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、偏振以及能量傳輸等波動特性。近幾年來,微波的高效發熱特性的進一步開發,使得它的應用從傳統的通訊領域轉向催化化學、材料加工、污染控制等領域。其中,在污染控制領域,特別是在工業污泥、醫療垃圾、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,微波能轉化為熱能的機理有2種,即偶極子轉動機理和離子傳導機理。偶極子轉動機理是由微波輻射引起物體內部的分子相互摩擦而產生熱能。自然界的介質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。在自然狀態下,介質內的偶極子作雜亂無章的運動和排列,當介質處于電場中時,其內部重新進行排列,變成了有一定取向、有規則排列的極化分子。當電場方向以一定頻率交替變化時,介質中的偶極子的極化取向也以同樣頻率轉變,在轉變過程中,因分子間相互摩擦、碰撞而產生熱能。電場變化頻率越快,偶極子轉動的頻率也就越快,產生的熱效應越強,而微波波段電磁場頻率高達108 數量級,所以在微波輻射下,偶極子轉動產生的熱量相當可觀,從而使體系在很短的時間內達到很高的溫度。偶極子轉動產生的加熱效率取決于介質的馳豫時間、溫度和黏度。

    離子傳導機理是指可離解離子在電場中產生導電移動,由于介質對離子的阻礙而產生熱效應。離子傳導產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,然后熱量由表面傳遞到物體內部,從而獲得熱平衡條件,因此加熱需要較長時間。而加熱環境一般不可能嚴格地絕熱封閉, 長時間加熱, 就可能向環境散發大量熱量。而微波加熱通常在全封閉狀態下進行, 微波功率以光速滲入物體內部, 及時轉變為熱能, 避免了長時間加熱過程中的熱散失, 并且可對物體內外部進行“整體”加熱,因此,與傳統的加熱方式相比,微波加熱具有效率高、速度快、能耗低等特點。