【摘要】：微波是一種重要的外場(chǎng)強(qiáng)化技術(shù),在化工分離領(lǐng)域已有廣泛的研究。因微波具有的特殊加熱性能,研究發(fā)現(xiàn)微波可以影響某些體系的相平衡、改變組分間的相對(duì)揮發(fā)度,但將微波技術(shù)應(yīng)用于特定化工分離單元操作,實(shí)現(xiàn)混合物的分離強(qiáng)化仍缺乏研究。本文的主要研究目的是針對(duì)微波的特殊效應(yīng),開(kāi)發(fā)一種新型微波場(chǎng)強(qiáng)化分離技術(shù)——微波誘導(dǎo)薄膜蒸發(fā)技術(shù),選取不同的二元體系,探究微波輻射對(duì)刮膜蒸發(fā)分離過(guò)程的強(qiáng)化效果。本文首先探究了微波對(duì)二元體系相平衡的影響與組分極性差異及沸點(diǎn)差異的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)微波輻射對(duì)正丙醇-環(huán)己烷(極性/非極性體系)的相平衡影響明顯,且在不同濃度區(qū)間內(nèi)影響程度不同,這主要是組分間沸點(diǎn)差較大引起的碰撞和熱量傳遞速率不同等造成的;而微波輻射對(duì)極性差異較小的乙酸乙酯-異丙醇(極性/極性體系)的汽液相平衡基本沒(méi)有影響�；谏鲜鑫⒉▽�(duì)不同體系的作用效果不同,為實(shí)現(xiàn)微波輻射對(duì)二元體系的分離強(qiáng)化,本文開(kāi)發(fā)出刮膜蒸發(fā)分離技術(shù),自行設(shè)計(jì)并搭建了適用于微波場(chǎng)作用的刮膜蒸發(fā)裝置,采用脈沖示蹤法探究了液膜在蒸發(fā)器內(nèi)的停留時(shí)間分布,結(jié)果發(fā)現(xiàn)液膜的平均停留時(shí)間主要受進(jìn)料流量的影響,其次是轉(zhuǎn)速,進(jìn)而確定了操作參數(shù)對(duì)該裝置內(nèi)液膜與微波的作用時(shí)間的影響。最后利用上述裝置進(jìn)行了微波輻射與常規(guī)加熱下的環(huán)己烷-異丙醇體系蒸發(fā)分離實(shí)驗(yàn),結(jié)果驗(yàn)證了微波輻射對(duì)于非平衡穩(wěn)態(tài)分離中異丙醇的蒸發(fā)汽化強(qiáng)化的可行性,并采用單因素分析法探究了進(jìn)料組成、進(jìn)料流量、進(jìn)料溫度、微波功率密度對(duì)環(huán)己烷-異丙醇體系蒸發(fā)分離的影響。之后,通過(guò)對(duì)比分析乙酸乙酯-異丙醇、異丙醇-乙醇與環(huán)己烷-乙醇體系的蒸發(fā)分離結(jié)果,發(fā)現(xiàn)微波誘導(dǎo)蒸發(fā)分離主要與組分的極性和介電性質(zhì)差異有關(guān),而與體系的沸點(diǎn)序列和常規(guī)分離順序無(wú)關(guān)。本文驗(yàn)證了將微波輻射應(yīng)用于刮膜蒸發(fā)操作中,由于極性組分吸收微波產(chǎn)生汽化相變后,可以快速離開(kāi)蒸發(fā)器,減少了組分間碰撞、傳熱和相間傳質(zhì)等,可實(shí)現(xiàn)對(duì)二元體系分離的強(qiáng)化;這些研究可為該類微波強(qiáng)化分離的過(guò)程與設(shè)備的進(jìn)一步研究、設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支持。
【圖文】：

同時(shí)還有加熱速度快、選擇性加熱、體加熱的優(yōu)點(diǎn)，不僅在食品加工、家用、有機(jī)合成、材料合成等領(lǐng)域有廣泛研究，而且在化工分離領(lǐng)域也取得了很大的研究進(jìn)展。1.2 微波技術(shù)強(qiáng)化化工分離過(guò)程微波是頻率為 300 MHz-300 GHz、對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為 1 m-1 mm 的一種電磁波，在工業(yè)上及家庭中應(yīng)用的常用頻率是 915 MHz 和 2.45 GHz[3]。1937 年，Kassner首次申請(qǐng)了微波加熱的專利。自從 1947 年，美國(guó)雷聲公司成功生產(chǎn)出世界上第一臺(tái)微波爐（圖 1-1（a））后，微波加熱技術(shù)得到迅速發(fā)展，并在等離子體應(yīng)用中取得重大成功。1999 年，Roy 等人（美國(guó)賓州州立大學(xué)）發(fā)現(xiàn)微波可以加熱并融化金屬，此后微波有了更廣闊的研究空間。目前，美國(guó)、加拿大、德國(guó)和澳大利亞等國(guó)家已將微波加熱應(yīng)用于高技術(shù)陶瓷、粉末冶金、礦物冶金和耐火材料等領(lǐng)域，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，工業(yè)用微波爐如圖 1-1（b）所示。

第 1 章 文獻(xiàn)綜述相對(duì)于國(guó)外研究，我國(guó)對(duì)微波加熱技術(shù)的研究起步較晚，，但在木材、陶工、制藥醫(yī)療、食品、橡膠等應(yīng)用領(lǐng)域也取得了較大的研究進(jìn)展[17]。微波加熱是一種特殊的加熱方式，與常規(guī)加熱方式相比有許多優(yōu)點(diǎn)。首微波場(chǎng)中，通過(guò)電磁波與物質(zhì)分子的相互作用，電磁能可以直接傳輸?shù)轿锏母鱾�(gè)位置并轉(zhuǎn)化為熱能，因此微波加熱屬于分子層面的加熱，是一種能過(guò)程。而常規(guī)加熱一般依賴于熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射三種傳熱機(jī)制，將物體表面?zhèn)鬟f給物體內(nèi)部，由于不同物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)和對(duì)流傳熱系數(shù)的限量在物質(zhì)的表面聚集，使物質(zhì)表面的溫度最高，從而在物質(zhì)體內(nèi)產(chǎn)生一定梯度。因此微波“體加熱”的方式，相較于普通加熱具有加熱快速、均勻、熱的優(yōu)點(diǎn)，避免了溫度梯度造成的加熱不均、速度慢的問(wèn)題。微波輻射與加熱機(jī)制如圖 1-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ028.8

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本文編號(hào)：2670780