微波真空十燥過程中的傳熱與傳質

微波真空十燥過程中的傳熱與傳質

微波真空干燥機本身是一種能量形式而不是熱量形式，但是在電介質中可以轉化為熱量。能量轉換的機理有多種，如離子傳導、偶極子轉動、界面極化、磁滯、壓電現象、核磁共振等。其中離子傳導和偶極子轉動是介質加熱的主要機理。

①離子傳導 帶電粒子在外電場作用下被加速，并沿著與它們極性相反的方向運動即定向遷移，在宏觀上表現為傳導電流。這些離子在運動過程中將與其周圍的其他粒子發生碰撞，同時將動能傳給被碰撞的粒子，使其運動加劇。如果物料處于高頻交變電場中，物料中的粒子就會發生反復的變向運動，致使碰撞加劇，產生耗散熱（或焦耳熱），即發生了能量轉化。

②偶極子轉動 根據電介質的極性可將電介質分為兩類：非極性分子電介質和極性分子電介質。在外電場的作用下，由非極性分子組成的電介質的分子的正負電荷將發生相對位移，形成沿著外電場作用方向取向的偶極子，因此在電介質的表面上將出現正負相反的束縛電荷，在宏觀上稱該現象為電介質的極化，這種極化稱為位移極化。而極性分子在外電場的作用下，每個分子均受到力矩的作用，使偶極子轉動并取向外電場的方向，這種極化為轉向極化。外電場強度越大，偶極子的排列越整齊。

當電介質置于交變的外電場中，則含有非極性分子和有極性分子的電介質都被反復極化，偶極子隨電場的變化在不斷地發生“取向”（從隨機排列趨向電場方向）和“弛豫”（電場強度為零時，偶極子又恢復到近乎隨機的取向排列）排列。這樣，由于分子原有的熱運動和相鄰分子之間的相互作用，使分子隨外電場轉動的規則運動受到干擾和阻礙，產生“擦效應”，使一部分能量轉化為分子熱運動的動能，即以熱的形式表現出來，使物料的溫度升高，即電場能被轉化為熱能。

水是最典型的極性分子，濕的物料因為含有水分而成為半導體，此類物料除轉向極化外，還發生離子傳導（一般地，水中溶解有鹽類物質）。在微波頻率范圍，偶極子的轉動占主要地位；低頻率時，離子傳導占主導地位。

微波干燥和普通干燥（包括熱風干燥和真空干燥等）過程中的熱量傳遞的方向和水分遷移的方向。普通干燥時，濕物料的溫度梯度和含水率梯度，二者方向相反，即濕物料中的傳熱和傳質方向相反。微波干燥時，濕物料的溫度梯度和含水率梯度，二者方向一致，也即濕物料中的傳熱和傳質方向是相同的。

在微波真空干燥設備干燥過程中，物料內部產出熱量，傳質推動力主要是物料內部迅速產生的蒸汽所形成的壓力梯度。如果物料開始很濕，物料內部的壓力升高得非常快，則液體可能在壓力梯度的作用下從物料中排出。初始含水量越高，壓力梯度對濕分排除的影響也越大，也即有一種泵的效應，驅使液體向表面。在真空條件下，由于低壓強使得水的沸點降低，加快了水的蒸發速度，同時由于蒸發冷卻，物體表面溫度要低于內部溫度，加快了物料內的水分移動和蒸發速度。