CN1030899C - 用微波熔融有机产品的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用微波熔融有机产品(4)的方法和设备，设备(1)包括：至少一个微波波导管(6)，该波导管固定在盛放初始固体有机产品(4)的金属容器(3)上。微波使固体(4)熔融形成一上部液层(11)。装置(12)可以磨蚀产品(4)中仍处于固体状态并与液体(11)接触的那部分。

Description

用微波熔融有机产品的方法和设备

本发明涉及应用微波的设备和方法。

微波炉为众所周知，它们由金属外壳与微波源组成，微波源有时称作“磁控管”。要加热或熔融的产品放入外壳内的绝缘容器中。放在金属外壳中盛放产品的容器不可是金属的。

应用有机材料的工业，特别是塑料工业中经常要熔融盛放在金属容器内的有机产品，例如制造聚氨基甲酸乙酯的工艺过程就是这样。加工时，预聚合物以固态形式送进金属容器内进行聚合，然后还需要对这些产品再次进行加热以将它们熔融，但是这种加热必须谨慎进行，如果预聚合物的温度超过了预定值，例如75℃，加热时间又太长，这些产品就会发生降解，形成脲基甲酸酯。这是应当避免的。因此，人们不得不采用逐渐地、有限制的加温方式。

这种加热可以在炉内进行，但加热的时间太长，例如一个200升的容器需要加热72小时。再者能源的消耗也很可观。

本发明的目的是避免上述缺点。为此，本发明提供了一种用微波熔融有机产品的方法，该方法具有下述特征：

a)在容纳初始有机产品的金属容器上固定至少一个波导管。

b)上述一个或数个波导管引导微波，使微波的电磁场直接与固体产品的自由上表面相接触，电磁场使固体的上部熔融，从而形成一个上部液体层。

c)产品的仍然保持固态并与液体层相接触的那部分被磨蚀，成为悬浮在液体中的固体产品的颗粒，并搅拌该悬浮液。

d)磨蚀与搅拌过程随着产品的熔融一直进行到容器的底部，至少在一段熔融时间中让电磁场继续与液体的自由表面相接触。

e)当产品完全熔融后，从容器中取出。

本发明还提供了一种用微波熔融有机产品的设备，该设备具有下述特征：

a)至少包括一个微波波导管，以及能使上述一个或数个波导管固定到盛有初始固态有机产品的金属容器上的装置。

b)上述一个或数个波导管的布置使其引导微波，让微波电磁场直接与固体产品的自由表面接触，使固体的上部熔融，形成一上部液体层。

c)包括可使产品的与液体接触但仍保持固态的那部分受到磨蚀的装置，用该装置可以得到悬浮于液体中的固态产品颗粒。

d)具有搅拌该悬浮液的装置。

e)具有一个装置，能在熔融过程中使磨蚀向容器底部发展并使搅拌装置向容器底部移动；设备的配置使波导管至少在一段熔融时间内仍继续引导电磁场与液体的自由表面相接触，同时进行上述移动。

f)具有使产品在完全熔融后从容器中排出的装置。

借助于下述的非限制性实施例及相应的示意性附图，本发明将容易被理解。

附图中：

图1是本发明的具有一个磨蚀头的设备的垂直剖视图；

图2是图1设备中的磨蚀头的底视图，该磨蚀头上带刮片，

图3是图2中的磨蚀头的局部垂直剖视图，该磨蚀头上有刮片，刮片上有齿，图3是沿图2中III—III线的剖面图；

图4是图3所示刮片的垂直剖面图，图4是沿图3中IV—IV线的剖面图。

图1表示出本发明的设备1，该设备1有一平板2，其上设置有鼓状金属容器3。在容器3内盛有有机物4，这些有机物的初始状态为固态。两个微波发生器5各自向外伸出波导管6。在这个非限制性的图示实施例中，微波频率的变化范围是875兆赫至2450兆赫。这两个波导管6与盖7固定连接，后者安装在容器3的上部8上。容器3原来的盖已事先移去。容器3用于装填制品4，而产品4在容器中就地固结成团，形成一个固体块。盖7和波导管6可以由不锈钢等材料制成。

微波经由波导管6引入容器，微波电磁场直接与初始状态的固体产品4的自由表面9相接触。该电磁场熔融产品4的上部10，形成了上部液层11。

设备1包括磨蚀装置12，用于剥蚀该产品4。该磨蚀装置包括一个磨蚀头13，后者与一个竖直轴14相连。

该轴14的竖直轴线XX’与圆筒3的轴线相一致，图1即为沿轴线XX’剖开的垂直剖视图。电机15驱动轴14绕轴线XX’旋转，而轴14又驱动磨蚀头13绕XX’线旋转。图2为磨蚀头13的底视图。该直径为D的磨蚀头13包括一锥形部分16，其锥面向下。在锥形部分16上固定有三条相同的刮片17。

图3是沿轴线XX’剖开的、带有刮片17的锥形部16的局部垂直剖视图。每条刮片17具有平板状的上部170，在垂直方向上与锥形部16相连。该上部170的平分平面P17(图2中以虚线表示)表示出相应刮片17的总体取向，并且平面P17通过轴线XX’，该轴线在图2中表示为一点X。任何两个相邻的竖直平面P17都构成一个120°的角a。上述刮片17具有齿18，在图3中连接齿18的顶点180的虚直线L18离开轴线XX’向上方延伸。举例来说，该线L18可以与图3剖面中锥形部16上的相应直线L16相平行。该线L16与轴线XX’构成锐角β，该角β即为锥度(图3)。也就是说，线L18与相交的竖直线构成一个开口向上的锐角。刮片17的数量可以不是三个，α角也可以不是120°。齿18的数量可以在每条刮片17的宽度范围内变化。

图4是图3所示刮片17的垂直剖面图，该截面平行于轴线XX’，但垂直于上述刮片的平面P17。从图4中可以看出，与上部170相连的齿18与平面P17夹角γ。这些齿18在图4中度量出的长度为1。

角β与γ可以作为液体11的粘性的函数，在大范围内变动，β角的最佳值为70°至90°，而γ角的最佳值在30°至60°之间。齿18可以根据需要而直接安装于锥形部16上，此时部件170不存在。

在磨蚀头13旋转时，其上的齿18磨蚀与液体11相接触的产品4的固态表面19，以及该表面19附近的固体4的上部20。由于齿18的磨蚀作用，产生了固态颗粒21，这些颗粒21与液体11共同形成悬浮液22。由于齿18的倾斜取向，磨蚀头13还可以对该悬浮液起搅拌作用。倾角γ使悬浮液22朝容器顶部运动，这有利于颗粒21与热液体11相接触，从而得以熔融。这样，磨蚀头13同时起磨蚀和搅拌两作用。

由于微波的熔融作用与热机械作用共同对固体4进行磨蚀或“啃咬”，设备1制备出被搅拌的悬浮液22。

在熔融过程中，即当固体表面19逐渐向底部下降时，磨蚀头13沿箭头F所示方向向下运动。为了使磨蚀头13能竖直运动，电机15可沿导杆23作竖直运动。在这一竖直位移过程中，轴14在盖7的开口24中滑动。使电机15作竖直位移的装置是已知的，例如是一个齿条系统。为简化起见，该装置在图中未画出。

当产品4完全熔融后，阀25即打开，使液化的产品4流入使用容器26中。

图1表示的是熔融过程的中途阶段，固体表面19位于初始固体表面9和容器3的底部27之间。在至少一段熔融时间内，波导管6继续引导微波电磁场与产品4的液态自由表面9接触。

本发明的设备1可以设计成具备熔融过程控制能力。为此，盖7上设有金属管28，该管28可在竖直方向上滑动，与液层11的上部相接触。管28用导热率高的材料例如铜制成。温度探头29设在管28内部，测量液体层11上部的温度。探头29由于金属管的屏蔽作用而不会受到微波的干扰。

掌握了上述温度参数，就可以用手控或自动控制的方法来调节熔融过程。这些调节装置本身是公知的，为简化起见，在附图中未予显示。当探头29检测到的温度达到预定的最大值时，控制装置可以中断或减弱微波源辐射的微波量。这样，液层11上部的温度、即产品4总体温度的最大值，在任何时候都基本上保持与预定的临界值相等，从而避免或限制了产品4的降解。

这种控制可以扩展到磨蚀和搅拌过程中，磨蚀头13的转速及其竖直位移量都可以作为探头29所测温度的函数，手动或自动地被修正。

本发明具有下列优点：

盛装产品4的金属容器3可以直接用于熔融工作，就在该盛装产品的金属容器中直接进行熔融工作；

—熔融迅速；

—能耗低，使用时微波可以调节，例如间断地停止微波辐射，使其在使用过程中具有很大的灵活性。在整个熔融操作过程中，搅拌也是可以调节的；

—熔融实际上不会导致材料的降解，因为磨蚀与悬浮液的搅拌使热能得以良好分布，尽管电磁场对液体的作用大于对固体的作用。

实例：

按照本发明的例1与随后的对照例2相比较，可以使人更好地理解本发明。

例1

设备1用于熔融200升聚酯预聚合物TDI(AKZO公司的NOURYTHANE A9)，该产品4用于生产聚氨基甲酸乙酯。

设备1和微波发生器5的特征参数如下：

微波源5：频率2450兆赫，每个波源的功率为1200瓦。

磨蚀装置12：电机15的功率为1100瓦；磨蚀头13的直径D为350mm；锥角β为80°；齿18数量为每条刮片17上设15个；齿的长度1为30mm；齿的倾角γ为45°。

初始产物4的特征：

熔点：60℃

异氰基(NCO)含量： 4.24％

熔融过程中，间断地开启微波源5，以避免产品4的温度超过72℃。磨蚀头13的转速在80rpm至195rpm之间变化，其竖直移动速度为11cm/hour。

完全熔融需7.4小时，总能耗30.14千瓦小时，即微波源5以4000瓦的功率运行5.5小时，装置12以1100瓦的功率运行7.4小时。

在熔融过程中，产品4的温度高于40℃而低于72℃。

在产品熔融终了时，产品的NCO浓度为4.05％。由于熔融引起的NCO浓度的相对变化约为4.5％。

例2

在本例中，不按照本发明。采用与例1相同的产品(NOURYTHANE A9)200升，以同样的方式装入金属圆筒容器中加以熔融。熔融在热空气炉中进行。

熔融需花72小时，耗能350千瓦小时。这种用炉进行的熔融处理引起的NCO浓度的相对变化量为3.2％。

因此，本发明的熔融过程显著地节约了时间和能源，特别是与已知的熔融过程相比，对产品并无任何不利影响。

当然，本发明并不局限于上述的实施例。

本发明适用于任何可由微波熔融的有机产品或有机产物的混合物。这些产品应用于例如：化学工业、制药工业、香水制造业、食品工业、摄影器材工业及塑料工业。这些产品可以是热熔体、糖蜜、树脂及固溶体。

Claims (31)

1.用微波对容器内的固态有机材料进行熔融的设备，其特征在于包括：

至少一个波导管，提供从微波源至容器内固态有机材料的微波通道，使固态有机材料从容器顶部开始向底部逐渐熔融，

磨蚀装置，与固态有机材料相接触，使其破碎，并形成悬浮于熔融的有机材料中的颗粒，制成悬浮液，

搅拌该悬浮液的搅拌装置，

在熔融过程中使上述磨蚀装置移动，使之不断与固态有机材料保持磨蚀接触的装置。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述设备还包括一个用于所述容器上开口端的盖。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于微波导入所述容器的上部区域。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于微波直接与固态有机材料的上部分接触。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于进一步包括用于在容器内移动所述搅拌装置的移动装置。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：上述磨蚀装置包括一个可与固体有机材料相接触的、可旋转的、带齿的搅拌器；从上述磨蚀装置向上延伸的装置，其包括一个插入上述盖中的可作转动和轴向运动的传动轴。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：磨蚀装置具有一个与固体有机材料相接触的锥面，使悬浮液中的颗粒向上流动。

8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于所述搅拌装置在容器内向上移动悬浮颗粒。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述磨蚀装置包括一个携带有齿的头部，并包括一个将转动施加给所述头部的驱动装置。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于所述头部带有多个从头部的旋转轴向外伸出的刮片，所述刮片位于基本上与所述头部的旋转轴并行的平面内，并且所述齿携带于每个刮片上从而与对应刮片的平面成一角度。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于刮片具有一个内缘和一个外端，所述刮片的齿具有布置在一条直线上的一些尖端，所述直线从所述内缘向所述外端以相对于所述内缘的锐角向上并向外延伸。

12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于进一步包括用于测量所述产品的上部液体层温度的装置。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于用于测温的装置包括一个金属管和布置在所述管内的测温探头。

14.根据权利要求12所述的设备，其特征在于进一步包括用于根据所述温度调节来自所述微波源的微波辐射量的装置。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于进一步包括用于根据所述温度调节所述磨蚀和搅拌装置的装置。

16.根据权利要求1所述的设备，其特征在于进一步包括用于测量所述产品的所述上部液体层温度的装置以及根据所述温度进行调节的装置，用于在所述容器中朝着所述固态产品移动所述磨蚀与搅拌装置的位移装置。

17.根据权利要求1所述的设备，其特征在于进一步包括用于从所述容器将熔融的产品排出的装置。

18.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述容器由金属材料制成。

19.根据权利要求1所述的设备，其特征在于该设备是一种能完全熔融有机材料的设备。

20.用微波在容器内对固态有机材料进行熔融的方法，其步骤包括：把微波从微波源导向容器中固态有机材料，微波使固体有机材料在容器中从顶部开始向底部逐渐熔融，形成在产品的下部未熔固态部分上方的上部液体层；保持磨蚀装置与固态有机材料的上表面接触，破碎固态有机材料，形成悬浮于熔融的有机材料中的颗粒，制成悬浮液；搅拌悬浮液；在至少一段熔融时间内，继续磨蚀所述固态产品、搅拌所述悬浮液、保持微波与所述液体的表面接触，以便完全熔融所述固态有机产品。

21.根据权利要求20所述的方法，其中通过在所述容器内朝着所述固态材料不断移动所述磨蚀装置，从而维持所述磨蚀装置与所述固态有机材料的接触。

22.根据权利要求20所述的方法，其中通过旋转所述磨蚀装置而搅拌所述悬浮液。

23.根据权利要求20所述的方法，其中通过一根与所述容器内部连通的波导来传送所述微波。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述微波在所述容器内建立起一个与所述固态材料上表面直接接触的电磁场。

25.根据权利要求20所述的方法，其中所述磨蚀装置是一种可旋转带齿的搅拌器，其在所述容器内朝着所述固态材料不断移动。

26.根据权利要求24所述的方法，其中通过磨蚀与搅拌产生的液体中的悬浮颗粒在所述容器内朝着所述电磁场向上运动，以利熔融。

27.根据权利要求23所述的方法，还包括这样的步骤，即在所述容器外部发射所述微波，测量容器内上部液体层的温度，根据所述温度调节通过所述波导传送的所述微波的发射。

28.根据权利要求27所述的方法，包括根据所述温度调节所述磨蚀与搅拌的步骤。

29.根据权利要求28所述的方法，包括根据所述温度，调节在所述容器内从上部区域中的材料至下部区域中的材料对所述材料的逐步磨蚀与搅拌的步骤。

30.根据权利要求20所述的方法，包括从所述容器排出熔融产品的步骤。

31.根据权利要求20所述的方法，其中所述容器由金属材料制成。

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