微波诱导蒸发强化分离的装备与过程研究

发布时间：2020-05-19 10:50

【摘要】：微波是一种重要的外场强化技术,在化工分离领域已有广泛的研究。因微波具有的特殊加热性能,研究发现微波可以影响某些体系的相平衡、改变组分间的相对挥发度,但将微波技术应用于特定化工分离单元操作,实现混合物的分离强化仍缺乏研究。本文的主要研究目的是针对微波的特殊效应,开发一种新型微波场强化分离技术——微波诱导薄膜蒸发技术,选取不同的二元体系,探究微波辐射对刮膜蒸发分离过程的强化效果。本文首先探究了微波对二元体系相平衡的影响与组分极性差异及沸点差异的关系。发现微波辐射对正丙醇-环己烷(极性/非极性体系)的相平衡影响明显,且在不同浓度区间内影响程度不同,这主要是组分间沸点差较大引起的碰撞和热量传递速率不同等造成的;而微波辐射对极性差异较小的乙酸乙酯-异丙醇(极性/极性体系)的汽液相平衡基本没有影响。基于上述微波对不同体系的作用效果不同,为实现微波辐射对二元体系的分离强化,本文开发出刮膜蒸发分离技术,自行设计并搭建了适用于微波场作用的刮膜蒸发装置,采用脉冲示踪法探究了液膜在蒸发器内的停留时间分布,结果发现液膜的平均停留时间主要受进料流量的影响,其次是转速,进而确定了操作参数对该装置内液膜与微波的作用时间的影响。最后利用上述装置进行了微波辐射与常规加热下的环己烷-异丙醇体系蒸发分离实验,结果验证了微波辐射对于非平衡稳态分离中异丙醇的蒸发汽化强化的可行性,并采用单因素分析法探究了进料组成、进料流量、进料温度、微波功率密度对环己烷-异丙醇体系蒸发分离的影响。之后,通过对比分析乙酸乙酯-异丙醇、异丙醇-乙醇与环己烷-乙醇体系的蒸发分离结果,发现微波诱导蒸发分离主要与组分的极性和介电性质差异有关,而与体系的沸点序列和常规分离顺序无关。本文验证了将微波辐射应用于刮膜蒸发操作中,由于极性组分吸收微波产生汽化相变后,可以快速离开蒸发器,减少了组分间碰撞、传热和相间传质等,可实现对二元体系分离的强化;这些研究可为该类微波强化分离的过程与设备的进一步研究、设计与开发提供理论依据与数据支持。
【图文】：

同时还有加热速度快、选择性加热、体加热的优点，不仅在食品加工、家用、有机合成、材料合成等领域有广泛研究，而且在化工分离领域也取得了很大的研究进展。1.2 微波技术强化化工分离过程微波是频率为 300 MHz-300 GHz、对应波长为 1 m-1 mm 的一种电磁波，在工业上及家庭中应用的常用频率是 915 MHz 和 2.45 GHz[3]。1937 年，Kassner首次申请了微波加热的专利。自从 1947 年，美国雷声公司成功生产出世界上第一台微波炉（图 1-1（a））后，微波加热技术得到迅速发展，并在等离子体应用中取得重大成功。1999 年，Roy 等人（美国宾州州立大学）发现微波可以加热并融化金属，此后微波有了更广阔的研究空间。目前，美国、加拿大、德国和澳大利亚等国家已将微波加热应用于高技术陶瓷、粉末冶金、矿物冶金和耐火材料等领域，并实现了产业化，工业用微波炉如图 1-1（b）所示。

第 1 章 文献综述相对于国外研究，我国对微波加热技术的研究起步较晚，，但在木材、陶工、制药医疗、食品、橡胶等应用领域也取得了较大的研究进展[17]。微波加热是一种特殊的加热方式，与常规加热方式相比有许多优点。首微波场中，通过电磁波与物质分子的相互作用，电磁能可以直接传输到物的各个位置并转化为热能，因此微波加热属于分子层面的加热，是一种能过程。而常规加热一般依赖于热传导、热对流和热辐射三种传热机制，将物体表面传递给物体内部，由于不同物质的导热系数和对流传热系数的限量在物质的表面聚集，使物质表面的温度最高，从而在物质体内产生一定梯度。因此微波“体加热”的方式，相较于普通加热具有加热快速、均匀、热的优点，避免了温度梯度造成的加热不均、速度慢的问题。微波辐射与加热机制如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ028.8

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 朱仙弟;梁华定;韩德满;董灵淦;;微波诱导活性炭纤维氧化处理亚甲基蓝废水[J];应用化工;2012年03期

2 余波;程刚;仝攀瑞;王晓红;;活性炭纤维微波诱导氧化处理染料废水[J];西安工程大学学报;2011年02期

3 余波;程刚;仝攀瑞;东波;;微波诱导催化剂在水处理中的应用[J];工业用水与废水;2010年04期

4 张金生;关晓彤;李丽华;;微波诱导过氧化氢氧化处理含油废水[J];辽宁石油化工大学学报;2007年02期

5 税安泽;王书媚;曾令可;刘平安;程小苏;王慧;;微波诱导催化炭还原处理废气的研究[J];中国陶瓷;2006年11期

6 谭璨,宁奇;微波诱导的Cannizzaro反应合成醇[J];中国医药工业杂志;2000年12期

7 陈启明，李华;一种新型的反应系统──微波诱导反应[J];湖北化工;1996年02期

8 张寒琦,叶冬梅,于爱民,段忆翔,金钦汉,张金生;超声雾化进样微波诱导等离子体原子发射光谱法测定痕量磷的研究[J];分析化学;1992年09期

9 张晓惠,侯明轶,张寒琦,于爱民,段忆翔,金钦汉;微波诱导等离子体原子发射光谱法测定铍铬钼钒锆锗的研究[J];岩矿测试;1992年03期

10 段忆翔,杜晓光,金钦汉;微波诱导等离子体原子发射光谱法测定汞的研究[J];岩矿测试;1993年01期

相关会议论文 前10条

1 程和发;胡二丹;;阿特拉津在矿物微孔中的吸附及微波诱导降解[A];中国矿物岩石地球化学学会第15届学术年会论文摘要集（1）[C];2015年

2 关晓彤;白晓琳;赵丽杰;于大伟;李良;;微波诱导氧化处理中性红溶液的研究[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年

3 陈泓哲;常蛟;王琳;杨绍贵;胡晓斌;孙成;杨泼;;两种不同晶型铁酸材料微波诱导反应对比[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

4 单洪岩;郇延富;费强;冯国栋;宋大千;;微波诱导等离子体离子源的研制及应用[A];中国化学会第二届全国质谱分析学术报告会会议摘要集[C];2015年

5 马慧俊;王鹏;张国宇;洪光;崔悦;张兴;石岩;;微波诱导氧化法处理染料废水工艺技术研究[A];中国化学会第七届水处理化学大会暨学术研讨会会议论文集[C];2004年

6 鲁建江;李维军;李春;;微波诱导氧化处理模拟废水[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（上册）[C];2006年

7 张威;王鹏;赵珊珊;;活性炭吸附-微波诱导氧化处理有机废水的研究[A];中国化学会第八届水处理化学大会暨学术研讨会论文集[C];2006年

8 姜虹;王鹏;王晓东;史书杰;张国宇;;改性氧化铝微波诱导ClO_2催化氧化处理水中苯酚的研究[A];第十二届全国微波能应用学术会议论文集[C];2005年

9 韦兴;史亚民;范清宇;侯树勋;吴闻文;陈秉耀;;微波诱导高温原位灭活治疗脊柱恶性肿瘤的临床初步观察[A];中国(第七届)肿瘤微创治疗学术大会暨世界影像导引下肿瘤微创治疗学会成立筹备大会论文汇编[C];2011年

10 李章良;徐博;;酸改性活性炭催化微波诱导降解水中邻苯二甲酸二甲酯[A];2017中国环境科学学会科学与技术年会论文集（第二卷）[C];2017年

相关博士学位论文 前9条

1 胡二丹;基于微孔矿物吸附耦合微波诱导降解的水体中阿特拉津去除方法[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2015年

2 陈红英;臭氧—微波诱导催化氧化饮用水中的内分泌干扰物邻苯二甲酸二丁酯[D];太原理工大学;2012年

3 张小云;微波诱导催化玉米淀粉水解的基础研究[D];中南大学;2012年

4 黄河洵;基于微波诱导的市政污泥干化与热解研究[D];华中科技大学;2012年

5 龙奇;高频诱导无极光源的发射光谱学诊断[D];复旦大学;2008年

6 刘舒婷;新型稻壳基复合材料的制备及其吸附、催化降解与吸波性能研究[D];浙江大学;2017年

7 刘雪岩;尖晶石型磁性双金属氧化物功能材料对有机染料的去除及检测研究[D];辽宁大学;2016年

8 陈泓哲;铁酸盐基微波敏化剂在三苯甲烷染料降解中的应用[D];南京大学;2013年

9 孙静;微波诱导热解废旧印刷电路板（WPCB）的实验和机理研究[D];山东大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘佳惠;微波诱导蒸发强化分离的装备与过程研究[D];天津大学;2018年

2 陈兰君;等离子体/微波诱导金属有机框架缺陷的产生及多相催化性能研究[D];湖南大学;2018年

3 符伦菁;微波诱导放电光谱分析及其在生物质热解气重整的应用[D];山东大学;2018年

4 王青;微波诱导金属放电催化转化生物质焦油的研究[D];山东大学;2018年

5 王晓星;微波诱导敏化剂的制备及其对焦化废水的处理[D];武汉科技大学;2013年

6 赵莉;微波诱导稠油催化反应的机理研究[D];西安石油大学;2009年

7 范艳辉;微波诱导氧化工艺在难降解有机废水中的应用研究[D];武汉科技大学;2009年

8 卢启增;微波诱导催化氧化降解有机废水[D];青岛科技大学;2012年

9 肖珊;微波诱导催化工艺处理难降解废水的研究[D];郑州大学;2011年

10 程飞;微波诱导催化氧化降解甲基橙[D];青岛科技大学;2015年

本文编号：2670780