论文热空气—微波耦合天然橡胶干燥机设计与其干燥动力学是关于对写作天然橡胶论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文天然橡胶论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。
摘 要 为了解决天然橡胶加工中存在的干燥时间长、能耗高、环境污染和设备占地较大等问题,设计了一种热空气-微波耦合天然橡胶干燥机,以实现两种干燥方式优势互补,提升天然橡胶加工干燥技术水平.以胶乳级颗粒胶为研究对象,采用该设备研究了微波干燥和热空气-微波耦合干燥特性,及耦合干燥动力学.研究发现：当天然橡胶初始含水率高时,采用微波干燥容易使橡胶受热不均匀,从而发生内部局部过热,使胶粒发粘变坏,影响天然橡胶的性能；而采用热空气-微波耦合干燥,橡胶的干燥时间由单独用热空气干燥的415.8 min降至耦合干燥的107 min,且干燥过程传热比较均匀,做到到的橡胶品质较好.根据天然橡胶的水分变化规律,建立了天然橡胶热空气-微波干燥动力学模型,其动力学模型为：MR等于（1-a）exp（-0.0485t0.685）+（1-b）exp（-4.76×10-76t35.905）.
关键词 热空气-微波干燥；天然橡胶；耦合干燥机；干燥特性；干燥动力学模型
中图分类号 TK173 文献标识码 A
天然橡胶干燥是利用热能除去橡胶中湿分（水分或其它溶剂）的单元操作,其本质是湿分从物料表面向气相转移,做到到固体生胶[1-3].这是一个非常复杂的传质传热过程,这一过程不仅受到外部条件如空气温度、相对湿度、空气流速等因素的影响,还受到物料内部结构、物理化学性质等因素的影响[4].而天然橡胶的干燥直接影响其性能和分子结构,甚至影响到天然橡胶的应用性能和使用范围,干燥条件控制不好,还有可能使橡胶失去使用价值[5-7].因此,在天然橡胶加工生产中,为了不断提高天然橡胶的性能,干燥技术创新一直是研究的重要课题之一[8].目前,国内天然橡胶颗粒胶的干燥方式主要以热空气干燥为主,虽然技术比较成熟,做到到的固体干胶产品性能比较稳定,在广大天然橡胶加工厂中广泛使用,但是,其干燥时间比较长,且需要消耗大量能源,严重限制了天然橡胶加工的进一步发展[9].微波干燥存在干燥速度快、干燥时间短,干燥均匀、设备占地面积少、热能利用率高,节省环保等优点,广泛应用于粮食、化工和药品等行业[10-12].近年来,微波干燥技术在天然橡胶加工中的应用引起了人们的注意,但是,微波干燥时间过长会对操作人员身体产生损伤,以及橡胶性能不佳等问题,未能在工业中进一步发展[13-18].为了充分的利用这一技术,本研究设计了一种热空气-微波耦合天然橡胶干燥机,具体操作为先用热空气干燥除去大部分结合水分,然后,采用微波干燥除去剩余橡胶内部比较难排除的自由水分和结合水分,实现优势互补,系统的研究了热空气-微波耦合干燥特性和动力学,做到到能够描述其干燥过程的数学模型.通过本研究,可以深入的了解热空气-微波耦合干燥过程中胶粒内部水分和干燥速率随时间的变化规律,阐明干燥过程胶粒内部的传热传质过程,本研究对工程应用具有重要的指导意义.
1 材料与方法
1.1 材料
胶乳级颗粒胶：胶乳级颗粒胶为新鲜天然胶乳经酸凝固后,在压绉机上压绉一次制做到胶片,后经造粒机造粒后,做到到颗粒橡胶,中国热带农业科学院试验场橡胶加工厂提供.
1.2 热空气-微波耦合干燥机设计
为了实现热空气和微波联合干燥,设计了耦合干燥机,可实现热空气和微波干燥联合或单独使用,图1为其示意图,由中国热带农业科学院橡胶研究所与太原理工大学共同设计、组装完成.装置由微波干燥箱、热空气加热炉和热空气抽提泵组成,它们之间由热空气管相连接,并配有热空气流量调节阀.微波干燥箱用于提供微波源,热空气干燥的气源由一个加热炉产生,加热炉内排列着电热加热管.当只需要热空气干燥时,把工厂造粒生产的胶乳级颗粒胶装入微波干燥箱中,使微波干燥箱处于关闭状态,而热空气加热炉处于工作状态,其产生的温度和风速分别为80 ℃和1.4 m/s,此时,干燥时间为415.8 min.当橡胶达到干燥过程曲线的快速脱水和慢速脱水的分界点（即：干基含水率为5.92%）时,开启微波干燥箱,而使热空气加热炉停止工作,直至天然橡胶的含水率不变为止.分界点由单独采用热空气干燥做到到.
1.3 测试方法
1.3.1 脱水速率测定 微波干燥脱水速率的测定：把称量好的湿物料放入微波干燥箱内,开启微波干燥箱,热空气加热炉处于关闭状态,干燥一定的时间,测定样品质量变化,直止物料恒重为止.
热空气-微波耦合干燥脱水速率的测定：先用热空气干燥把物料干燥至转换点含水率的质量,然后改用微波干燥,直至物料恒重为止.
含水率w等于（mo-mg）/mg×100%（均以干基含水率计算）.
脱水速率v等于△m/△t；
式中mg干物料质量,g；mo物料某一时刻质量,g；△m前后两次测量的失水质量,g；△t前后两次测量的时间间隔,min.
1.3.2 热空气-微波耦合干燥转换点的确定 对热空气干燥过程曲线两端点作切线外推,两条切线外推后做到到的交点就干燥过程曲线的分界点,实验以该分界点作为微波和热空气干燥的分界点.本实验采用先用热空气干燥至该分界点,然后,再采用微波干燥至物料恒重为止.
2 结果与分析
2.1 微波干燥天然橡膠干燥特性研究
图2为不同微波功率下胶乳级颗粒胶干燥曲线.由图2可知,干燥特性曲线一共分两段,分别为快速脱水阶段和缓慢脱水阶段.陈美等[19]研究微波干燥天然橡胶也发现,干燥过程分为快速干燥和缓慢干燥两个阶段,且快速干燥阶段为大量水分脱出过程,与热空气干燥相比,微波干燥时间大幅度缩短,认为微波干燥是一种具有发展前景的天然橡胶干燥方式.在快速脱水阶段,随着干燥时间的增加,天然橡胶的含水率快速降低,且呈先快后慢的趋势,这一个阶段主要是去除橡胶表面的自由水分；在缓慢脱水阶段,含水率随着干燥时间的增加,呈缓慢降低的趋势,主要除去橡胶内部的结合水分和毛细管水分.从图2还可以看出,微波干燥功率越大,天然橡胶的含水率降低越快,微波功率为540 W时,物料达恒重,所需要的时间18 min；微波功率为900 W时,所需要的时间为10 min.因此,微波功率对天然橡胶的干燥影响比较显著,增加微波功率对提高干燥效率比较有效.图3为不同微波功率下胶乳颗粒胶脱水速率变化曲线,由图可知,干燥过程分为两个阶段,即快速脱水阶段和缓慢脱水阶段.在相同含水率条件下,微波功率越大,物料的脱水速率越快.这是由于当微波辐射功率增加时,物料中的水分能吸收更多的能量,温度升高,水分的蒸发速率加快；另外,物料内部快速的水分蒸发使细胞腔内形成更高的压力,与外界形成更大的总静压力差,在总静压力差的作用下,物料内部水分向表面迁移的速率大大加快.在这两方面的共同作用下,物料的干燥速率随着微波辐射功率的增加而增加[20].
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参考文献：
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