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： 啤酒糖化生产中现在一般采用直通式连续浸渍增湿粉碎机。备料后在麦芽仓中贮存一次糖化的全部干麦芽，麦芽进入旋转卸料增湿筒后在筒内对麦芽进行温水浸渍6 0 秒，麦皮吸水约2 0 % ，然后进入对辊粉碎机中进行粉碎。粉碎后的麦芽温水调浆后用泵输送入糖化锅。直通式连续浸渍增湿粉碎机是2 0世纪8 0 年代由德国斯坦尼克公司和霍夫曼公司制造，目前已在我啤酒生产中广泛应用。 　　增湿粉碎机价格高， 结构复杂， 维护保养要求高，一般由专业技术人员进行安装调试。我厂在实际工作中总结出一些经验与大家交流，将其常出现的故障及处理方法简要概述如下。 　　成粉状干燥产品，节省了干燥前预处理，干燥后粉碎、筛分等工序；由于干燥速度快，物料受热时间短，不易破坏干燥物料的组分，特别有利于对热敏性物料的干燥；干燥过程全封闭，无杂质混入，成品质量高，操作环境好。目前，闪蒸干燥机已根据不同的物料设计出了多种机型，并形成了系列产品，在化工、制药、轻工、食品、矿产等行业的应用范围越来越广泛。 　　比较典型干燥设备的干燥物料有： 　　无机物：硼砂、碳酸钙、氢氧化物、硫酸铜、氧化铁、碳酸钡、三氧化锑、各种重金属盐、合成冰晶石、碳酸锰、碳酸镁、亚硫酸钠、磷酸氢钙、氧化铝、氧化铁红、氢氧化铝、醋酸钠、白碳黑、膨润土等。 　　有机物：月桂酸隔、苯甲酸、安为确保机组正常运行和有更长的使用寿命,良好的维护保养是关键。因此,必须认真地执行空压机保养规程。在着手进行维护之前,至少做好以下准备： 　　1. 切断主机电源并在电源开关处挂上标志。 　　2. 关闭通向供气系统的截止阀以防压缩空气到流回被检修的部分。（决不要依靠单向阀来隔离供气系统） 　　3. 打开手动放空阀,排空系统内的压力,保持放空阀处于开启状态。 　　4. 对于水冷机器,必须关闭供水系统,释放水管路压力。 　　5. 确保压缩机组已冷却,防止烫伤、灼伤。 　　6. 擦净地面油痕、水迹以防滑到。 　　“警告” 　　1、不要以为机器停机,就认为可一 万能粉碎机特点 　　中草药粉碎机（木粉粉碎机）制作精细，加工工艺高，中草药粉碎机采用双层机体，机体内注入自来水起到水冷作用，装入了一种新型材料，起到隔音、散热的功能。该机进料口采用自吸式进料，永保安全生产，取代了传统粉碎机直接进料、不小心投入金属块以至严重损坏木粉机的缺点。具有能耗低、散热快、工艺流程短、占地面积小、无粉尘污染、成品粒度细、工作噪音小、粉碎范围广等优点。 　　二 万能粉碎机适用面广 　　高效万能粉碎机主要处理硬度在3级左右的软质矿物，脆性材料，高效混合机韧性材料，纤维物质等固体物质的粉碎以及易凝结成块物质由39. 5 %减至36 % ,球磨时间缩短了5 h ,每吨粉可节电16. 5 元,产量增加了18. 8 % ,年节约成本达150 多万元。 　　2) 提高陶瓷泥浆温度可有效降低泥浆粘度,改善泥浆雾化性能,防止因泥浆结晶而堵塞雾化喷嘴。所以可以利用出塔热风回收的余热来预热泥浆,这是能源循环利用的有效途径。 　　2 　结语 　　喷雾干燥塔的节能除上述措施外,还可以在能源上寻找解决途径,如开发利用新能源,合理控制燃烧过程等。当然,很多问题还需在实际生产中发现和解决。陶瓷企业本着可持续发展的目的来合理改善和提高喷雾干燥塔的能源利用率,才能提高企业的经济效益和社会效益。

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