20137.28,一种新型的冶金反应器─微波加热喷动床的特点及其操作特性.pptVIP

一种新型的冶金反应器─微波加热喷动流化床的特点及其操作特性 太原理工大学 材料科学与工程学院 冶金工程系 陈 津 2013.8.3 内 容 提 要 一、微波加热的特点 二、流化床的优点和发展 三、喷动床的出现和特点 四、喷动流化床的提出和特点 五、微波加热与喷动流化技术结合的优势 六、微波加热喷动流化床结构特点和操作参数 七、结论 一、微波加热的特点 一、微波加热的特点 对固体物料来说，传统的加热方法是使热量由物体表面传到内部，从而达到热平衡，这种方法极易产生热损失，需要较长的加热时间；而微波加热则是原位加热，微波以光速进入物体内部，由分子、离子的极化变形和快速转向而被吸收，即转变成热量，形成物料内外“整体”加热的效果，大大降低了热损失，减少了加热时间，达到快速、节能的作用。 相对于X射线和γ射线等电离辐射，微波属于非电离辐射。微波的量子能量虽然不能改变物质分子的价键结构而使分子发生电离，但与物质相互作用可以改变分子的自身状态，使分子发生快速转向和轨道变形，在物质内部产生类似于“分子搅拌”的作用。微波加热是微波能直接进入物料内部变成热能的一种原位加热方式，由于物料内外同时加热，所以又称之为体加热。相对于因自身具有温度而辐射出电磁波能量的热辐射，微波加热又可称为冷辐射加热。 一、微波加热的特点 从物理本质上讲，热辐射与微波冷辐射一样，都是电磁波传递能量的现象，它们之间内在的区别是发射电磁波的激励方式不同，而外在表现是发射的波长不一样，吸收电磁波后所引起的效应也不相同。 热辐射是依靠物体内部微观粒子的热振动所激发出来的电磁波能量，任何绝对零度以上的物体总是不断地向外发射热辐射能，同时也不停地吸收周围物体投射来的热辐射能。所谓热辐射加热是指物体吸收的热辐射能大于发射的热辐射能，可用物体的温度差变化来表示。微波冷辐射的产生不是依靠微观粒子的热振动，而是利用电子在磁场中的特殊运动来产生，电子在加速过程中会产生电磁波，电子运动的频率越低，产生微波的波长就越长；电子运动的频率越高，产生微波的波长就越短。微波冷辐射的加热本质是分子转向摩擦耗散微波能。 一、微波加热的特点 对于冶金反应来说，微波加热最大的特点是可以加热粉状物料。微波电磁场在加热物料的同时，由于物料内部分子的极化变形和快速转向，可以提高固相反应的物质活性，增强反应离子的扩散作用。由于微波加热机理不同于常规加热机理，微波电磁场被认为是增强固相反应离子扩散能力的源驱动力。微波加热与常规加热固相反应的对比试验表明，微波加热可以促使物料收缩，提高物料的致密度，从而了提高了固相反应的能力。 一、微波加热的特点 按加热方式的不同，冶金物料的加热可分为两种类型：一种是面积型加热，即通常所说的常规加热，其加热机理是依靠热量转递的方式进行物料加热，尽管传导、对流、辐射三种传递热量的形式有所不同，但均依靠温度梯度由表及里地加热物料；另一种是体积型加热，即微波加热，其加热机理是依靠能量转换的方式进行物料加热，物料加热过程不依赖于温度梯度，而是通过组成物料的分子或离子与微波场相互作用进行能量转换，把微波能转变为热能，使物料中每个分子或离子同时产生热量，因而微波加热方式具有特殊的体积性、选择性和颗粒性加热的特点。微波是“超高频电磁波”，当粉状物料置于微波场中，组成物料的分子或离子会在微波场中变形和极化，表现在介电常数ε′的增加；并随微波场的变化进行转向和排列，表现在介电损耗因子ε″的增加，从而使物料的介电损耗角正切值（tangδ=ε″/ε′）提高，实现粉状物料的快速加热。在微波能转变为热能的耗散过程中，物料中的分子或离子必须克服自身的热运动和相互间的作用力，随微波电磁场快速转向运动而耗散微波能。 一、微波加热的特点 与常规加热相比，微波加热的显著特点有： （1）体积性加热，物料内部和外部同时加热，物料内部没有“冷中心”现象，物料外部也没有“过热熔化”现象，这对减弱固体颗粒在高温流态化过程中的粘结失流现象十分有利； （2）选择性加热，物料吸收微波的差异导致物料具有不同的加热速率，如矿粉和煤粉的混合物，煤粉对微波具有良好的吸收性，因而相对其他物料的加热速率要快得多； （3）颗粒性加热，由于微波加热不存在温度梯度，因而可以快速加热粉状物料，这对微波场中的流态化加热十分重要； （4）均匀性加热，微波加热的机理是能量转化，可使电磁性质相同的物料颗粒同时加热，保持流态化加热的温度均衡； （5）非接触式加热，微波可加热封闭体系中物料，对物料无外来杂质污染，并易于控制反应过程的气氛； （6）即时性加热，由于微波与物料直接进行能量转换，调节微波功率就可以控制物料的升温速度，有利于控制流态化物料的温度； （7）加热气体，微波既能加热粉状物料，又能加热气体，提高流化气体的反应能力，改善反应的动力学条件。 由微波加热的特性