CN103623756A

CN103623756A - 工业化间歇式微波反应釜

Info

Publication number: CN103623756A
Application number: CN201310586873.0A
Authority: CN
Inventors: 来水利; 杨军胜; 于金凤; 王晶丽; 张佳亮; 杜经武
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2014-03-12

Abstract

工业化间歇式微波反应釜，包括顶部设置有进料口和底部设置有出料口的反应釜，且出料口上设置有能够关闭出料口和调节出料流量的阀门，反应釜的两侧设置有多组伸入反应釜内部的微波发生器组件；每组微波发生器组件由隔离管和伸入隔离管内的微波发生器组成，隔离管设置在反应釜的腔体内，且隔离管上具有开口，开口处设置有能够透过微波且用于隔离微波发生器与反应物的隔离板。本发明适用于反应速率较小，需要较长反应时间的微波化学反应。由于反应釜上设置有多个伸入反应釜内的微波发生器组件，因此，本发明能够缩短反应时间，减小能源消耗和环境污染，降低企业的生产成本和固定资产的投入，可广泛应用于化工、制药、塑料、橡胶、材料等多种行业。

Description

工业化间歇式微波反应釜

技术领域

本发明涉及一种反应装置，具体涉及一种工业化间歇式微波反应釜。

背景技术

化学反应往往需要加热，传统的加热方法都是用热传导和热对流的方式，其反应速度相对较慢，反应产率较低。随着当今时代的高速发展，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。

微波是频率在300MHz到300GHz的电磁波（波长1m～1mm），通常应用于电视、广播、通讯技术中，自20世纪60年代开始利用微波的热效应进行工业化生产过程。近年来随着人们对其研究的发展，微波以其具有内部加热、快速加热、选择性加热和节能、环保等诸多优点，已逐渐成为一种新型的能源，越来越广泛地应用于化学工业、制药工业、环境保护等各个领域，进行加热、干燥、催化、萃取、“三废”处理和环境监测等。如微波技术应用于有机合成、高分子材料的制备等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)，这大大促进了微波技术在化工生产中的应用。

微波作为一种新能源，虽然已在化学化工、材料、石油、冶金等各个领域取得了大量的实验室研究成果，但在进行微波化学反应时，人们大多采用家用微波炉进行改造，这些反应装置仅可用于实验室的小型研究，不能真正用于工业化大生产中。因此，化学家们希望把许多研究成果由实验室走向工厂，应用到工业大生产中去，关键难点是目前尚没有大容量的微波化学反应装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业化间歇式微波反应釜，该反应釜能够缩短生产周期，降低固定资产的投入并减小环境污染。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括顶部设置有进料口和底部设置有出料口的反应釜，且出料口上设置有能够关闭出料口和调节出料流量的阀门，反应釜的两侧设置有多组伸入反应釜内部的微波发生器组件；每组微波发生器组件由隔离管和伸入隔离管内的微波发生器组成，隔离管设置在反应釜的腔体内，且隔离管上具有开口，开口处设置有能够透过微波且用于隔离微波发生器与反应物的隔离板。

所述的反应釜采用搪玻璃反应釜或不锈钢反应釜。

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。

所述的反应釜的顶部设置有伸入反应釜内的温压控制装置，温压控制装置包括温度传感器和压力传感器，且温度传感器置于伸入反应釜内部的油封管中，温度传感器、压力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釜内的温度和压力进行调整。

所述的反应釜外侧安装有冷却夹套，且冷却夹套上带有冷却水入口和冷却水出口。

所述的反应釜的顶部设置有带减速机的电机，反应釜的腔体中设置有由电机驱动的搅拌装置。

所述的反应釜的顶部安装有冷凝塔，冷凝塔与反应釜的腔体相连通。

所述的反应釜的顶部开设有人孔和观察孔。

所述的反应釜的外侧壁上安装有支座。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的反应釜上设置有多组伸入反应釜内部的微波发生器组件，且每组微波发生器组件由隔离管和伸入隔离管内的微波发生器组成，隔离管上具有开口，且开口处设置有隔离板，由于该隔离板不仅能够将微波发生器与反应物隔开，而且还能透过微波，因此，本发明的微波发生器能够置于反应腔内部，使反应釜内的反应物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；另外，本发明的反应釜也可对企业原有的反应釜进行改造，这就省去了生产企业的锅炉装置，大大降低固定资产的投资，也节约了能源，减小了环境污染，实现了工业上的应用。本发明的出料口上设置有能够关闭出料口和调节出料流量的阀门，因此，本发明适用于反应速率较小，需要较长反应时间的微波化学反应，是一种间歇式微波反应釜。

附图说明

图1是本发明的示意图；

其中：1、电机，2、压力传感器，3、搅拌装置，4、反应釜，5、微波发生器组件，6、冷却夹套，7、温度传感器，8、观察孔，9、人孔，10、支座，11、进料口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

（一）参见图1，本发明由反应釜4、微波发生器组件5、冷却夹套6、搅拌装置3和自动控制部分（即温压控制装置）组成。

1、本发明的反应釜采用搪玻璃反应釜或不锈钢反应釜，反应釜的外侧安装冷却夹套6，且冷却夹套6上带有冷却水入口和冷却水出口，冷却水入口位于反应釜的底部，冷却水出口位于反应釜的侧壁；由于冷却夹套6中不需要通入热蒸汽，所以冷却夹套6内的压力不高，因此，冷却夹套6外部的钢板厚度与常见的汽加热反应釜相比要薄，可节约钢材，减小成本。

该反应釜4的顶部设置有进料口11，底部设置有出料口，且出料口上设置有能够关闭出料口和调节出料流量的阀门。反应釜4的顶端安装冷凝塔，冷凝塔与反应釜4内部相连通，高温下挥发出的气体反应物料在冷凝塔的作用下冷凝为液体，回流到反应釜内重新参与反应，从而使反应的收率得到了极大地提高。

该反应釜4的顶部安装有带减速机的电机1，反应釜4的内部安装有搅拌装置3，搅拌装置3由搅拌轴和叶轮组成，用于使物料混合均匀，外部的电机1驱动搅拌轴带动叶轮旋转，为物料的循环流动提供动力。

该反应釜4的顶部还设置有人孔9和观察孔8，人孔9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8可实时的观测里面物料的反应情况，反应釜4的外侧壁上安装有支座10。

2、反应釜的两侧设置有多组伸入反应釜4内部的微波发生器组件5，微波发生器组件5的个数根据实际情况决定，本发明中微波发生器组件5一共四组，反应釜4的两侧各设置两组，微波发生器组件5能够向反应釜4内连续的发射微波，该微波发生器组件5是由隔离管和伸入隔离管内的微波发生器组成，且隔离管设置在反应釜4的腔体内，隔离管上具有开口，开口处设置有隔离板，隔离板为陶瓷板或聚四氟乙烯板，由于陶瓷板或聚四氟乙烯板有良好的微波穿透性，因此，隔离板不仅能够将微波发生器与反应物隔离开，而且还能使微波发生器产生的微波通过陶瓷板或聚四氟乙烯板直接作用于反应物。

本发明具体选用的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，本发明的微波管具体选用连续波磁控管。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。

3、本发明还包括有自动控制部分，该自动控制部分可对多个连续波磁控管进行分组控制，从而调节微波功率。该自动控制部分（即温压控制装置）可以实现对反应温度和压力的检测与控制，温压控制装置包括压力传感器2和温度传感器7，压力传感器2置于反应釜4中，用于测量反应釜内的压力；温度传感器7置于伸入反应釜4内部的油封管中，用于测量反应物料的温度。温度传感器7、压力传感器2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2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釜4内的温度和压力进行调整从而实现自动控制。

（二）本发明的工作过程如下：

参见图1，开启电机1，然后从进料口11加料（此时出料口上的阀门关闭），电机1驱动搅拌装置3搅拌物料，同时接通微波管电源，使连续波磁控管发射微波，开始反应，反应过程中温度传感器7测得的温度信号和压力传感器2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釜内的温度和压力进行调整，实现自动控制。温度调节也可通过向冷却夹套6中通入冷却水进行。当反应在高温下进行时，挥发出的气体反应物料在冷凝塔的作用下冷凝为液体，回流到反应釜4内重新参与反应。如果需要实时的观测反应釜4里面的物料的反应情况，可以通过观察孔8实现。当反应釜4内的反应达到终点后，打开出料口上的阀门，进行出料。另外，需要维修人员进入反应釜内部进行检查、清理和清除杂物时，可以通过人孔9实现。

本发明提出的一种工业化间歇式微波反应釜，它包括反应釜4、微波发生器组件5、冷却夹套6、搅拌装置3和自动控制部分。这一装置可对以前化工生产中的常用搪玻璃反应釜或不锈钢反应釜进行改造，将多个连续波磁控管置于反应釜内腔中，使反应釜4内的反应物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。在装置的自动控制部分，可对多个磁控管进行分组控制，从而调节微波功率。

Claims

1.工业化间歇式微波反应釜，其特征在于：包括顶部设置有进料口（11）和底部设置有出料口的反应釜（4），且出料口上设置有能够关闭出料口和调节出料流量的阀门，反应釜（4）的两侧设置有多组伸入反应釜（4）内部的微波发生器组件（5）；每组微波发生器组件（5）由隔离管和伸入隔离管内的微波发生器组成，隔离管设置在反应釜（4）的腔体内，且隔离管上具有开口，开口处设置有能够透过微波且用于隔离微波发生器与反应物的隔离板。

2.根据权利要求1所述的工业化间歇式微波反应釜，其特征在于：所述的反应釜采用搪玻璃反应釜或不锈钢反应釜。

3.根据权利要求1所述的工业化间歇式微波反应釜，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所述的工业化间歇式微波反应釜，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所述的工业化间歇式微波反应釜，其特征在于：所述的反应釜（4）的顶部设置有伸入反应釜（4）内的温压控制装置，温压控制装置包括温度传感器（7）和压力传感器（2），且温度传感器（7）置于伸入反应釜（4）内部的油封管中，温度传感器（7）、压力传感器（2）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（2）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釜内的温度和压力进行调整。

6.根据权利要求1或5所述的工业化间歇式微波反应釜，其特征在于：所述的反应釜（4）外侧安装有冷却夹套（6），且冷却夹套（6）上带有冷却水入口和冷却水出口。

7.根据权利要求1或5所述的工业化间歇式微波反应釜，其特征在于：所述的反应釜（4）的顶部设置有带减速机的电机（1），反应釜（4）的腔体中设置有由电机（1）驱动的搅拌装置（3）。

8.根据权利要求1或5所述的工业化间歇式微波反应釜，其特征在于：所述的反应釜（4）的顶部安装有冷凝塔，冷凝塔与反应釜（4）的腔体相连通。

9.根据权利要求1或5所述的工业化间歇式微波反应釜，其特征在于：所述的反应釜（4）的顶部开设有人孔（9）和观察孔（8）。

10.根据权利要求1所述的工业化间歇式微波反应釜，其特征在于：所述的反应釜（4）的外侧壁上安装有支座（10）。