CN103055778A - 一种轴流式微波反应器 - Google Patents

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一种轴流式微波反应器。本发明涉及一种微波反应器，属于化学工程及化工机械领域。本发明是在加料单元的出料口下设置计量输送装置，计量输送装置的出口接微波源腔体入口，微波源腔体中设置有输送带和搅拌混合装置，微波源腔体出口设置冷却装置，微波源腔体的顶部通过管道连接排气与处理单元，微波源腔体上还设有温度传感器和气压传感器，温度传感器和气压传感器的输出连接PLC,PLC的输出分别对应连接计量输送装置、搅拌混合装置、冷却装置和微波源的磁控管。本发明可实现对物料的输送、搅拌及充分的混合，削弱微波加热固体物料的热散逸效应，有效地阻止微波在加热固体物料时的局部过热现象。

Description

一种轴流式微波反应器
技术领域
本发明涉及一种微波反应器，属于化学工程及化工机械领域，特别是涉及一种用于小颗粒或粉状固体在微波作用下完成加热、干燥、脱水、干馏以及化学反应或其中某些过程的加工设备。
技术背景
微波以被广泛地应用于物质的加热、干燥等领域。
但是由于微波在加热固体物料时具有热散逸效应，使得微波在加热固体物料时会产生局部过热现象，如大多数有机物及某些无机物及其聚合物，在微波技术加工时会由于这种过热现象会导致物料的熔融、碳化或燃烧等变化，而这些变化是不希望发生的。微波在加热固体物料时具有热散逸效应限制了微波技术的应用。
利用微波加工上述物料的技术是微波应用领域研究和开发的热点。现有技术文献已有利用微波设备对上述物料进行加工的相关报道，但是这些技术的研究多限于间歇的或单一输送方式的微波设备。
发明内容
本发明是提供一种能连续进料，连续出料的轴流式微波反应器，所针对的物料是在微波作用时，会因微波的热散逸效应而局部过热，从而导致这些物料的熔融、碳化或燃烧等不希望发生的变化，这些物料主要是大多数固体的有机物及某些无机物及其聚合物。
本发明的具体构思和实施的措施是：加料单元的出料口下设置计量输送装置，计量输送装置的出口接微波源腔体入口，微波源腔体中设置有输送带和搅拌混合装置，微波源腔体出口设置冷却装置，微波源腔体的顶部通过管道连接排气与处理单元，微波源腔体上还设有温度传感器和气压传感器，温度传感器和气压传感器的输出连接PLC, PLC的输出分别对应连接计量输送装置、搅拌混合装置、冷却装置和微波源的磁控管。
所述的加料单元是一套料斗和料斗下安装的带电子计量仪的计量输送装置，在料斗中装有搅拌装置。
沿微波源腔体的物料输送沿线设置有一系列磁控管和一系列温度传感器；微波源腔体上设置了气体出口，在物料的进、出口及气体出口处设置了微波隔离装置，在微波源腔体内还间隔设置了一系列限波挡板。
所述的微波源腔体为一筒状体，下部水平设置输送带，输送带的上方设置由电机驱动的螺旋轴，输送带及螺旋轴均由调速电机驱动，调速电机与整机的PLC控制系统相连接。
微波源腔体出口所设的冷却装置为出口上部安装的冷却喷雾头和夹套式热交换装置，并且在出口处还装有物料打散装置。
微波源腔体的气体出口经管道连接至洗涤槽，洗涤槽经管道与洗涤液循环槽和循环泵循环连接，洗涤槽上部连接排风机。
本发明的工作过程是：将上述小颗粒或粉状固体物料经加料单元，连续地加到沿微波源腔体纵向布置的输送带上，输送带经过微波抑制的微波源腔体进入微波场，并以均衡的速度向出料方向运动，设置在微波场内的螺旋轴不断翻动物料和向前推动物料，起到很好的搅拌混合作用，更新物料在径向的位置和受热面，避免物料的局部过热，削弱微波对于固体物料的热散逸效应。使物料的温度在径向上基本均匀，沿着轴向不断提高。在微波作用下物料按上述设想完成加热、干燥、脱水、干馏及化学反应等一系列或其中某些物理或化学变化，被加工为目标产品。
PLC(可编程序控制器)系统接收到安装在反应器的微波源腔体上的红外测温传感器测到的物料温度，用物料温度测量值反馈，控制给料量、运输带及螺旋轴的速度，保证物料温度控制在设定范围。
物料的干燥、脱水、干馏及化学反应往往会伴随气体的溢出，在微波源腔体反应器的上方安装的排气口及在外部连接的气体排出及处理单元，可将过程产生的气体排出，并针对不同的气体设置洗涤和/或吸收，至达到排放标准后排放。PLC(可编程序控制器)系统可根据压力传感器的测量值，反馈控制排风压力及排风量。
某些特殊过程为保证产品品质，需要在过程完成后立即对物料进行降温或打散处理，本发明在微波源腔体反应器末端出口的外部设计了打散、直接水冷及间接水冷装置，构成产品的后处理装置。同样PLC(可编程序控制器)系统可测量冷却后产品的温度，反馈控制冷却水量；
本发明的积极作用：
本发明通过在微波场内实施了对物料的输送、搅拌及充分的混合，削弱了微波加热固体物料的热散逸效应，有效地阻止了微波在加热固体物料时的局部过热现象，使微波技术可应用于有机物和某些无机物及其聚合物的加热、干燥、脱水、干馏和化学反应，拓宽了微波技术的应用领域。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：加料单元1、料斗1-1、计量称1-2、微波源腔体2、磁控管2-1、变压器2-2、腔体2-3、进料隔离装置2-4、出料隔离装置2-5、输送混合单元3、输送带3-1、螺旋轴3-2、后处理单元4、冷却喷雾头4-1、夹套式热交换装置4-2、排气与处理单元5、洗涤槽5-1、洗涤液循环槽5-2、循环泵5-3、排风机5-4、温度传感器6-1、气压传感器6-2、机架7。
具体实施方式
参见图1，加料单元1由料斗1-1和计量称1-2组成，料斗1-1中装有搅拌装置，可均匀地使物料落下，在料斗1-1的出料口下设置带电子计量仪的计量称1-2，计量称1-2的出口端接微波源腔体2的入口。微波源腔体2中设置有输送带3-1和螺旋轴3-2，螺旋轴3-2与输送带3-1同向且位于输送带3-1上方。微波源腔体2出口设置冷却装置，该冷却装置为物料的后处理单元4，即在微波源腔体2出口上部安装的冷却喷雾头4-1和夹套式热交换装置4-2，并且在出口处还装有物料打散装置，专门适宜对微波处理后需要冷却和打散的物料而设置，冷却喷雾头4-1对物料进行直接冷却，夹套式热交换装置4-2对物料进行间接冷却。微波源腔体2的顶部通过管道连接排气与处理单元5，气体出口经管道连接至该单元的洗涤槽5-1，洗涤槽5-1经管道与洗涤液循环槽5-2和循环泵5-3循环连接，洗涤槽上部连接排风机5-4，可以对微波后产生的气体进行循环洗涤后在进行排放，从而保证较好的工作环境。微波源腔体2上还设有温度传感器6-1和气压传感器6-2，温度传感器6-1和气压传感器6-2的输出端连接PLC（常规装置，图中未画）, PLC的输出分别对应连接加料单元1的计量称1-2、输送混合单元3、后处理单元4的冷却装置和微波源的磁控管2-1，实现全自动对物料的微波处理，并且通过PLC的精确控制来保证物料不发生熔融、碳化或燃烧等现象。
沿微波源腔体2的纵向（即物料输送方向）间隔设置了一系列磁控管2-1和一系列温度传感器6-1，从而准确地检测到物料输送过程中温度发生的变化，同时通过PLC精确控制磁控管2-1的输出功率，进而达到控制物料温度的目的；在微波源腔体2内还间隔设置了一系列限波挡板（遮挡关系，图中未画）可更好地控制物料温度。所述的输送带3-1及螺旋轴3-2均采用调速电机驱动，调速电机与整机的PLC控制系统相连接，可准确地控制输送带3-1及螺旋轴3-2的运行速度。
本发明在废旧橡胶的微波脱硫再生的应用。
将粒径为1～4mm的废旧橡胶颗粒（胎面胶）经精确加料单元1，连续地以80kg/h的加料量加到承载及输送物料的输送带3-1上，运输带经过微波源腔体2进入微波场，橡胶颗粒以均衡的速度向出料方向运动，设置在微波场内的螺旋轴3-2不断翻动物料，同时磁控管2-1发出微波加热，不断更新橡胶在径向方向的位置和受热面，避免物料的局部过热，削弱微波对于橡胶的热散逸效应。橡胶颗粒的温度在螺旋轴3-2的径向上基本均匀，在轴向由微波源腔体2的室温逐步提高。在微波作用下物料按上述设想完成加热、干燥、及S-S键断裂的化学反应，被加工为目标产品。
PLC控制系统安装在反应器的微波源腔体２上的红外测温度传感器6-1测量物料的温度，用物料温度测量值反馈控制给料量、输送带3-1及螺旋轴3-2的速度，保证物料温度控制在设定范围，橡胶颗粒在微波腔内的温度由室温逐步提高，最终控制出料温度在155-160oC范围。
进料的橡胶颗粒带有水份，在微波源腔体2内物料被干燥，在反应器的微波源腔体2上安装的排气口将溢出的水汽排出，由于在此过程中有效地控制温度，削弱了微波加热固体的热散逸效应，整个过程没有出现过热，没有发生橡胶的燃烧现象，因此排出的气体带有机物的气味，没有开启排气与处理单元5中的洗涤装置。
为保证脱硫再生橡胶的产品品质，需要在过程完成后立即对物料进行降温，在反应器微波源腔体2末端，腔体之外安装的后处理单元4对产品进行喷水冷却后处理，得到合格的脱硫再生橡胶产品。

Claims (6)

1.一种轴流式微波反应器，其特征在于：加料单元的出料口下设置计量输送装置，计量输送装置的出口接微波源腔体入口，微波源腔体中设置有输送带和搅拌混合装置，微波源腔体出口设置冷却装置，微波源腔体的顶部通过管道连接排气与处理单元，微波源腔体上还设有温度传感器和气压传感器，温度传感器和气压传感器的输出连接PLC, PLC的输出分别对应连接计量输送装置、搅拌混合装置、冷却装置和微波源的磁控管。
2.根据权利要求书1所述的轴流式微波反应器，其特征在于：加料单元是一套料斗和料斗下安装的带电子计量仪的计量输送装置，在料斗中装有搅拌装置。
3.根据权利要求书1所述的轴流式微波反应器，其特征在于：沿微波源腔体的物料输送沿线设置有一系列磁控管和一系列温度传感器；微波源腔体上设置了气体出口，在物料的进、出口及气体出口处设置了微波隔离装置，在微波源腔体内还间隔设置了一系列限波挡板。
4.根据权利要求书1所述的轴流式微波反应器，其特征在于：微波源腔体为一筒状体，下部水平设置输送带，输送带的上方设置由电机驱动的螺旋轴，输送带及螺旋轴均由调速电机驱动，调速电机与整机的PLC控制系统相连接。
5.根据权利要求书1所述的轴流式微波反应器，其特征在于：微波源腔体出口所设的冷却装置为出口上部安装的冷却喷雾头和夹套式热交换装置，并且在出口处还装有物料打散装置。
6.根据权利要求书1所述的轴流式微波反应器，其特征在于：微波源腔体的气体出口经管道连接至洗涤槽，洗涤槽经管道与洗涤液循环槽和循环泵循环连接，洗涤槽上部连接排风机。
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