微波加熱原理

    微波是指波長在1 mm 到1 m 的電磁波,它具有電磁波的諸如反射、透射、干涉、衍射、偏振以及能量傳輸?shù)炔▌犹匦?。近幾年?微波的高效發(fā)熱特性的進一步開發(fā),使得它的應用從傳統(tǒng)的通訊領域轉(zhuǎn)向催化化學、材料加工、污染控制等領域。其中,在污染控制領域,特別是在工業(yè)污泥、醫(yī)療垃圾、廢舊輪胎、電子垃圾以及建筑垃圾等固體廢棄物的處理方面取得了較大的進展。

    在微波加熱的過程中,微波能轉(zhuǎn)化為熱能的機理有2種,即偶極子轉(zhuǎn)動機理和離子傳導機理。偶極子轉(zhuǎn)動機理是由微波輻射引起物體內(nèi)部的分子相互摩擦而產(chǎn)生熱能。自然界的介質(zhì)都是由一端帶正電荷、另一端帶負電荷的分子(或偶極子) 組成。在自然狀態(tài)下,介質(zhì)內(nèi)的偶極子作雜亂無章的運動和排列,當介質(zhì)處于電場中時,其內(nèi)部重新進行排列,變成了有一定取向、有規(guī)則排列的極化分子。當電場方向以一定頻率交替變化時,介質(zhì)中的偶極子的極化取向也以同樣頻率轉(zhuǎn)變,在轉(zhuǎn)變過程中,因分子間相互摩擦、碰撞而產(chǎn)生熱能。電場變化頻率越快,偶極子轉(zhuǎn)動的頻率也就越快,產(chǎn)生的熱效應越強,而微波波段電磁場頻率高達108 數(shù)量級,所以在微波輻射下,偶極子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的熱量相當可觀,從而使體系在很短的時間內(nèi)達到很高的溫度。偶極子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的加熱效率取決于介質(zhì)的馳豫時間、溫度和黏度。

    離子傳導機理是指可離解離子在電場中產(chǎn)生導電移動,由于介質(zhì)對離子的阻礙而產(chǎn)生熱效應。離子傳導產(chǎn)生的加熱效率取決于離子的大小、濃度、電荷量和導電性。

    傳統(tǒng)加熱是利用傳導和對流方式進行的,首先加熱容器,容器將熱量傳導到物體表面,然后熱量由表面?zhèn)鬟f到物體內(nèi)部,從而獲得熱平衡條件,因此加熱需要較長時間。而加熱環(huán)境一般不可能嚴格地絕熱封閉, 長時間加熱, 就可能向環(huán)境散發(fā)大量熱量。而微波加熱通常在全封閉狀態(tài)下進行, 微波功率以光速滲入物體內(nèi)部, 及時轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮? 避免了長時間加熱過程中的熱散失, 并且可對物體內(nèi)外部進行“整體”加熱,因此,與傳統(tǒng)的加熱方式相比,微波加熱具有效率高、速度快、能耗低等特點。