在0.79-6.56,属于强吸波性物料;无烟煤的介电常数在2.56-12.65之间变化,介电损耗因子在0.32-5.36,属于中强吸波性物料;高纯石英砂的介电常数在3.98-5.38之间变化,介电损耗因子在0.26-0.40,属于弱吸波性物质。并根据其吸波特性的不同,探索了其相适合的干燥设备和方法。(2)研究了微波干燥钛精矿的新工艺。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=100.11+26.40-1.56x2-11.66x3-1.75x,x2+14.00x1x3+1.OOx2x3-18.20x12-1.06x22-7.77x32并应用响应面法对微波干燥钛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135s,物料量164g,料层厚度20mm。此时脱水率的实际得率为99.99%。此时实验值与预测的偏差为0.01%。(3)研究了微波干燥无烟煤的新工艺。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=24.51+6.37x1+18.19x2-6.55x3+5.44x1x2+3.30x1x3-0.23x2x3-0.61x12+2.78x22+7.69x32并应用响应面法对微波干燥无烟煤的工艺条件进行了优化,由响应面分析表明:微波功率、微波时间及物料量对无烟煤干燥影响的显著性顺序为微波时间>>物料量>微波功率;结果表明微波时间,微波功率,物料量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。微波干燥参数优化表明:在脱水率达到要求的条件下,在设计水平内预获得较高的干燥效率,其最佳工艺参数为微波功率682.07W、微波时间2.98min、物料量49.19g。此时的处理效率最高为1.452kg/kW·h。此时实验值与预测的偏差为+0.57%。(4)研究了微波-热泵联合干燥高纯石英砂的新工艺。开展了高纯石英砂的微波干燥条件试验,考察了物料量、初始含水率及微波功率对脱水率、湿基含水率和干燥效能的影响;开展了高纯石英砂的空气源热泵干燥条件试验,考察了物料量、风速、及初始含水率对脱水率、湿基含水率和干燥效能的影响;在上述微波、热泵单独干燥的基础上,建立了可信的各因子与响应值的数学模型为:湿基含水率=0.39-0.91x1-0.44x2+0.69x3+0.34x1x2-0.096x1x3-0.091x2x3+0.45x12+0.10x22+0.40x32能效比=0.65-0.21x1-0.021x2+0.24x3-0.002x1x2-0.065x1x3+0.003x2x3+0.059x12-0.00922-0.072x32并应用响应面法对微波-热泵联合干燥高纯石英砂的工艺条件进行了优化,结果表明各影响因子对湿基含水率与能效比的影响是复杂的非线性关系,并得出联合干燥的最佳工艺参数:物料量620g,微波处理时间为4.6minute,热风处理时间为9minute,此时实验值与预测的偏差为0.01%。(5)进行了无烟煤、钛精矿和高纯石英砂的微波干燥动力学研究。得到无烟煤的微波干燥速率常数与功料比的关系为:k=0.06102-4.09204 m/p+140.05833(m/p)2-1691.86413(m/p)3干燥活化能为31.30629W/g,指数前因子A0为0.04285;得到钛精矿的微波干燥速率常数与功料比的关系为:k=0.0652-1.35849m/p+11.64559(m/p)2-30.57185(m/p)3;干燥活化能为6.9600 W/g,指数前因子A0为0.0362。得到高纯石英砂的干燥活化能为6.9600W/g,指数前因子A0为0.0362。在功率密度大于1(1.000-4.167)的条件下活化能为0.279W/g,在功率密度小于1(0.429-1.000)的条件下活化能为3.493W/g。研究了微波干燥高纯石英砂的能效比,实际值和理论值都是随着含水率的降低而减少,所获得的能效比的实际值和理论值分别为3.92和7.14MJ/kg水。(6)结合微波、热泵干燥的特点,提出了高纯石英砂的微波-热泵组合干燥的技术构想,在热工计算的基础上设计与试制了高纯石英砂的微波-热泵组合干燥系统实验样机。实验研究结果表明,组合干燥的脱水能效可达0.7kg/kW·h以上,远高于单一热源干燥及常规干燥的能效。
摘要第3-6页
Abstract第6-8页
目录第9-13页
第一章 绪论第13-36页
    1.1 干燥第13-19页
        1.1.1 干燥的概念第13-15页
        1.1.2 干燥方法分类第15-19页
    1.2 微波干燥概述第19-29页
        1.2.1 微波加热原理第20-22页
        1.2.2 微波加热的特性第22-25页
        1.2.3 微波干燥在矿物干燥方面的研究应用现状第25-28页
            1.2.3.1 国内研究现状第25-26页
            1.2.3.2 国外研究现状第26-28页
        1.2.4 微波联合干燥技术研究应用现状第28-29页
    1.3 几种典型冶金原料的干燥工艺现状第29-34页
        1.3.1 钛精矿干燥工艺现状第29-31页
        1.3.2 无烟煤干燥工艺现状第31-32页
        1.3.3 高纯石英砂干燥工艺现状第32-34页
    1.4 研究工作开展的重要性第34页
    1.5 主要开展的研究内容第34页
    1.6 本章小结第34-36页
第二章 物料特性分析第36-52页
    2.1 引言第36页
    2.2 原料成分及形貌分析第36-40页
        2.2.1 钛精矿成分及形貌分析第36-37页
        2.2.2 无烟煤成分及形貌分析第37-38页
        2.2.3 高纯石英砂成分及形貌分析第38-40页
    2.3 三种物料的介电特性测试第40-50页
        2.3.1 物质的介电特性及其测量的意义第40-41页
        2.3.2 介电特性的测试原理第41-42页
        2.3.3 介电特性的测试系统第42-43页
        2.3.4 样品准备第43页
        2.3.5 测定结果第43-50页
            2.3.5.1 钛精矿的介电特性测试结果第44-46页
            2.3.5.2 无烟煤介电特性测试结果第46-48页
            2.3.5.3 高纯石英砂介电特性测试结果第48-50页
    2.4 原料的选取第50页
    2.5 本章小结第50-52页
第三章 钛精矿的微波干燥实验研究第52-63页
    3.1 引言第52页
    3.2 实验装置与方法第52-53页
    3.3 微波干燥钛精矿的条件试验研究第53-55页
    3.4 优化实验研究第55-62页
        3.4.1 试验设计第56-57页
        3.4.2 模型精确性分析第57-59页
            3.4.2.1 回归方程方差分析第58-59页
            3.4.2.2 实验值与预测值检验第59页
        3.4.3 响应曲面分析第59-61页
        3.4.4 响应曲面优化及验证第61-62页
    3.5 本章小节第62-63页
第四章 无烟煤的微波干燥实验研究第63-73页
    4.1 引言第63页
    4.2 实验装置与方法第63页
    4.3 微波干燥条件小试实验第63-65页
        4.3.1 微波功率对脱水率的影响第63-64页
        4.3.2 物料量对脱水率的影响第64页
        4.3.3 物料厚度对脱水率的影响第64-65页
    4.4 优化实验研究第65-72页
        4.4.1 试验设计第65-66页
        4.4.2 模型精确性分析第66-68页
            4.4.2.1 回归方程方差分析第67-68页
            4.4.2.2 实验值与预测值检验第68页
        4.4.3 响应曲面分析第68-70页
        4.4.4 响应曲面优化及验证第70-72页
    4.5 本章小节第72-73页
第五章 高纯石英砂的微波-热风联合干燥试验研究第73-102页
    5.1 引言第73页
    5.2 实验装置与方法第73-77页
        5.2.1 常规热风干燥、微波、热泵干燥对比分析第73-74页
        5.2.2 微波-空气源热泵组合干燥设备实验样机设计第74-76页
        5.2.3 微波-空气源热泵组合干燥系统的热工计算及优化设计第76-77页
            5.2.3.1 实验样机主要初始设计参数第76-77页
            5.2.3.2 实验样机的热工计算机优化设计第77页
    5.3 高纯石英砂的微波干燥条件试验第77-82页
        5.3.1 物料量变化对干燥效率的影响第77-79页
        5.3.2 初始含水率变化对干燥效率的影响第79-80页
        5.3.3 微波功率变化对干燥效率的影响第80-82页
    5.4 高纯石英砂的热风干燥小试试验第82-88页
        5.4.1 物料量变化对干燥效率的影响第82-84页
        5.4.2 风速变化对干燥效率的影响第84-86页
        5.4.3 初始含水率变化对干燥效率的影响第86-88页
    5.5 微波-空气源热泵优化实验研究第88-96页
        5.5.1 试验设计第88-89页
        5.5.2 模型精确性分析第89-92页
            5.5.2.1 回归方程方差分析第90-91页
            5.5.2.2 实验值与预测值检验第91-92页
        5.5.3 响应曲面分析第92-95页
        5.5.4 响应曲面优化及验证第95-96页
    5.6 连续式扩大试验研究第96-100页
        5.6.1 高纯石英砂微波-热泵联合干燥连续式扩大系统的构成第96-98页
        5.6.2 系统初始设计参数第98页
        5.6.3 系统各主要部件的初步设计第98-99页
        5.6.4 高纯石英砂微波-热泵组合干燥连续扩大实验研究第99-100页
    5.7 本章小结第100-102页
第六章 微波干燥动力学研究第102-131页
    6.1 动力学研究的意义第102-104页
    6.2 试验装置、条件及方法第104-106页
        6.2.1 试验装置和试验条件第104页
        6.2.2 微波干燥动力学方程第104-106页
    6.3 钛精矿微波干燥动力学研究第106-114页
        6.3.1 微波功率的影响第106-108页
        6.3.2 物料量的影响第108-109页
        6.3.3 钛精矿的微波干燥动力学第109-114页
    6.4 无烟煤微波干燥动力学研究第114-121页
        6.4.1 微波功率的影响第114-115页
        6.4.2 物料量的影响第115-116页
        6.4.3 无烟煤的微波干燥动力学第116-121页
    6.5 高纯石英砂微波干燥动力学研究第121-129页
    6.6 本章小结第129-131页
第七章 结论与主要创新点第131-135页
    7.1 结论第131-133页
    7.2 主要创新点第133-135页
致谢第135-136页
附录一 博士期间取得的成绩第136-138页
附录二 符号表第138-140页
参考文献第140-149页
论文购买
论文编号ABS538279,这篇论文共149页
会员购买按0.30元/页下载,共需支付44.7
不是会员,注册会员
会员更优惠充值送钱
直接购买按0.5元/页下载,共需要支付74.5
只需这篇论文,无需注册!
直接网上支付,方便快捷!
相关论文

点击收藏 | 在线购卡 | 站内搜索 | 网站地图
版权所有 艾博士论文 Copyright(C) All Rights Reserved
版权申明:本文摘要目录由会员***投稿,艾博士论文编辑,如作者需要删除论文目录请通过QQ告知我们,承诺24小时内删除。
联系方式: QQ:277865656