一种微波加热条件下高钙镁钛精矿的介电常数调节方法与流程

本发明涉及一种微波加热条件下高钙镁钛精矿的介电常数调节方法，属于微波加热装置技术领域。

背景技术：

在微波加热过程中，对被加热材料进行温度控制十分重要，而控制材料在微波场温度变化的本质问题是对其介电系数变化进行控制。由于微波腔体内电磁场的分布不均匀，材料介电特性呈现各向异质，导致被加热材料的温度和含水率呈现不均匀的分布状态。

技术实现要素：

本发明提供了一种微波加热条件下高钙镁钛精矿的介电常数调节方法，在微波加热过程中，通过调节高钙镁钛精矿含水率，调节其介电系数值，改善温度分布均匀性，提高加热效率。

本发明的技术方案是：一种微波加热条件下高钙镁钛精矿的介电常数调节方法，包括：

确定得到高钙镁钛精矿的初始含水率；

在微波加热过程中实时计算高钙镁钛精矿的水分损失；

根据所测得的高钙镁钛精矿当前的含水率及温度，根据高钙镁钛精矿介电系数与温度及含水率之间的关系式，实时计算被加热高钙镁钛精矿不同测温点的介电系数；

根据高钙镁钛精矿的平衡含水率模型和期望介电系数，得到高钙镁钛精矿达到期望介电系数所需水份；

再根据所需水份对高钙镁钛精矿的不同部位进行水分调节，从而达到在微波加热过程中，高钙镁钛精矿的介电特性一致分布的目的，进而改善温度分布均匀性，与此同时，可用于提高高钙镁钛精矿的加热效率。

进一步地，所述高钙镁钛精矿初始含水率由称重法确定，步骤如下：

1.1、取一定质量的高钙镁钛精矿样品放入质量为m的容器中，称得总重量mt；

1.2、将盛装有样品的容器放入微波干燥装置中进行烘干，直到恒重为止，此时容器及样品总的重量记为m1；

1.3、求取该样品得初始含水率

进一步地，在微波加热过程中，高钙镁钛精矿由于蒸发所损失的水份为：

其中：d表示水分扩散速率；ua为空气湿度；uc为高钙镁钛精矿的表面含水率；hm是高钙镁钛精矿表面传质系数；n表示垂直于表面的单位向量，u为高钙镁钛精矿当前的含水率，高钙镁钛精矿当前的含水率u初始时为初始含水率u1。

进一步地，所述高钙镁钛精矿表面质传系数hm与表面水份蒸发速率相关，其计算公式为：

hm＝mv/a×vh

其中：a是高钙镁钛精矿表面积；mv表示蒸发速率，mv＝10⁴s^-1；vh是高钙镁钛精矿中的水份体积。

进一步地，所述高钙镁钛精矿介电系数与温度t及含水率u之间的关系式可在不同温度t下，恒温加热高钙镁钛精矿实验中，实时测量介电系数ε＝ε′-jε″和含水率u，通过多元线性回归得到，形如：

ε″＝a1+a2u+a3t+a4u²+a5t²+a6ut

ε′＝b1+b2u+b3t+b4u²+b5t²+b6t

其中：u和t分别为高钙镁钛精矿当前的含水率和温度,高钙镁钛精矿当前的含水率u初始时为初始含水率u1；a1…a6与b1…b6为多元线性回归实验所得参数，j是虚部符号。

进一步地，根据高钙镁钛精矿的平衡含水率模型和期望介电系数，得到高钙镁钛精矿达到期望介电系数所需水份的具体步骤如下：

4.1、首先得到高钙镁钛精矿的平衡含水率模型，设定期望介电系数；

4.2、结合当前测温点的温度和期望介电系数，根据高钙镁钛精矿期望介电系数与温度t及含水率u之间的关系式推导出某一温度条件下达到期望介电系数时的含水率；

4.3、根据当前测温点的温度、空气湿度、水分活度，利用平衡含水率模型得出平衡含水率；

4.4、测量当前的含水率，根据测量点当前的含水率与达到期望介电系数时的含水率对比，可得出需要添加的水份值；

若当前的含水率小于平衡含水率，说明高钙镁钛精矿是向外吸附的状态，则向高钙镁钛精矿所测点添加所需水份；

若当前的含水率大于平衡含水率，说明高钙镁钛精矿是向外解吸的状态，则向高钙镁钛精矿所测点添加高于所需添加的水份即可。

进一步地，所述高钙镁钛精矿的平衡含水率模型由实验获得，步骤如下：

1)、取一定量的高钙镁钛精矿实验样品，分成n份；

2)、向n份高钙镁钛精矿添加蒸馏水，制成含水率梯度2％的实验样品；

3)、分别将n份高钙镁钛精矿放入不同温度下的恒温培养箱中平衡一段时间，记录培养箱中的空气湿度；

4)、当记录的空气湿度达到平衡不再变化时，测量此时高钙镁钛精矿的含水率，得到高钙镁钛精矿的平衡含水率ub，利用水份活度测定仪测量水分活度aw，采用sas软件做非线性回归，得到高钙镁钛精矿的平衡含水率ub与温度t，空气湿度ua，水分活度aw三个参量的关系，形如

其中：c1,c2,c3,c4是非线性回归实验所得无量纲参数。

图1可以为所需方法中的一些参数的测量装置，其中，包括光纤辐射测温仪1、红外水分仪2、正压气流喷头3、被加热介质高钙镁钛精矿4、微波发生装置5；微波发生装置5上设置了纤辐射测温仪1、红外水分仪2、正压气流喷头3；

其中，高钙镁钛精矿当前的含水率u可以通过设置在微波发生装置5上的红外水分仪2对高钙镁钛精矿进行测量；高钙镁钛精矿当前的温度可以通过光纤辐射测温仪1对高钙镁钛精矿当前温度进行测量，通过正压气流喷头3再根据所需水份对高钙镁钛精矿的不同部位进行水分调节。

本发明的有益效果是：

本发明在微波加热过程中实时计算高钙镁钛精矿的水份损失；根据所测得的局部含水率及温度，计算被加热高钙镁钛精矿不同测温点的介电系数值，并结合平衡含水率模型和期望介电系数，进一步得到高钙镁钛精矿达到期望介电系数值所需水份；

通过对高钙镁钛精矿的不同部位进行水分调节，进而达到在微波加热过程中，高钙镁钛精矿介电特性一致分布的目的，进而改善温度分布均匀性；与此同时，可用于提高高钙镁钛精矿的加热效率。

附图说明

图1为本发明中的立体结构示意图。

1、光纤辐射测温仪，2、红外水分仪，3、正压气流喷头，4、高钙镁钛精矿5、微波发生装置。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，一种微波加热条件下高钙镁钛精矿的介电常数调节方法，包括：

确定得到高钙镁钛精矿的初始含水率；

在微波加热过程中实时计算高钙镁钛精矿的水分损失；

根据所测得的高钙镁钛精矿当前的含水率及温度，根据高钙镁钛精矿介电系数与温度及含水率之间的关系式，实时计算被加热高钙镁钛精矿不同测温点的介电系数；

根据高钙镁钛精矿的平衡含水率模型和期望介电系数，得到高钙镁钛精矿达到期望介电系数所需水份；

再根据所需水份对高钙镁钛精矿的不同部位进行水分调节，从而达到在微波加热过程中，高钙镁钛精矿的介电特性一致分布的目的，进而改善温度分布均匀性，与此同时，可用于提高高钙镁钛精矿的加热效率。

进一步地，所述高钙镁钛精矿初始含水率由称重法确定，步骤如下：

1.1、取一定质量的高钙镁钛精矿样品放入质量为m的容器中，称得总重量mt；

1.2、将盛装有样品的容器放入微波干燥装置中进行烘干，直到恒重为止，此时容器及样品总的重量记为m1；

1.3、求取该样品得初始含水率

进一步地，在微波加热过程中，高钙镁钛精矿由于蒸发所损失的水份为：

其中：d表示水分扩散速率；ua为空气湿度；uc为高钙镁钛精矿的表面含水率；hm是高钙镁钛精矿表面传质系数；n表示垂直于表面的单位向量，u为高钙镁钛精矿当前的含水率，高钙镁钛精矿当前的含水率u初始时为初始含水率u1。

进一步地，所述高钙镁钛精矿表面质传系数hm与表面水份蒸发速率相关，其计算公式为：

hm＝mv/a×vh

其中：a是高钙镁钛精矿表面积；mv表示蒸发速率，mv＝10⁴s^-1；vh是高钙镁钛精矿中的水份体积。

进一步地，所述高钙镁钛精矿介电系数与温度t及含水率u之间的关系式可在不同温度t下，恒温加热高钙镁钛精矿实验中，实时测量介电系数ε＝ε′-jε″和含水率u，通过多元线性回归得到，形如：

ε″＝a1+a2u+a3t+a4u²+a5t²+a6ut

ε′＝b1+b2u+b3t+b4u²+b5t²+b6t

其中：u和t分别为高钙镁钛精矿当前的含水率和温度,高钙镁钛精矿当前的含水率u初始时为初始含水率u1；a1…a6与b1…b6为多元线性回归实验所得参数，j是虚部符号。

进一步地，根据高钙镁钛精矿的平衡含水率模型和期望介电系数，得到高钙镁钛精矿达到期望介电系数所需水份的具体步骤如下：

4.1、首先得到高钙镁钛精矿的平衡含水率模型，设定期望介电系数；

4.2、结合当前测温点的温度和期望介电系数，根据高钙镁钛精矿期望介电系数与温度t及含水率u之间的关系式推导出某一温度条件下达到期望介电系数时的含水率；

4.3、根据当前测温点的温度、空气湿度、水分活度，利用平衡含水率模型得出平衡含水率；

4.4、测量当前的含水率，根据测量点当前的含水率与达到期望介电系数时的含水率对比，可得出需要添加的水份值；

若当前的含水率小于平衡含水率，说明高钙镁钛精矿是向外吸附的状态，则向高钙镁钛精矿所测点添加所需水份；

若当前的含水率大于平衡含水率，说明高钙镁钛精矿是向外解吸的状态，则向高钙镁钛精矿所测点添加高于所需添加的水份即可。

进一步地，所述高钙镁钛精矿的平衡含水率模型由实验获得，步骤如下：

1)、取一定量的高钙镁钛精矿实验样品，分成n份；

2)、向n份高钙镁钛精矿添加蒸馏水，制成含水率梯度2％的实验样品；

3)、分别将n份高钙镁钛精矿放入不同温度下的恒温培养箱中平衡一段时间，记录培养箱中的空气湿度；

4)、当记录的空气湿度达到平衡不再变化时，测量此时高钙镁钛精矿的含水率，得到高钙镁钛精矿的平衡含水率ub，利用水份活度测定仪测量水分活度aw，采用sas软件做非线性回归，得到高钙镁钛精矿的平衡含水率ub与温度t，空气湿度ua，水分活度aw三个参量的关系，形如

其中：c1,c2,c3,c4是非线性回归实验所得无量纲参数。

作为本发明的进一步说明，图1可以为所需方法中的一些参数的测量装置，其中，包括光纤辐射测温仪1、红外水分仪2、正压气流喷头3、被加热介质高钙镁钛精矿4、微波发生装置5；微波发生装置5上设置了纤辐射测温仪1、红外水分仪2、正压气流喷头3；

其中，高钙镁钛精矿当前的含水率u可以通过设置在微波发生装置5上的红外水分仪2对高钙镁钛精矿进行测量；高钙镁钛精矿当前的温度可以通过光纤辐射测温仪1对高钙镁钛精矿当前温度进行测量，通过正压气流喷头3再根据所需水份对高钙镁钛精矿的不同部位进行水分调节。

其结构可以包括一个微波炉，在微波炉中分别设置5个光纤辐射测温探头、5个红外水分仪以及5个正压气流喷头。

在微波加热过程中，针对电场分布不均匀、高钙镁钛精矿的介电特性各向异质所带来的物料温度分布不均匀的问题。

本发明通过实时计算高钙镁钛精矿的水份损失，根据5个红外水分仪所测得的局部含水率及光纤辐射测温仪所测温度，进一步计算被加热高钙镁钛精矿不同测温点的介电系数值，并结合平衡含水率模型和期望介电系数，得到高钙镁钛精矿达到期望介电系数值所需水份。采用5个正压气流喷头对高钙镁钛精矿的不同部位进行水分调节，进而达到在微波加热过程中，高钙镁钛精矿介电系数一致分布的目的，进而改善温度分布的均匀性。与此同时，可用于提高高钙镁钛精矿的加热效率。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。