CN103623755A - 工业化连续型微波反应器 - Google Patents

Abstract

工业化连续型微波反应器，包括通过管道连接在一起的混料腔和反应腔；所述的混料腔上设置有加料口，反应腔上设有出料口以及伸入反应腔内部的多组微波发生器，每组微波发生器组件是由隔离管以及伸入隔离管的微波发生器组成，隔离管上具有开口，开口处设置有能透过微波且用于隔离微波发生器和反应物的隔离板。本发明将多个微波发生器组件安装于反应器腔内，使反应腔内的反应物直接受到微波辐射的作用，可极大的缩短反应时间，节约能源消耗，减小环境污染，降低生产成本，并可减少企业对锅炉等设备的投资，能广泛的应用于化工、制药、塑料、橡胶、材料等多种行业。

Description

工业化连续型微波反应器

技术领域

本发明涉及一种反应装置，具体涉及一种工业化连续型微波反应器。

背景技术

化学反应往往需要加热或者高温、高压，传统的加热方法都是用热传导和热对流的方式，但此法反应速度相对较慢，反应收率和选择性也不高，随着当今科学技术的发展，加快化学反应速度、增加反应收率、简化后处理过程、改善反应的选择性、提高生产效率已经成为人们迫切需要解决的重大课题。而且由于当前环境保护的需要，常规反应釜所需的蒸汽锅炉的安装越来越少，汽加热反应釜的应用受到了极大的限制。

微波作为一种新能源，具有内部加热、快速加热、选择性加热和节能、环保等优点，可以极大地提高化学反应速度，产生比常规加热法高几十倍甚至几百倍的效率(最高可提高1240倍)，已在化学化工、材料、石油、冶金等多个领域得到了广范的应用。但目前在进行微波化学反应时，人们大多采用的是改造的家用微波炉，这些年虽然也陆续研制成功了一些微波化学反应设备，但这些设备仅可用于实验室的小型研究，不能用于工业化大生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业化连续型微波反应器，该微波反应器能够适用于工业化大生产，同时降低了固定资产的投入，减小了能源消耗和环境污染。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括通过管道连接在一起的混料腔和反应腔；所述的混料腔上设置有加料口，反应腔上设有出料口以及伸入反应腔内部的多组微波发生器组件，每组微波发生器组件由隔离管以及伸入隔离管的微波发生器组成，隔离管设置在反应腔内，且隔离管上具有开口，开口处设置有能透过微波且用于隔离微波发生器和反应物的隔离板。

所述的出料口上还设置有能够调节出料流量以及反应物在反应腔内停留时间的阀门。

所述的隔离板为陶瓷板或聚四氟乙烯板。

所述的微波发生器包括连续波磁控管以及将交流电能变成直流电能的微波管电源。

所述的反应腔上设置有伸入反应腔的温压控制装置，温压控制装置包括压力传感器和温度传感器，压力传感器、温度传感器以及微波发生器通过信号变换电路与微处理器系统相连，温度传感器测得的温度信号和压力传感器测得的压力信号经信号变换电路处理后送至微处理器系统进行信号处理，微处理器系统控制微波发生器对反应腔内的温度和压力进行调整。

所述的反应腔上还设置有二次加料口。

所述的反应腔上设置有伸入反应腔内的反应搅拌装置，反应搅拌装置与控制反应搅拌装置速度的反应调速电机相连，混料腔上设置有伸入混料腔内的混料搅拌装置，混料搅拌装置与用于控制混料搅拌装置搅拌速度的混料调速电机相连。

所述的反应腔的外侧安装有反应腔冷却夹套，且反应腔冷却夹套上带有反应冷却水入口和反应冷却水出口；混合腔外侧加装有混料腔冷却夹套，混料腔冷却夹套上带有混料冷却水入口和混料冷却水出口。

所述的反应腔上设置有冷却塔，冷却塔与反应腔的内部相连通。

所述的反应腔上还开设有人孔和观察孔，管道上设置有进料泵，进料泵的出口处设有逆止阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明在反应腔内设置有伸入隔离管中的微波发生器，且微波发生器上设置有用于隔离微波发生器和反应物的隔离板。由于该隔离板能够透过微波，使微波发生器产生的微波穿过隔离板直接辐射于极性的反应物，通过分子偶极的高速旋转产生内热效应，极大地加快反应速度，缩短反应时间，因此，本发明能够使实验室的研究成果尽快的实现工业化，实现工业化大生产，同时也可省去生产企业的锅炉，降低了固定资产的投入，减小了能源消耗和环境污染。另外，本发明反应腔的出料口是开放式的，因此，本发明能够在反应的同时快速出料，实现工业中的连续化大生产。

附图说明

图1是本发明的示意图；

其中：1、混料腔；2-1、反应搅拌装置；2-2、混料搅拌装置；3、反应腔；4、观察孔；5、压力传感器；6、人孔；7、温度传感器；8.微波发生器组件；9、反应腔冷却夹套；10、进料泵；11、逆止阀；12、阀门；13、混料腔冷却夹套；14、二次加料口；15、加料口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括混料腔1、反应腔3；且混料腔1的右侧通过管道与反应腔3的左侧相连通。

1、混料腔1的顶端设置有用于加入原料的进料口15，混料腔1的顶部还设置有伸入混料腔1内的混料搅拌装置2-2，混料搅拌装置2-2与用于控制混料搅拌装置搅拌速度的混料调速电机相连；混料搅拌装置2-2能够使物料在混料腔1中充分混合，以利于在反应腔中充分反应。同时，混料腔外侧加装有混料腔冷却夹套13，混料腔冷却夹套13上带有混料冷却水入口和混料冷却水出口，且混料冷却水入口位于混料腔1的底部，混料冷却水出口位于混料腔1的左侧上部；由于原料在搅拌混料过程中可能会产生热量，当混料腔1在工作时，可以在需要时向混料腔冷却夹套13中不断通入冷水防止物料在混合时产生热量发生反应或气化。

2、混料腔1和反应腔3之间依次设置有进料泵10和逆止阀11，混料腔1中混合均匀的物料通过进料泵10引入反应腔3内，同时在进料泵出口处的逆止阀能够防止进料泵10停止运行后反应腔3中的物料倒流。

3、反应腔3采用搪玻璃反应釜或不锈钢反应釜，且反应腔外侧设置加装有反应腔冷却夹套9，反应腔冷却夹套9上带有反应冷却水入口和反应冷却水出口，反应冷却水入口位于反应腔3的底部，反应冷却水出口位于反应腔3的顶部；需要时反应腔冷却夹套9能够通过不断通入冷却水调节反应温度，防止反应物局部过热，且反应腔冷却夹套9由于不需要通热蒸汽，所以反应腔冷却夹套9内的压力不高，因此，反应腔冷却夹套9外部的钢板厚度与常见的汽加热反应釜相比要薄。另外，反应腔3的顶部设置有二次加料口14，对于不能与其它反应物混合的物料可以通过二次加料口14直接加入。在反应腔3的顶部还设置有伸入反应腔3内的反应搅拌装置2-1，反应搅拌装置2-1与控制反应搅拌装置速度的反应调速电机相连，反应搅拌装置2-1能够在物料进入反应腔3后继续经过搅拌混合均匀。反应腔3的顶部安装有人孔6和观察孔4，人孔6用于维修人员进入设备内部进行检查、清理和清除杂物，观察孔4可实时的观测里面物料的反应情况。最后，反应腔3的右侧上部还安装冷凝塔，高温下挥发成气体的反应物料在冷凝塔的作用下冷凝为液体，回流到反应腔3内重新参与反应，从而使反应的收率得到极大地提高；反应腔3的右侧下部还设置有出料口，且出料口上安装有能够调节出料流量和反应物在反应腔内停留时间的阀门12。

反应腔3上还设置有伸入反应腔3内部的多组微波发生器组件8，微波发生器组件8的数目可以根据实际情况进行调整，本发明中反应腔的顶部和底部各设置有两组伸入反应腔3内部的微波发生器组件8，每组微波发生器组件8是由隔离管以及微波发生器组成；该微波发生器包括微波管和微波管电源两个部分。其中微波管电源（简称电源或微波源）的作用是把常用的交流电能变成直流电能，为微波管的工作创造条件。微波管是微波发生器的核心，它将直流电能转变成微波能，本发明所用的微波管是磁控管，磁控管分为脉冲磁控管和连续波磁控管两类。由于微波加热设备主要工作于连续波状态，所以具体到本发明磁控管选用连续波磁控管。连续波磁控管由管芯和磁钢（或电磁铁）组成。管芯的结构包括阳极、阴极、能量输出器和磁路系统等四部分，管芯内部保持高真空状态。

本发明中所采用微波发生器组件8的具体结构为：微波发生器伸入隔离管中，隔离管伸入反应腔3内部，隔离管位于反应腔3内部的一端上具有开口，开口处设置有隔离板，该隔离板为陶瓷板或聚四氟乙烯板，陶瓷板或聚四氟乙烯板不仅能够将微波发生器与反应物隔离开来，而且陶瓷板或聚四氟乙烯板还具有良好的微波穿透性，使微波发生器产生的微波可通过陶瓷板或聚四氟乙烯板直接作用于反应物。在微波发生器组件的作用下，反应腔3内的物料可直接受到微波辐射的作用，产生较大的热效应，从而加快反应速度，缩短生产周期。物料经过微波辐射发生反应后，所得产品能够从出料口不断输出，出料口处的阀门12能够调节出料速度。

4、为了更好的控制反应，实现自动化，本发明还包括有自动控制部分（即温压控制装置），该部分能够对多个微波发生器分组进行控制，从而调节微波辐射功率。反应腔中安装的温压控制装置包括温度传感器7及压力传感器5，压力传感器5、温度传感器7以及微波发生器通过信号变换电路与微处理器系统相连；压力传感器5置于微波场中，温度传感器7置于伸入反应釜内部的油封管中，用于测量液体反应原料的温度和反应腔3内的压力情况，温度传感器7测得的温度信号和压力传感器5测得的压力信号经信号变换电路处理后送微处理器系统进行信号处理，微处理器系统通过控制微波发生器的开关对反应腔内的温度和压力进行调整，从而实现自动化控制。这样就可以通过外面置有微处理器系统的微机控制室清晰地知道反应腔里物料的反应情况。

下面结合附图对本发明的工作过程做详细说明。

参见图1，开启混料搅拌装置2-2，然后从加料口15向混料腔1内加入物料，在混料过程中，可以通过与混料腔搅拌装置相连的混料调速电机调节混料腔搅拌装置的搅拌速度，如果原料在搅拌混料过程中产生热量，则通过向混料腔冷却夹套13内不断通入冷却水以防止混料受热反应或气化。混料均匀后打开进料泵10、逆止阀11以及反应搅拌装置2-1，并向反应腔冷却夹套9中不断通入冷却水，混合均匀的物料依次在进料泵10的作用下进入反应腔3内，打开微波发生器的微波管电源，开始微波反应，微波反应条件下挥发成气体的反应物料在冷凝塔的作用下冷凝为液体，回流到反应腔3内重新参与反应；同时，在微波反应的过程中温度传感器7测得的温度信号和压力传感器5测得的压力信号经信号变换电路处理后送微处理器系统进行信号处理，微处理器系统控制微波发生器对反应腔内的温度和压力进行调整，从而实现反应过程的自动化控制。另外，在微波反应过程中，出料口始终是打开的，反应完的物料能够及时的从出料口流出，实现工业化的连续反应。若在具体的反应过程中有不能在混料腔1内同时进行混料的原料，可以通过反应腔3所具有的二次加料口14加入反应体系中并通过反应搅拌装置2-1实现物料的均匀混合。如果需要实时的观测反应腔3内物料的反应情况，可以通过观察孔4进行观测，如果需要维修人员进入设备内部进行检查、清理和清除杂物，可以通过反应腔3的人孔6进入进行检修。

随着我国能源的日趋紧张和人们对环保要求的提高，这种工业化连续型微波反应装置将具有非常广阔的应用前景,它可用于化工、制药、塑料、橡胶、材料制备等多种行业。

Claims (10)

1.工业化连续型微波反应器，其特征在于：包括通过管道连接在一起的混料腔（1）和反应腔（3）；所述的混料腔（1）上设置有加料口（15），反应腔（3）上设有出料口以及伸入反应腔（3）内部的多组微波发生器组件（8），每组微波发生器组件（8）由隔离管以及伸入隔离管的微波发生器组成，隔离管设置在反应腔内，且隔离管上具有开口，开口处设置有能透过微波且用于隔离微波发生器和反应物的隔离板。

2.根据权利要求1所述的工业化连续型微波反应器，其特征在于：所述的出料口上还设置有能够调节出料流量以及反应物在反应腔内停留时间的阀门（12）。

3.根据权利要求1所述的工业化连续型微波反应器，其特征在于：所述的隔离板为陶瓷板或聚四氟乙烯板。

4.根据权利要求1或3所述的工业化连续型微波反应器，其特征在于：所述的微波发生器包括连续波磁控管以及将交流电能变成直流电能的微波管电源。

5.根据权利要求1所述的工业化连续型微波反应器，其特征在于：所述的反应腔（3）上设置有伸入反应腔（3）的温压控制装置，温压控制装置包括压力传感器（5）和温度传感器（7），压力传感器（5）、温度传感器（7）以及微波发生器通过信号变换电路与微处理器系统相连，温度传感器（7）测得的温度信号和压力传感器（5）测得的压力信号经信号变换电路处理后送至微处理器系统进行信号处理，微处理器系统控制微波发生器对反应腔内的温度和压力进行调整。

6.根据权利要求1或5所述的工业化连续型微波反应器，其特征在于：所述的反应腔（3）上还设置有二次加料口（14）。

7.根据权利要求1或5所述的工业化连续型微波反应器，其特征在于：所述的反应腔（3）上设置有伸入反应腔（3）内的反应搅拌装置（2-1），反应搅拌装置（2-1）与控制反应搅拌装置速度的反应调速电机相连，混料腔（1）上设置有伸入混料腔（1）内的混料搅拌装置（2-2），混料搅拌装置（2-2）与用于控制混料搅拌装置搅拌速度的混料调速电机相连。

8.根据权利要求1所述的工业化连续型微波反应器，其特征在于：所述的反应腔（3）的外侧安装有反应腔冷却夹套（9），且反应腔冷却夹套（9）上带有反应冷却水入口和反应冷却水出口；混合腔（1）外侧加装有混料腔冷却夹套（13），混料腔冷却夹套（13）上带有混料冷却水入口和混料冷却水出口。

9.根据权利要求1或8所述的工业化连续型微波反应器，其特征在于：所述的反应腔（3）上设置有冷却塔，冷却塔与反应腔（3）的内部相连通。

10.根据权利要求1或8所述的工业化连续型微波反应器，其特征在于：所述的反应腔（3）上还开设有人孔（6）和观察孔（4），管道上设置有进料泵（10），进料泵（10）的出口处设有逆止阀（11）。

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