CN108379878A - 一种实验室用废弃餐厨油脂分离的微波湿热反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实验室用废弃餐厨油脂分离的微波湿热反应器，包括不锈钢承压罐体、微波发生器、可拆卸搅拌装置、电源集成控制箱和馈能口。馈能口位于承压罐体底部，馈能口与波导管之间夹装承压微波透镜用于密闭承压罐体并将微波导入；气体直接通过承压罐体上部输出，液体通过从承压罐体上部插入罐体底部的取样管输出；搅拌器和测温器从不锈钢承压罐体上部引入。本发明利用微波加热获得高温高压的反应条件。本发明不仅强化了装置传热效果，有效解决了由于加热不均匀带来的微波湿热反应不完全和副产物较多的问题，而且密封性能好，并可有效防止产物在端盖与罐体链接部位凝固淤积而导致上端盖不易开启等问题，具有加热均匀、速度快、拆卸方便，操作便利等优点。

Description

一种实验室用废弃餐厨油脂分离的微波湿热反应器

技术领域

本发明属于废弃物资源化利用处理领域，具体涉及一种利用微波能技术促进废弃餐厨油脂分离的反应装置，适用于高校及科研单位实验室用的一种餐厨垃圾固相微波湿热脱油反应器。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的不断提高，餐厨垃圾产生量不断增加，若不加处理处置，易造成环境污染，对人体健康产生极大风险。虽然餐厨垃圾中的高油脂含量为此类垃圾的处理处置带来很多麻烦，但餐厨垃圾中废油脂又是理想的生物油燃料和日用化工原料，如加以合理利用，将产生巨大的资源利用价值。

目前对油脂分离回收的研究主要集中于石油、化工行业，对于餐厨垃圾中的油脂分离鲜见报道。餐厨垃圾中的废油脂以固相内部油脂存在方式为主，常规方法难于分离回收。湿热法是近年来开发的一种新型有效的餐厨垃圾处理技术，该法在含水环境中对餐厨油脂加热，促使餐厨垃圾中固相内部油脂液化浸出，进入液相，从而降低油脂分离回收难度。因此，开发一种节能、高效的废弃餐厨油脂分离技术就显得十分重要，是实现餐厨垃圾减量化、资源化、无害化的有效途径之一。

微波是波长为1-1000mm，频率为3×10³Hz~3×10¹¹Hz的一种具有许多特殊性质的高频无线电波, 它位于电磁波谱的红外辐射光波和无线电波之间，具有高频、似光性、量子性等特点，目前在军事、民用、教育、科技等领域已广泛应用，微波具有对水和脂肪类物质从内到外快速加热功能，在短时间内即可使其达到较高温度的作用，近年来在污染治理等领域在内的工业生产中都显示出广阔的应用前景。若能将微波技术应用于废弃餐厨油脂分离, 解决后期开发过程中原油含水率增高、油水乳化体系分离难度大, 以及传统分离方法能耗大、易产生二次污染等实际问题, 对于开发一种节能、清洁、高效的油脂分离技术具有重要的现实意义。

微波加热是一种独特的加热方式，它不同于普通的外加热方式将热量由物料外部传递到内部，而是由外部热源通过热辐射由表及里进行传导式加热，是材料在电磁场中由于介质损耗而引起的体加热，即所谓的“体积加热”过程。因此，微波加热具有很多普通加热方式所不具备的独特优点，如非接触加热，能量传输（非热量传输），加热快速，材料选择性加热，体积加热等，是一种极具价值和应用前景的加热技术。

发明内容

本发明目的是克服现有技术方法的缺陷，提供了一种构造简单、安全性能高且操作方便的实验室用废弃餐厨油脂分离的微波湿热反应器。

为实现上述目的，特提出如下技术方案：

工业用微波源的工作频率通常为2450MHz和915MHz ，所述的微波源采用2450MHz微波源，它具有设备小巧、系统加工成本低等优点, 是实验室普遍采用的频率。

本发明提出的一种实验室用废弃餐厨油脂分离的微波湿热反应器，包括承压罐体、微波磁控管、搅拌器、波导管、馈能口和测温热电偶，其中：馈能口位于承压罐体底部，通过法兰与同样带法兰的矩形波导管用螺栓连接；馈能口与波导管法兰之间夹装微波透镜，波导管上安装微波磁控管；承压罐体内腔设有盛料内胆，用于装填反应物料，未必透镜采用石英玻璃材料，所述微波磁控管产生微波从承压罐体内腔底部透过石英玻璃，向承压罐体内腔辐射；承压罐体内腔内设有测温热电偶，所述测温热电偶穿过承压罐体顶部罐盖通过测温热电偶套管伸入承压罐体内腔底部，以便探测反应物料温度；承压罐体内腔顶部设有气相取样口，底部设有液相取样口；搅拌器穿过承压罐体顶部罐盖，伸入承压罐体内盛料内胆。

本发明中，承压罐体为不锈钢材料，底部设馈能口。

本发明中，承压罐体上部设有压力表和安全阀，以测定承压罐体实时压力和保证压力安全。

本发明中，所述搅拌器为可拆卸式搅拌器，可选择对物料不搅拌或定速搅拌。

本发明中，所述微波湿热反应器控制电源，所述电源为220V的供电系统，保证系统用电的安全可靠。

本发明的有益效果在于：本发明装置结构简单，能连续操作且耐高温高压，安全可靠、能有效分离餐厨油脂。

附图说明

图1为高温高压微波反应器结构示意图。

图2为釜盖节点图。

图3为实施例２微波湿热反应釜加热温度与历时变化曲线。

图4为实施例３固相油脂浸出率随着时间和温度变化曲线。

图中标号：１为搅拌器，２为安全阀，压力表，３为承压罐体，４为辅助电加热，５为微波磁控管，6为波导管，7为螺栓，8为承压透波窗，9为盛料内胆，10为阀门，11为罐盖，12为液相阀门，13为气相阀门，14为测温热电偶孔，15为馈能口。

具体实施方式

下面结合附图对发明的一种实验室用废弃餐厨油脂分离的微波湿热反应器做进一步详尽描述。

实施例１：

如图１所示，装置包括不锈钢承压罐体3、微波磁控管5、搅拌器1、波导管6、馈能口15和测温热电偶14，其中：馈能口15位于承压罐体底部，通过法兰与同样带法兰的矩形波导管6用螺栓7连接；馈能口15与波导管6法兰之间夹装微波透镜8，波导管6上安装微波磁控管5；承压罐体3内腔设有盛料内胆9，用于装填反应物料，微波透镜8采用石英玻璃材料，所述微波磁控管5产生微波从承压罐体3内腔底部透过石英玻璃，向承压罐体3内腔辐射；承压罐体3外壁装有辅助电加热装置4，用于辅助加热承压罐体；承压罐体内腔内设有测温热电偶14，所述测温热电偶14穿过承压罐体3顶部罐盖11通过测温热电偶套管14伸入承压罐体3内腔底部，以便探测反应物料温度；承压罐体3内腔顶部设有气相取样口，底部设有液相取样口；搅拌器1穿过承压罐体顶部罐盖11，伸入承压罐体3内盛料内胆。

如图2所示，一种实验室用废弃餐厨油脂分离的微波湿热反应器，包括压力表及压力阀、搅拌机及测温热电偶孔等。其中罐盖上封头安装压力表、安全阀2用于测量罐体压力；罐盖11上开测温热电偶孔14用于安装测温热电偶套管；搅拌机2用于搅拌承压罐体3内的反应物料。

实施例２：微波反应釜加热温度与时间率定

采用实施例１所述装置，微波湿热反应罐安装控制箱，能控制罐内温度、加热速率、搅拌转速、工作时间。各项性能参数如表1所示。

表1 微波湿热反应釜性能参数

实验对反应罐的升温速率做了研究。放入与实验时相同的反应物料，考察升温至140℃，温度随时间的变化规律，结果如图3所示。由图3可以看出随着时间的变化，温度变化显著，开始阶段温度升高缓慢，2min后温度升高迅速，到8min后内温度升高又变平缓。鉴于这种温度升高与时间的关系，在温度升高迅速阶段，完全能满足油脂分离等的要求。

实施例３：时间与温度对固相油脂浸出率的影响

采用实施例１所述装置，实验考察80℃、100℃、120℃和140℃四个温度，5min、20min、40min、60min、80min和100min六个时间（到设定温度后开始计为0min）固相油脂浸出率的变化，实验结果如图4所示。

由图4可见，固相油脂浸出率随着时间和温度呈现明显的变化趋势。随着时间的延长，固相油脂浸出率总体呈现先增后平稳的趋势，油脂浸出率最高点出现在120℃加热40min，达到72.1%。

Claims (4)

1.一种实验室用废弃餐厨油脂分离的微波湿热反应器，其特征在于：包括承压罐体、微波磁控管、搅拌器、波导管、馈能口和测温热电偶，其中：馈能口位于承压罐体底部，通过法兰与同样带法兰的矩形波导管用螺栓连接；馈能口与波导管法兰之间夹装微波透镜，波导管上安装微波磁控管；承压罐体内腔设有盛料内胆，用于装填反应物料，微波透镜采用石英玻璃材料，所述微波磁控管产生微波从承压罐体内腔底部透过石英玻璃，向承压罐体内腔辐射；承压罐体内腔内设有测温热电偶，所述测温热电偶穿过承压罐体顶部罐盖通过测温热电偶套管伸入承压罐体内腔底部，以便探测反应物料温度；承压罐体内腔顶部设有气相取样口，底部设有液相取样口；搅拌器穿过承压罐体顶部罐盖，伸入承压罐体内盛料内胆。

2.根据权利要求1所述的一种实验室用废弃餐厨油脂分离的微波湿热反应器，其特征在于：承压罐体上部设有压力表和安全阀，以测定反应物料实时压力和保证压力安全。

3.根据权利要求1所述的一种实验室用废弃餐厨油脂分离的微波湿热反应器，其特征在于：所述搅拌器为可拆卸式搅拌器，可选择对物料不搅拌或定速搅拌。

4.根据权利要求1所述的一种实验室用废弃餐厨油脂分离的微波湿热反应器，其特征在于：所述微波湿热反应器控制电源，所述电源为220V的供电系统，保证系统用电的安全可靠。