微波真空十燥過程中的傳熱與傳質(zhì)

微波真空十燥過程中的傳熱與傳質(zhì)

微波真空干燥機(jī)本身是一種能量形式而不是熱量形式，但是在電介質(zhì)中可以轉(zhuǎn)化為熱量。能量轉(zhuǎn)換的機(jī)理有多種，如離子傳導(dǎo)、偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)、界面極化、磁滯、壓電現(xiàn)象、核磁共振等。其中離子傳導(dǎo)和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)是介質(zhì)加熱的主要機(jī)理。

①離子傳導(dǎo) 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(yùn)動(dòng)即定向遷移，在宏觀上表現(xiàn)為傳導(dǎo)電流。這些離子在運(yùn)動(dòng)過程中將與其周圍的其他粒子發(fā)生碰撞，同時(shí)將動(dòng)能傳給被碰撞的粒子，使其運(yùn)動(dòng)加劇。如果物料處于高頻交變電場中，物料中的粒子就會(huì)發(fā)生反復(fù)的變向運(yùn)動(dòng)，致使碰撞加劇，產(chǎn)生耗散熱（或焦耳熱），即發(fā)生了能量轉(zhuǎn)化。

②偶極子轉(zhuǎn)動(dòng) 根據(jù)電介質(zhì)的極性可將電介質(zhì)分為兩類：非極性分子電介質(zhì)和極性分子電介質(zhì)。在外電場的作用下，由非極性分子組成的電介質(zhì)的分子的正負(fù)電荷將發(fā)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(zhì)的表面上將出現(xiàn)正負(fù)相反的束縛電荷，在宏觀上稱該現(xiàn)象為電介質(zhì)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(gè)分子均受到力矩的作用，使偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)并取向外電場的方向，這種極化為轉(zhuǎn)向極化。外電場強(qiáng)度越大，偶極子的排列越整齊。

當(dāng)電介質(zhì)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(zhì)都被反復(fù)極化，偶極子隨電場的變化在不斷地發(fā)生“取向”（從隨機(jī)排列趨向電場方向）和“弛豫”（電場強(qiáng)度為零時(shí)，偶極子又恢復(fù)到近乎隨機(jī)的取向排列）排列。這樣，由于分子原有的熱運(yùn)動(dòng)和相鄰分子之間的相互作用，使分子隨外電場轉(zhuǎn)動(dòng)的規(guī)則運(yùn)動(dòng)受到干擾和阻礙，產(chǎn)生“擦效應(yīng)”，使一部分能量轉(zhuǎn)化為分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，即以熱的形式表現(xiàn)出來，使物料的溫度升高，即電場能被轉(zhuǎn)化為熱能。

水是最典型的極性分子，濕的物料因?yàn)楹兴侄蔀榘雽?dǎo)體，此類物料除轉(zhuǎn)向極化外，還發(fā)生離子傳導(dǎo)（一般地，水中溶解有鹽類物質(zhì)）。在微波頻率范圍，偶極子的轉(zhuǎn)動(dòng)占主要地位；低頻率時(shí)，離子傳導(dǎo)占主導(dǎo)地位。

微波干燥和普通干燥（包括熱風(fēng)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(shí)，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(zhì)方向相反。微波干燥時(shí)，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(zhì)方向是相同的。

在微波真空干燥設(shè)備干燥過程中，物料內(nèi)部產(chǎn)出熱量，傳質(zhì)推動(dòng)力主要是物料內(nèi)部迅速產(chǎn)生的蒸汽所形成的壓力梯度。如果物料開始很濕，物料內(nèi)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(yīng)，驅(qū)使液體向表面。在真空條件下，由于低壓強(qiáng)使得水的沸點(diǎn)降低，加快了水的蒸發(fā)速度，同時(shí)由于蒸發(fā)冷卻，物體表面溫度要低于內(nèi)部溫度，加快了物料內(nèi)的水分移動(dòng)和蒸發(fā)速度。