微波辐射干燥氟化铝的工艺研究

摘　要:介绍了微波干燥的原理和主要特点,研究了利用微波辐射干燥氟化铝工艺,探讨了微波功率、微波辐射时间、物料质量、物料厚度对氟化铝脱水率的影响。实验的最佳条件为微波功率2. 0 kW、干燥时间80 s、物料质量400 g、物料厚度2. 0 cm。实验结果表明,利用微波辐射干燥,氟化铝含水质量分数小于1%  ,且干燥时间短、能耗低,实验为工业化提供了必要的参考数据。 　　氟化铝工业生产的湿化学方法大体分为两类:一是以硫酸分解萤石生成氢氟酸,再与氢氧化铝反应制得氟化铝湿料;另一类是以磷肥工业副产氟硅酸与氢氧化铝反应制得氟化铝湿料。氟化铝湿料含水质量分数约50%  (结晶水39% ) ,为了脱出50%的水分,通常采用气流干燥和回转煅烧处理含水的氟化铝[ 1 ]  。传统干燥和煅烧方法不仅使干燥的氟化铝质量低,含水质量分数达7% ( 550 ℃, 1 h)  ,甚至更高,而且所需时间较长,能耗高,致使氟化铝成本升高。而国外铝厂的氟化铝含水质量分数多在0. 5%以下。高含水的氟化铝加入铝电解槽后,其水分在电解槽中产生水解反应,消耗氟化铝,排出氟化氢,既增加消耗又污染环境[ 2 ] 。 　　本实验采用微波干燥氟化铝,改革传统方法,缩短生产时间,降低能耗,寻求新的干燥工艺,提高产品质量。 　　1　实验 　　1. 1　实验原料、设备和仪器 　　原料采用的氟化铝取自湖南某铝业有限责任公司,其含水50% (质量分数,下同) 。干燥设备采用株洲时代集团公司功率0 ～ 6 kW 可调、频率2 450MHz的工业多膜微波炉。 　　1. 2　实验原理和方法 　　1. 2. 1　实验原理 　　微波具有波长短( 0.001 ～ 1 m ) 、频率高(0. 3～300 GHz) 、量子特性明显等特征。微波加热是依靠吸波物质吸收微波能将其转换成热能, 物料内外部同时加热、同时升温,加热速度快且均匀。传统加热干燥方式是根据热传导、对流和辐射原理使热量从外部传至物料内部,热量总是由表及里地传递进行干燥物料,物料中不可避免地存在温度梯度,影响干燥的物料质量,且加热速度慢,能耗高。微波加热干燥技术与传统加热干燥方式不同,它是通过被加热体内部偶极分子高频往复运动,产生“内摩擦热”而使被加热物料中水的温度升高而汽化,特别是当物料内部水温升高时,将产生一定的压力,迫使水分向物料表面迁移扩散,只要物料表面通风排湿良好,物料就能很快达到整体干燥的效果。在微波电场中,介质吸收微波功率的大小P正比于频率( f ) 、电场强度( E )的平方、介电常数(εr )和介质损耗正切值( tgδ) 。即: P = 2πfE2εrVtgδ。式中V为物料介质吸收微波的有效体积。 　　采用微波干燥具有干燥速度快、热量损失小、操作方便等特点,既可以缩短工艺时间,提高生产率,降低成本,又可以提高产品质量[ 3 - 6 ] 。 　　1. 2. 2　实验方法 　　准确称量氟化铝试样,并测定初始含水量W ,记录物料质量G1。使用多模微波炉干燥,记录微波功率、干燥时间和物料厚度,取出冷却后称其质量,记录数据G2。分析成品氟化铝水分含量,根据式(1)就可计算氟化铝脱水率A。 　　A = (G1 - G2 ) / (G1wH2O ) ×100 %            (1) 　　2　实验结果与讨论 　　2. 1　微波辐射时间对脱水率的影响 　　试验在微波功率2. 0 kW、氟化铝物料400 g、物料厚度2 cm条件下,脱水率随干燥时间变化的。 　　氟化铝湿料的含水质量分数50% ,可以计算出100 g物料的理论质量损失为50. 0g。在本实验条件下,氟化铝的最大质量分数为49. 5% ,质量损失为49. 5 g,相对应的脱水率为99% ,即产品含水质量分数约1%。 　　在功率1. 5 kW的微波辐射下,氟化铝的脱水主要集中在第0～80s,而在脱水末期,脱水率变化不大。即用微波辐射氟化铝80 s可以得到合格的氟化铝产品。 　　2. 2　物料质量对脱水率的影响 　　试验在微波功率2. 0 kW、辐射时间2 min、物料厚度2. 0 cm条件下,称取氟化铝物料200, 400, 600,800, 1 000 g进行试验,其结果如图2所示。 　　物料的脱水率随着物料质量的增加而降低,当物料质量小于400 g时,物料的脱水率达99% ,当物料质量为1 000 g,脱水率降低为91. 5% ,即产品含水质量分数7. 8%。可见,在微波功率1. 5 kW、辐射时间2 min、物料厚度2. 0cm的条件下,当物料质量减少到400 g以下,脱水率高,但干燥效率不高,干燥成本会增高,经济效益不理想。 　　2. 4　物料厚度对脱水率的影响 　　试验在微波辐射80 s、物料质量为400 g、微波功率为2. 0 kW 条件下,物料厚度分别为1. 0, 1. 5,2. 0, 2. 5, 3. 0, 3. 5 cm 进行试验,其结果如图4 所示。 　　在微波辐射下,物料厚度对脱水率有一定的影响,但当物料厚度超过2. 0cm后,物料脱水率明显的降低。主要由于微波受波长和介质的特性影响,其穿透能力有一定的范围,当物料厚度过厚,微波在物料内部传播时,由于能量不断被吸收并转化为热能,它所携带的能量就随着深入物料表面的距离以指数衰减。此外,由于物料厚度过大,底部物料还含有少量的水分,而表面物料水分已经完全脱出,导致产品质量不均匀,底部的水分未蒸发完全主要是与物料的厚度和水蒸气的蒸发速度有关。所以物料厚度过厚,会影响氟化铝的干燥质量,选择合适的物料厚度也十分重要的。 　　3　结论 　　1)利用微波辐射干燥氟化铝可大大缩短干燥时间、简化操作手续并减少粉尘污染,而且易于实现工业化生产。实验为工业化提供了必要的参考数据。 　　2)微波干燥氟化铝的脱水率与辐射时间、微波功率、物料质量和物料厚度有关。最佳工艺条件为微波功率2. 0 kW、干燥时间80 　　s、物料质量400 g、物料厚度2. 0 cm。 　　3)实验结果表明,利用微波辐射干燥可以获得含水质量分数小于1%的氟化铝。 · 行业聚焦： 26日，中国人民银行决定，从次日起下调金融机构一年期人民币存贷款基准利率各1．08个百分点；从12月5日起，下调工行、农行、中行、建行等大型存款类金融机构人民币存款准备金率1个百分点，下调中小型银行存款准备金率2个百分点。 “这是我国央行在国务院常务会议提出适度宽松货币政策基调以来的首次降息，调整力度之大，频率之快，为历史罕见。”亚洲开发银行高级经济学家庄健说。 　　一是，对钢铁信贷未来起到分化作用。前期的“4万亿”方案已明确指出，信贷支持主要是针对重点工程、“三农”、中小企业、技术改造以及兼并重组，在目前的大环境下，属于“两高一资”的小钢企得到的信贷支持将十分有限，而进行技术改造、兼并我国虽然有众多的干燥设备厂,但干燥设备水平与先进国家相比仍有很大的距离,这是业内人士的一致看法。如何尽快提高我国干燥技术水平,应对入世后来自各方面的竞争,是当前干燥行业最应该思考的问题。结合多位专家的观点,对我国干燥行业的现状提出如下建议. 　　1.加强基础研究工作 　　多年来,国内干燥设备主要以仿制为主,设备缺少自己的特色,在国际市场上竞争力较差。干燥设备水平首先取决于干燥技术,我国目前的状态是制造干燥设备的厂家很多,但研究、开发干燥技术的人员却较少。而国外有些干燥设备公司里,从事干燥技术开发的人数甚至超过制造人员的数量,始终以“QS”是质量安全Quality safety的英文缩写。它是我国最新实施的食品安全标志，它是国家质检总局按照国务院批准的三定方案确定的职能，依据《中华人民共和国产品质量法》、《中华人民共和国标准化法》、《工业产品生产许可证试行条例》等法律法规以及《国务院关于进一步加强产品质量工作若干问题的决定》的有关规定，制定的对食品及其生产加工企业的监管制度。 　　QS认证主要包括三项内容： 　　（一）是对食品生产企业实施食品生产许可证制度。对于具备基本生产条件、能够保证食品质量安全的企业，发放《食品生产许可证》，准予生产获证范围内的产品；凡不具备保证产品质量必备条件的企业不得从事食品生产加工 　　常温通风干燥机由干燥仓和风机组成。按通风方式的不同有垂直气流式和径向通风式两种。 　　径向通风干燥仓是由透风仓壁和密封仓顶构成的圆筒仓，仓底设有进风口，仓的中心设透气通风管。常温通风干燥仓结构简单，使用成本低，对谷物无污染，但干燥速度受空气湿度的影响较大。空气由风机从进风口送入透气通风管，由管壁四周流出，径向穿过谷层并吸收水分后，从仓的侧壁排出。由于气流穿过的谷层较薄，因而干燥较快。 　　垂直气流式通风干燥仓由带小孔的透风地板承受谷物，地板下留有通风道，空气由风机吹入通风道，穿过地面螺旋的高速旋转，使得比重较大的成分如矿物质等，因为离心力大而抛洒在离轴线较远处不能参加混合；另一方面螺旋的侧隙较大，一般为4－5mm，垂直螺旋的侧隙达到10mm，因此每批饲料都不会彻底卸掉，有较大的残留。由于操作程序不精准(如预混料加入速度、整体混合时间等)，每批饲料的残留量都不一样，因而直接影响到下一批物料中每种成分的含量，造成每批料之间的不均匀。如果在养殖场中发现猪缺少微量元素或维生素的症状，如拱圈、咬尾等，除了检查饲料配方的合理及各种原料的质量外，饲料混合机选择是否合理，是应该格外关注的问题。本人建议，应尽快更新设备——用卧式混合机替代立式混合机。

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