微波干燥單寧鍺的響應曲面法優(yōu)化研究

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1、·68·中固有色冶金B(yǎng)卷研究開發(fā)篇·試驗研究微波干燥單寧鍺的響應曲面法優(yōu)化研究彭金輝，張利波，郭勝惠，夏洪應，許磊(昆明理工大學，云南昆明650093)【摘要]采用基于中心組合設計的響應曲面法，考察了干燥溫度、時間和物料量的交互作用對單寧鍺相對脫水率的影響，結果表明：實驗因子與單寧鍺相對脫水率的關系符合二次方程模型。在分析了各個因子的顯著性和交互作用后，得到的最優(yōu)化工藝條件為：干燥溫度9O℃、時間7min、物料量12g，在此條件下，單寧鍺實際相對脫水率為96．42％，與預測值基本吻合?！娟P鍵詞】微波

2、干燥；單寧鍺；相對脫水率；響應曲面法【中圖分類號】TF84；TQ134．3[文獻標識碼】A【文章編號]1672—6103(2010)04—0068～03我國有著十分豐富的含鍺氧化鉛鋅礦資源，火濕法煉鋅過程中鍺與單寧酸作用而得到的，單寧鍺法煉鋅過程中可得到大量的鍺煙塵，鍺煙塵通過硫原料初始含水為67．74％。酸浸出、單寧沉鍺工藝富集鍺后，經煅燒以及氯化等1．2實驗設備與方法工藝得到鍺錠等高附加值產品。然而單寧鍺屬于粘微波干燥實驗中采用的設備有：上海產電子天結性物料，水分含量較高，達到60％以上。工業(yè)上

3、以平(FA2004Max200g)，精度0．0001g；溫濕度表，電能為熱源，將單寧鍺直接置于烤炕上進行干燥，整GJWS—A4；自制的微波反應器，頻率2450MHz。實個干燥過程時間長，勞動強度大，能耗高，操作環(huán)境驗裝置示意圖見圖1。極為惡劣。微波加熱與常規(guī)的電加熱、燃料加熱以及氣體加熱等方式不同，它通過在物料內部的介電損耗直接將化學反應所需要的能量傳遞給反應的分子或原子，在足夠強度的微波能量密度下，這種原位能量轉換方式使得微觀區(qū)域得到快速的能量累積，使得微波冶金過程在宏觀上表現(xiàn)出：①選擇性加熱物料

4、，升溫速率快，加熱效率高；②能降低干燥溫度，縮短干燥時間，節(jié)能降耗；③其本身不產生任何氣體，是實1一微波源；2-微波防護層；3-熱電偶；4-試驗物料；5一微波設備開關；6-溫度顯示器；7一電壓表；8一電流表現(xiàn)冶金工業(yè)清潔生產的有效途徑之一；④被干燥物圖1實驗裝置示意圖料在瞬間得到或失去熱量來源，易于自動控制。本文在所提出的微波加熱干燥單寧鍺的新工藝實驗時，將被干物料w(g)放人坩堝中，置于微基礎上，應用響應曲面法(RSM)，對影響單寧鍺相對波反應器內，記錄干燥不同時間下物料的~w2(g)，脫水率的因

5、素進行分析，為單寧鍺的微波干燥提供由式(1)計算出不同條件下微波干燥單寧鍺的濕基必要的技術參數，以實現(xiàn)單寧鍺干燥的節(jié)能降耗。含水率：1實驗=×l00％(1)1．1實驗原料由式(2)得出不同條件下微波干燥單寧鍺的相實驗原料單寧鍺來自云南某冶煉廠，單寧鍺是對脫水率：／3-O／×100％(2)【收稿日期】2010—06—012010年8月第4期彭金輝等：微波干燥單寧鍺的響應曲面法優(yōu)化研究．69．1-3實驗設計表1實驗結果采用響應曲面法中一種常用的中心組合設計優(yōu)化單寧鍺的干燥過程，實驗選取三個因子：物料重量

6、X(g)；保溫時間X(min)；干燥溫度x(℃)，實驗響應為相對脫水率Y(％)，2的全因子中心設計實驗共需要20組，其中包括8個因素點，6個軸點和6個中心點，計算公式如下n：N=2+2n+n(3)其中：n是因素個數，n是重復實驗的中心點。每個響應值yI，y2與實驗因素XX2、的相互關系模型由(4)式中的二次多項式求得：】，=盧。+∑盧iX+∑盧?X+∑X(4)i=1i=1i<其中：Y是預測的響應值；是系數常數；盧是線性系數；是二次方程系數；是相互作用系數；X、xi是實驗因素編碼值。2結果與討論2．1

7、實驗結果及模型擬合微波干燥單寧鍺的實驗結果見表1。通過CCD設計對各個影響因子之間的相互作用以及各影響因子對回歸模型的影響作用進行分析，單寧鍺的相對脫水率實驗符合二次方模型，以物料重量x。、保溫時間x：、干燥溫度x，為自變量，微波表2相對脫水率的方差分析結果干燥后的相對脫水率Y為因變量，得到多項回歸方程(5)：Y=574．84—3．44X1+33．52X2+12．06X3—0．05XlX2+0．04X1X3—0．10X2X3—0．03X1一1．76X2一0．06X3(5)經過響應曲面法的擬合計算得出

8、R=0．9663，根據尺與1的接近程度判斷模型選擇是否精確，尺與1越接近，說明所選模型的預測值與實際值越接近。2．2相對脫水率分析通過方差分析對模型的精確性做進一步的判斷，相對脫水率的方差分析結果見表2。模型的F值為31．84，說明此模型具有重要的參考價值，只有O．01％的機會使信噪比出現(xiàn)錯誤。Prob>F值小于脫水率有更大的影響，保溫時間的影響較小0．0001，表明模型的精確度很好(Prob>F值小于0．05(Prob>F值大于0．1000時，說明此因素不重要)。相