高鈦渣微波深度乾燥特性及熱質遷移機理

《高鈦渣微波深度乾燥特性及熱質遷移機理》是依託昆明理工大學，由陳晉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高鈦渣微波深度乾燥特性及熱質遷移機理
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳晉
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

常規乾燥方法要將冶金、化工原料中的含水率從1.0-3.0%降低到0.3-0.5%，需要消耗大量能源，並且乾燥周期長，從而使得乾燥成本驟增，因此探索一種能源消耗低和環境友好的深度乾燥方法顯得尤為重要。本項目以生產氯化法鈦白的主要原料高鈦渣中的水分為研究對象，充分發揮微波加熱具有獨特的能量傳輸方式和選擇性加熱的特性，利用水分子介電常數較大的特點，開展高鈦渣微波深度乾燥特性及熱質遷移機理的研究。通過研究高鈦渣在微波場中的含水率變化行為、溫變行為、熱質遷移行為和水分遷移行為，揭示高鈦渣微波深度乾燥過程中的基本規律，探明高鈦渣內部的傳熱、傳質機理，獲得高鈦渣微波深度乾燥過程中的熱質遷移模型。通過試驗研究和理論探討，為微波深度乾燥冶金、化工原料的工業化套用和推廣提供試驗依據和理論基礎。

結題摘要

本項目以生產氯化法鈦白的主要原料高鈦渣中的水分為研究對象，擬將原料中的含水率從1.0%-3.0%降低到0.3%-0.5%，充分發揮微波加熱具有獨特的能量傳輸方式和選擇性加熱的特性，完成了高鈦渣微波深度乾燥特性及熱質遷移機理的研究。進行了不同含水量高鈦渣的介電特性參數的性能測試，在含水率5%的情況下，測試物料的介電常數和介電損耗係數達到最大值分別為77.89和19.03，滲透深度保持在10 mm；通過研究影響乾燥實驗的主要因素，如：微波功率、高鈦渣初始含水量、樣品質量等對乾燥過程中的含水率和乾燥速率隨時間變化趨勢，獲得了高鈦渣在微波乾燥過程中有效擴散係數等動力學參數的變化規律，進一步掌握了高鈦渣在微波乾燥過程中的動力學特性。當微波功率為250W，微波乾燥時間為70s時，最大幹燥速率為0.01711s-1，有效擴散係數為1.39989×10-8m2/s，除去單位水的消耗的熱量為26.25kJ/g；採用核磁對微波乾燥前後高鈦渣內部H質子（水分子）空間分布，並與常規乾燥方法進行比較可得，微波加熱條件下顆粒中的自由水整體遷移趨勢是從樣品四周同時擴散，同時經過SEM分析可以得到高鈦渣經過微波乾燥以後，物料表面出現裂紋，由於內部水分吸收微波發生劇烈氣化，這種內外壓力差導致礦石破裂，進而物料內部液態/氣態水由裂縫遷移至物料表面，闡釋了高鈦渣的微波乾燥過程中的微觀效應，從而獲得水分的遷移規律，相關研究為微波乾燥工業化推廣和套用提供理論基礎和實驗依據。相關研究成果獲得第九屆、第十屆國際發明展覽會“發明創業獎·項目獎”金獎銀獎各1項、第二十二屆全國發明展覽會“發明創業獎·項目獎”金獎1項、中國專利優秀獎1項、中國循環經濟協會專利獎一等獎1項等獎勵；發表論文12篇，其中SCI收錄論文7篇；授權發明專利4項，其中國際PCT發明專利2項（美國、韓國），中國發明專利2項；出版《微波加熱設備的研製與套用》專著1部；參與國內外學術會議8次，分會場特邀報告1次；培養博士2名及碩士2名。完成了任務書中規定的所有研究內容和技術指標。