论文摘要
氢氧化锆为锆产品制备中重要的中间产品,一般采用液相化学法制得,过滤后所得产品含水率在70%以上,要解决的一个关键问题就是如何进行颗粒的干燥以消除或减少由此过程产生的团聚,才能满足用户及其他锆化学制品生产厂家的要求,目前主要采用直接高温煅烧、冷冻燥法喷雾干燥、旋转闪蒸干燥等方法进行干燥,但都存在一定地问题。而锰碳合金球作为一种新型高效增碳材料,是炼钢用理想的增碳剂,工业生产一般要求含水率低于0.5%,压制成球后,需进一步进行干燥处理,目前主要采用煤气干燥,空气干燥,烘烤等,存在劳动强度大,能源利用率低,污染环境等问题。本文在简述微波干燥技术研究与应用现状的基础上,采用微波干燥氢氧化锆及锰碳合金球,研究了干燥温度、物料质量及干燥时间对相对脱水率的影响,通过响应曲面法（RSM）对条件实验进行了优化设计开展了优化实验,将优化工艺条件与常规干燥方法进行对比,并研究了干燥动力学,在此基础上进行了扩大化实验研究,旨在为工业化生产提供技术参数。具体研究内容如下：（1）利用响应曲面法中心组合设计对工艺过程进行设计并分析了干燥温度、干燥时间、物料质量及其交互作用对相对脱水率的影响,建立了关于相对脱水率的数学模型,方差分析表明：干燥温度、干燥时间、物料质量对两种物料的相对脱水率都有显著影响,建立的数学模型拟合度良好。氢氧化锆优化工艺参数为：干燥温度95℃,干燥时间12.8min,物料质量149.7g,在此条件下,相对脱水率预测值为90.76%。对微波干燥的氢氧化锆与常规干燥的产品进行SEM及粒度分析,结果表明,微波干燥能够缓解颗粒的团聚情况并可缩短氢氧化锆干燥时间；微波干燥锰碳合金球优化工艺参数：干燥温度90℃,干燥时间176s,物料质量150.61g,相对脱水率达到93.25%。对在此条件下将微波干燥锰碳合金球与常规干燥方法进行对比,微波干燥时间为常规方法的1/36。（2）对氢氧化锆及锰碳合金球的微波干燥特性进行研究,结果表明：在研究范围内,氢氧化锆干燥过程有升速阶段、恒速阶段、降速阶段三个阶段；锰碳合金球在物料质量低于100g时,干燥过程由升速阶段直接进入降速阶段,而物料质量为100g时,干燥过程出现短暂的恒速阶段,物料质量与干燥温度对物料的干燥速率有明显的影响,干燥速率与物料质量呈反相关系,与干燥温度呈正相关系。（3）采用Newton模型、Page模型及Wang经验模型对实验数据进行拟合,建立干燥动力学模型。Page模型对氢氧化锆及锰碳合金球微波干燥动力学拟合度最高。求得氢氧化锆在物料量20g-1OOg及温度85℃-100℃内有效扩散系数变化范围分别为1.079×10-7-2.381×10-7 m2/s,1.010×10-7-3.051×10-7 m2/s。锰碳合金球在物料量30g-100g有效扩散系数变化范围7.7×10-8-4.33×10-7 m2/s,温度70℃-95℃有效扩散系数范围8.3×10-8-2.44×10-m2/s。（4）以小试实验结果及动力学研究为基础,在功率为54kW的微波干燥中试生产线上进行了扩大化实验,考察了氢氧化锆和锰碳合金球的相对脱水率、物料温度与干燥时间的关系,当干燥后水分达到企业生产要求时能效比分别为0.46kg/kwh、0.56kg/kwh。