CN101733061A - 一种带微波加热的螺旋输送反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种集微波加热功能、物料输送功能和物料反应功能于一体，通过高度的集成和采用高效的微波加热方式达到节能之目的的螺旋输送反应装置。反应装置由若干个独立模块以一定角度相互连结组成，其中单个模块由电机、微波发生装置、保温层、透波反应器壁、金属螺杆、连结管等部件组成。反应器的入口与料斗连接，物料由金属螺杆旋转被从料斗中卸出并在各段反应器内做螺旋运动，同时完成反应。整套设备可针对不同物料、工艺要求和现场条件采用多种方式连结成最适合的反应装置与已有技术相比，本发明最大优势是：采用高效的微波加热方式，极大的减少能源消耗，同时由于集成度高，使得设备构造简单、通用性高、适用范围广，环境效益、经济效益明显。

Description

一种带微波加热的螺旋输送反应装置

技术领域：本发明涉及一种集微波加热功能、物料输送功能和物料反应功能于一体，通过高度的集成和采用高效微波加热方式达到节能之目的的螺旋输送反应装置。

技术背景：工业生产中经常需要对物料进行加热使其发生反应进而生成产品，故而需要对物料进行加热。

加热过程所用设备，按固体物料运动特性，可分为固定床、移动床和流动床几类；按其所用加热炉的形式可分为反射炉、多膛炉、竖窑、回转窑、沸腾炉、施风炉、电热炉等。

在本发明中我们创造性地使用了微波加热，从而省去了加热炉的空间并极大降低了能耗。

我们知道微波加热的原理是：介电加热。电介质吸收微波能使介质温度升高，这个过程称介电加热。我们知道：有些电介质分子(如水分子)的正、负电荷重心不重合，即分子具有偶极距，这种分子称偶极分子(极性分子)。当极性分子受外电场作用时，偶极分子就会产生转距。在高频电场中一秒钟内极性分子要进行上亿次的换向“变极”运动，使分子之间产生强烈振动，引起摩擦发热，使物料温度升高，达到加热目的。

微波加热相比较其他传统加热方式的主要优点有：

1、加热速度快

常规加热如火焰、热风、电热、蒸汽等，都是利用热传导的原理将热量从被加热物外部传入内部，逐步使物体中心温度升高，称之为外部加热。要使中心部位达到所需的温度，需要一定的时间，导热性较差的物体所需的时间就更长。微波加热是使被加热物本身成为发热体，称之为内部加热方式，不需要热传导的过程，内外同时加热，因此能在短时间内达到加热效果。

2、均匀加热

常规加热，为提高加热速度，就需要升高加热温度，容易产生外焦内生现象。微波加热时，物体各部位通常都能均匀渗透电磁波，产生热量，因此均匀性大大改善。

3、节能高效

在微波加热中，微波能只能被加热物体吸收而生热，加热室内的空气与相应的容器都不会发热，也没有经过其他中间转换环节，因此除少量的传输损耗外几乎无其他损耗。比一般常规加热省电约30％～50％，生产环境也明显改善。

4、易于控制

微波加热的热惯性极小。若配用微机控制，则特别适宜于加热过程加热工艺的自动化控制。

5、选择性加热

微波对不同性质的物料有不同的作用，这一点对干燥作业有利。因为水分子对微波的吸收最好，所以含水量高的部位，吸收微波功率多于含水量较低的部位这就是选择加热的特点。烘干木材、纸张等产品时，利用这一特点可以做到均匀加热和均匀干燥。

值得注意的是有些物质当温度愈高、吸收性愈好，造成恶性循环，出现局部温度急剧上升造成过干，甚至炭化，对这类物质进行微波加热时，要注意制定合理的加热工艺。

6、安全无害

在微波加热、干燥中，无废水、废气、废物产生，也无辐射遗留物存在，其微波泄漏也确保大大低于国家制定的安全标准，是一种十分安全无害的高新技术。

由以上材料可以看出微波加热对于极性分子介质是一种非常高效、快速的加热方式。除了极性分子介质，还有另一类介质，它们基本上不吸收或很少吸收微波，如聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜塑料和玻璃、陶瓷等，它们能透过微波，而不吸收微波，这类材料可作为加热用的容器或支撑物，或叫微波密封材料。

但对于金属材料，电磁场不能透入内部而是被反射出来，所以金属材料不能吸收微波。

正是金属材料不吸收微波而是反射微波的这种特性，在本发明中起到了关键性的倍增作用，微波发生装置发射的微波在透过物料已经对物料进行加热的情况下，剩余的微波又被金属制成的螺杆反射回物料，对物料进行二次微波加热，这对我们的加热过程十分有利，也是本发明的又一创新点所在。

对物料的加热，必然涉及一个热利用效率的问题。当今社会，能源日渐成为稀缺资源，如何节能已成为社会与科技的前沿热点。本发明就是针对原有加热装置存在的诸如：加热时间长、物料输送效率低、连续化生产能力弱、热利用效率不够高等缺点，精心设计，将高效、快速的微波加热方式和物料输送、反应三大功能集成至一体，发明出带微波加热的螺旋输送反应装置，通过高度的功能集成和采用高效的加热方式，最大限度地减少能源消耗，实现环境效益和经济效益的双丰收。

本发明的技术方案是：

一、该新型带微波加热的螺旋输送反应装置由若干个独立模块相互连结组成，其中单个独立模块由：电机(1)、微波发生装置(2)、保温层(3)、透波反应器壁(4)、金属螺杆(5)、连结管(6)等部件组成；

二、微波发生装置负责提供加热所需微波；

三、保温层和反应器壁皆由透波材料制作，螺杆为金属制品；

四、螺旋输送反应器中通过螺杆旋转带动物料运动并提供加热反应的发生场所；

五、物料在反应器内螺旋输送动并发生反应，生成产品由反应器末端排出进入后续工艺步骤。

其特征在于：

a、反应器设计巧妙、集微波加热、物料输送和反应器三大功能于一体；

b、由微波发生装置发射的微波提供物料反应所需热量；

c、螺旋输送反应器由若干个独立模块相互连结组成，其中单个独立模块由：电机、微波发生装置、保温层、非金属反应器壁、金属螺杆、连结管等部件组成；

d、模块化设计，螺旋输送反应器可根据实际生产需要采用不同的组合方式；

e、设备构造简单、集成度高、适用范围广、能够连续化生产，能源利用率极高，对环境十分友好。

由于采用了上述技术方案，使本发明与已有设备、技术工艺相比具有如下优点及效果：

a、通过将微波加热功能、物料输送功能和反应器功能集成在单个设备内部，达到节省能源和设备多功能化、小型化的目的。同时，单台装置即可实现从物料到产品的转变，大大简化生产线的复杂程度。

b、采用高效的微波加热方式提供反应所需温度条件，大大减少了能源的消耗，同时也大大简化了整套装置的复杂程度，提高了设备可靠性，同时节省了空间，降低了成本；

c、全新设计的螺旋输送反应器，能增大物料和反应剂接触面积并在有限的空间内加大物料的行走路径，强化传热和保证反应时间，能够确保物料的快速反应，同时实现物料的大量快速输送；

d、螺旋输送反应器中螺杆的旋转除了起到输送物料的作用外还起到诸如：剪切加热物料、充分混合物料等作用，相应的螺杆参数和管壁参数皆可根据不同物料和反应进行相应调整，大大提高设备的通用性和适应性；

e、该设备采用物料细体输送，螺旋输送反应器内快速加热反应，因而能够快速、大量、连续性生产；同时构造比较简单、设备数量较少、能够实现整体大量的工业化复制；由于整套设备采用模块化设计，可以根据不同物料及现场条件灵活搭配设备，大大提高设备的通用性和适应性，市场前景十分广阔。

附图说明：

图1为单个带微波发热的螺旋输送反应模块示意图

图2为带微波发热的螺旋输送反应装置示意图

具体实施方式：整套系统由若干个螺旋输送反应模块通过连结管(6)组合而成，单个模块中由电机(1)提供金属螺杆(5)旋转的动力，由微波加热装置发射(2)的微波透过保温层(3)、透波反应器壁(4)直接加热物料，同时由于金属螺杆(5)对微波的反射作用使得微波的加热作用得到加强，螺旋输送反应器通过微波的作用获得所需温度条件。物料由金属螺杆(5)带动被从料斗中输出，并在整个螺旋输送反应器中作螺旋运动，同时受到金属螺杆(5)的剪切和混合作用，在反应器中发生反应生成产品，随后产品被排出整套反应装置进入后续工艺步骤。

实施例1：

品位为45％的赤铁矿超细粉末(配相应分数的超细炭粉及添加剂)，经过由四个独立模块组成的反应设备，在设备中停留时间约为2分钟，生成铁精粉和其他杂质，后经杂质分离和提纯可得品味高达98％的铁精粉。(采用功率为10kw，频率为2450兆赫兹的微波发生装置，螺杆外径为100mm)

实施例2：

将高岭土加入由两个独立模块组成的反应设备，在设备中停留时间约为1分钟，焙烧脱水，其结构变得疏松多孔，得到易于进一步加工生产氧化硅铝的中间产品。(采用功率为10kw，频率为2450兆赫兹的微波发生装置，螺杆外径为100mm)

实施例3：

湿法提钒过程中，细磨钒渣，经磁选除铁后，加钠化剂在由四个独立模块组成的反应设备中加热焙烧约2分钟，渣中的三价钒氧化成五价钒。(采用功率为10kw，频率为2450兆赫兹的微波发生装置，螺杆外径为100mm)

以上对本发明所提供的一种带微波加热的螺旋输送反应装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种集微波加热功能、物料输送功能和物料反应功能于一体，通过高度的集成和采用高效微波加热方式达到节能之目的的螺旋输送反应装置。其由若干独立反应模块相互成一定角度连结而成；单个反应模块由：电机(1)、微波发生装置(2)、保温层(3)、透波反应器壁(4)、金属螺杆(5)、连结管(6)等部件组成；由微波加热装置发射(2)的微波透过保温层(3)、透波反应器壁(4)直接加热物料，同时由于金属螺杆(5)对微波的反射作用使得微波的加热作用得到加强，螺旋输送反应器通过微波的作用获得所需温度条件；物料由金属螺杆(4)带动被从料斗中输出，并在整个螺旋输送反应器中作螺旋运动，同时受到金属螺杆(4)的剪切和混合作用，在反应器中发生反应生成产品，随后产品被排出整套反应装置进入后续工艺步骤。

2.微波发生装置发射的微波在透过物料已经对物料进行加热的情况下，剩余的微波又被金属制成的螺杆反射回物料，对物料进行二次微波加热。

3.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：螺旋输送反应由多个独立模块串联或并联组成，单个模块由：电机(1)、微波发生装置(2)、保温层(3)、透波反应器壁(4)、金属螺杆(5)、连结管(6)等部件组成，各模块之间相互成一定角度连结成整个反应器。

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