类黄磷物料微波干燥动力学特性

摘要

类黄磷物料的干燥是大多数工业应用中必不可少的步骤，目前，传统干燥方法存在能耗高、效率低等问题，而微波干燥因其加热效率高、节能降耗明显、过程易控等优点，成为一种有前景的干燥方法.本文研究了初始质量、初始含水率和微波功率对类黄磷物料微波干燥过程的影响，并计算了干燥效率（η）和单位能耗（Qs）.结果表明，在质量为50 g，含水率为40%，微波功率为360 W的条件下微波干燥效率最大为21.51%，单位能耗最低为10.99 MJ·kg^-1.采用四种薄层干燥动力学模型（Page、Modified page、Simplified Fick’s diffusion和Wang and Singh）对类黄磷物料的干燥实验数据进行拟合和分析，Modified Page模型最适合描述类黄磷物料微波干燥过程.通过菲克第二定律计算水分子在类黄磷物料中的有效湿份扩散系数.当微波功率为360～900 W时，有效湿份扩散系数为1.00×10^-10～1.64×10^-10 m²·s^-1.根据微波功率与活化能的关系，计算得到微波干燥类黄磷物料的活化能为5.95 W·g^-1.利用COMSOL Multiphysics软件建立多物理场耦合有限元模型，模拟电磁场和温度场的分布情况，研究不同微波功率和加热时间对类黄磷物料干燥特性的影响，发现随着微波功率的增加，电场强度随之增加.本文将实验研究与理论计算相结合，为微波高效干燥类黄磷物料提供一定的理论基础和参考价值.

关键词

类黄磷物料 / 微波干燥 / 动力学模型 / 有效湿份扩散系数 / 活化能 / COMSOL模型

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52374305,51864030）; 国家重点研发计划资助项目（2018YFC1901904）; 云南省重大科技专项计划资助项目（202202AB080018）; 云南省基础研究资助项目（202101AS070023,202301AV070009）; 云南省科技人才计划资助项目（2019HB003）; 云南省青年拔尖人才资助项目