疏解棉秆微波热风联合干燥特性及传热传质机理的研究

发布时间：2017-12-20 13:04

  本文关键词：疏解棉秆微波热风联合干燥特性及传热传质机理的研究　出处：《西北农林科技大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：制备棉秆重组材是棉秆资源利用的新途径。棉秆重组材作为木质人造板的替代品,具有良好的物理力学性能和近似木材的纹理结构,发展潜力巨大。本文对棉秆重组材生产的重要前处理工序—干燥工艺进行深入系统研究,采用微波热风联合的方法进行疏解棉秆的干燥,对微波热风联合干燥工艺进行了优化,研究了不同干燥方式对疏解棉秆和棉秆重组材力学性能的影响,探讨了疏解棉秆干燥过程中的传热传质模型,给出了微波热风联合干燥提高干燥速率和板材力学性能的理论依据,取得的主要结论如下:(1)探明了疏解棉秆的微波干燥特性和干燥工艺参数。固定微波功率1000W,疏解棉秆装载量为34g~200g,将干基含水率110%降至6%,所需的干燥时间为10~20 min。疏解棉秆的微波干燥过程分为2个阶段:升速阶段和降速阶段,其中降速阶段持续时间较长,在整个干燥过程无明显的恒速阶段。微波干燥疏解棉秆的有效水分扩散系数值为4.1997×10-8~1.8078×10-8 m2/s。(2)确定了描述疏解棉秆微波干燥特性的动力学模型并进行了验证。从经典的干燥动力学模型中选出7个常用的数学模型,以R2、χ2和RMSE作为判断准则,利用试验数据进行非线性拟合,得到Midilli模型有最大的R2值、最小的χ2和RMSE值,对Midilli模型进行验证,预测值与实测值的直线关系误差小于1%。(3)探明了不同干燥方式对疏解棉秆干燥时间的影响因素。结果表明,80℃热风干燥时,含水量降至6%耗时超过60min;微波热风联合干燥时间随着转换点含水率的增大而减少,当转换点含水率为85%、60%和40%时,干燥时间约为26min、34 min和42 min。(4)完成了疏解棉秆微波热风联合干燥工艺参数的优化。以平均干燥速率和单位降水能耗为试验指标,通过单因素和正交试验,确定疏解棉秆微波热风联合干燥的最佳工艺为:热风温度95℃,转换点含水率57%,微波功率700W。在此干燥条件下,与热风、微波单独干燥的单位降水总能耗相比,微波热风联合干燥分别降低了106.7%、10.4%。(5)探明了不同干燥方法对疏解棉秆的静曲强度和弹性模量值的影响。利用电子万能试验机测定经热风温度60℃、80℃、100℃和微波功率350W、500W、700W干燥后的疏解棉秆的弯曲性能。热风干燥后疏解棉秆的静曲强度和弹性模量值分别为11.34~23.82MPa、0.51~0.96GPa,微波干燥后疏解棉秆的静曲强度和弹性模量值分别为24.26~33.57MPa、0.91~1..28GPa。(6)探明了不同干燥处理疏解棉秆制备的棉秆重组材的静曲强度和弹性模量。对应于微波热风联合干燥制备的棉秆重组材的平均静曲强度值和平均弹性模量值分别为52.07MPa和2.01GPa,700W微波干燥的分别为40.86MPa和1.83GPa,95℃热风干燥的分别为24.73MPa和1.19GPa。(7)完成了疏解棉秆传热传质过程的模拟及验证。针对疏解棉秆干燥过程中不同时刻的温度和水分分布,利用ANSYS软件进行数值模拟,得到了疏解棉秆微波热风干燥过程中的温度、水分分布及变化情况。验证结果表明,温度场、水分场的实测值与测定值基本吻合,数值模拟可以用于干燥过程中的温度、水分变化的模拟。(8)分析了干燥后疏解棉秆的微观结构和化学成分变化。利用扫描电镜、红外光谱手段进行分析,干燥时间、热风温度和微波干燥时间影响着疏解棉秆的力学性能,与热风干燥相比,微波干燥可以增加疏解棉秆内部的微孔数量,提高干燥速率,降低干燥时间,减少了木质素、半纤维素的分解,同时减少了干燥过程中不可逆应变的产生,有利于提高疏解棉秆的力学性能,更适合于疏解棉秆的干燥。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TS653;X712

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本文编号：1312179