CN112691628B - 一种加热及激发自由基的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加热及激发自由基的装置及其使用方法，包括气体预热装置、气液混合装置、微波发生及传导装置、快速加热装置、喷嘴外壳和计算机；气液混合装置设置于气体预热装置内，喷嘴外壳设置固定于气体预热装置、气液混合装置的下部，快速加热装置设置于喷嘴外壳内，喷嘴外壳底部设有开口；微波发生及传导装置与快速加热装置、喷嘴外壳连接；通过本发明，利用快速加热装置可迅速加热溶液，使其雾化成较小粒径的液滴和自由基。利用微波发生装置可进一步促进液滴雾化成更多的自由基。

Description

一种加热及激发自由基的装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种加热及激发自由基的装置及其使用方法，属于化工领域。

背景技术

自由基在化学上也被称“游离基”，是指化合物中的分子在外界光热等条件下，共价键均裂形成不成对的电子的基团。近年来，自由基的激发及应用成为人们研究的热点。当前缺乏能对自由基进一步加热及激发，且简单易行的实验装置及方法。专利检索未发现类似技术方案。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种加热及激发自由基的装置及其使用方法。

本发明的技术方案是：一种加热及激发自由基的装置，其特征在于，包括气体预热装置、气液混合装置、微波发生及传导装置、快速加热装置、喷嘴外壳和计算机；气液混合装置设置于气体预热装置内，喷嘴外壳设置固定于气体预热装置、气液混合装置的下部，快速加热装置设置于喷嘴外壳内，喷嘴外壳底部设有开口；微波发生及传导装置与快速加热装置、喷嘴外壳连接；

所述气体预热装置包括电加热层、保温层一、恒温水浴层、第一热电偶；恒温水浴层、电加热层、保温层一依次自内而外依次设置，恒温水浴层置于电加热层内，电加热层置于保温层一内；第一热电偶穿过保温层一、电加热层、恒温水浴层并固定于保温层一、电加热层、恒温水浴层上；

所述气液混合装置包括蛇形进气管、第一质量流量计、第二质量流量计、气瓶、水冷腔、进液管、给液泵、储液槽、保温层二；所述水冷腔置于恒温水浴层内，保温层二设置于水冷腔外侧；

所述进液管位于水冷腔内部，延伸于微波发生及传导装置，并靠近快速加热装置，与快速加热装置留有间隙；进液管的另一端经第一管道与给液泵的出口贯通连接，给液泵的进口与储液槽经管道贯通连接，且第一质量流量计安装于第一管道上；

所述蛇形进气管一端经第二管道与气瓶贯通连接，另一端穿过恒温水浴层，由恒温水浴层直接加热，并以螺旋形缠绕的方式依附在水冷腔外侧的保温层二上，并穿过保温层二置于水冷腔内，蛇形进气管在水冷腔内与进液管的切向贯通连接；第二质量流量计安装于第二管道上；

所述微波发生及传导装置包括微波发生器、金属波导管、微波控制圆柱、泡沫陶瓷过滤片；微波发生器有四组，四组微波发生器均连接有金属波导管，四组微波发生器水平等间距周向对称布置在喷嘴外壳两侧；所述金属波导管与微波控制圆柱相连；所述微波控制圆柱外壳为金属，泡沫陶瓷过滤片填充所述微波控制圆柱；

所述快速加热装置包括加热金属块、电热丝、翅片、第二热电偶、加热块底座、温度控制仪；所述加热金属块的顶部为半球形，加热金属块的半球形表面上布置有若干方形翅片，所述电热丝置于加热金属块内；所述第二热电偶插于加热金属块的侧边；加热金属块固定于加热块底座上。

所述进液管为微波可以穿透的材质，可以穿透的材质包括石英玻璃。

所述泡沫陶瓷过滤片采用开孔陶瓷材料。

所述加热块底座由保温层三、支撑板和呈水平放射条状结构的支架组成，保温层三位于加热金属块和支撑板之间；所述支架以支撑板为中心与喷嘴外壳相连。

所述保温层一、第一热电偶、电热丝、第二热电偶连接到温度控制仪上，用以对温度即时监控；

温度控制仪、第一质量流量计、第二质量流量计、微波发生器与计算机相连接，用以数据采集和自动控制以及后期处理。

一种加热及激发自由基的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、气瓶内的压缩空气经第二质量流量计控制后经第二管道进入蛇形进气管，并在气体预热装置中加热；具体为，气体预热装置中的电加热层加热，使得恒温水浴层加热，蛇形进气管由恒温水浴层直接加热，从而对蛇形进气管中的压缩空气进行加热；

2）、储存在储液槽中的液体经给液泵控制后经第一管道进入进液管；

3）、预热后的压缩空气从蛇形进气管出口切向进入位于水冷腔内部的进液管中，从而与进液管内的液体充分混合；

4）、压缩空气、液体混合后的两相流通过泡沫陶瓷过滤片并受微波发生器发出的微波作用，微波作用促进小液滴雾化并产生较多自由基；

5）、经过微波发生及传导装置作用后的雾化液滴和自由基高速撞击到带有翅片的加热金属块半球形表面，电热丝加热带动加热金属块加热，从而使雾化液滴和自由基经迅速加热后进一步雾化成粒径较小的液滴和自由基；

6）、雾化后的小液滴和自由基顺着加热金属块的半球表面落下，通过喷嘴外壳底部开口离开。

本发明结构合理、方法先进科学，通过本发明，提供的一种加热及激发自由基的装置及其使用方法，具有很高的可操作性，以很低的成本加热和激发自由基。结构上，包括气体预热装置、气液混合装置、微波发生及传导装置、快速加热装置、喷嘴外壳、计算机。气体预热装置具体包括电加热层、保温层一、恒温水浴层、热电偶；气液混合装置包括蛇形进气管、质量流量计、气瓶、水冷腔、进液管、给液泵、储液槽、保温层二；微波发生及传导装置具体包括微波发生器、金属波导管、微波控制圆柱、泡沫陶瓷过滤片；快速加热装置包括加热金属块、电热丝、翅片、热电偶、加热块底座、温度控制仪。

蛇形进气管进口和第二管道相连，第二管道中按照气体流动方向依次布置气瓶和质量流量计，蛇形进气管的出口和进液管的下端切向连接；所述蛇形进气管以螺旋形缠绕的方式围绕在水冷腔外侧的保温层二上。进液管进口与第一管道相连，管道中按液体流向依次布置储液槽、给液泵、质量流量计；质量流量计与计算机相连，用以数据采集和自动控制以及后期处理。

作为优选，四组微波发生器和对应金属波导管相连，水平等间距周向布置在喷嘴外壳两侧。所述金属波导管与控制圆柱相连，所述微波控制环外壳为金属，所述泡沫陶瓷过滤片填充所述微波控制圆柱。所述泡沫陶瓷过滤片采用开孔陶瓷材料。所述快速加热装置内的电热丝与温度控制仪相连。所述加热金属块半球表面上布置方形翅片。温度控制仪和微波发生器均与计算机相连，以数据采集和自动控制以及后期处理。所述加热块底座由保温层、支撑板和支架组成，所述保温层位于加热金属块和支撑板之间，所述支架呈水平放射条状结构，所述支架以支撑板为中心与喷嘴外壳相连。

使用时，按如下方法进行加热和激发自由基：气瓶内的压缩空气经第二质量流量计控制后通过蛇形进气管，并在气体预热装置中加热；储存在储液槽中的液体经给液泵控制后进入进液管；预热后的气体从蛇形进气管出口切向进入位于水冷腔内部的进液管中，从而与溶液充分混合；混合后的两相流通过泡沫陶瓷过滤片并受微波发生器发出的微波作用，微波作用促进小液滴雾化并产生较多的自由基。经过微波发生及传导装置作用后的雾化液滴和自由基高速撞击到带有翅片的半球形加热金属块表面，经迅速加热后进一步雾化成粒径较小的液滴和自由基。雾化后的小液滴和自由基顺着加热金属块的半球表面落下，通过喷嘴外壳底部离开喷嘴。

本发明的有益效果如下：第一，利用快速加热装置可迅速加热溶液，使其雾化成较小粒径的液滴和自由基。第二，利用微波发生装置可进一步促进液滴雾化成更多的自由基。

附图说明

图1为加热及激发装置结构示意图；

图2为进液管和蛇形进气管切向连接局部图；

图3为微波发生及传导装置立体图；

图4为快速加热装置的立体图。

图中：1气体预热装置、1a电加热层、1b保温层一、1c恒温水浴层、1d第一热电偶、2气液混合装置、2a蛇形进气管、2b1第一质量流量计、2b2第二质量流量计、2c气瓶、2d水冷腔、2e进液管、2f给液泵、2g储液槽、2h保温层二、2i1第一管道、2i2第二管道、3微波发生及传导装置、3a微波发生器、3b金属波导管、 3c微波控制圆柱、3d泡沫陶瓷过滤片、4快速加热装置、4a加热金属块、4b电热丝、4c翅片、4d第二热电偶、4e加热块底座、4e1保温层三、4e2支撑板、4e3支架、4f温度控制仪、5喷嘴外壳、6计算机。

具体实施方法

以下实施方式结合附图对本发明做进一步说明。

一种加热及激发自由基的装置，包括气体预热装置1、气液混合装置2、微波发生及传导装置3、快速加热装置4、喷嘴外壳5和计算机6；气液混合装置2设置于气体预热装置1内，喷嘴外壳5设置固定于气体预热装置1、气液混合装置2的下部，快速加热装置4设置于喷嘴外壳5内，喷嘴外壳5底部设有开口；微波发生及传导装置3与快速加热装置4、喷嘴外壳5连接。

所述气体预热装置1包括电加热层1a、保温层一1b、恒温水浴层1c、第一热电偶1d；恒温水浴层1c、电加热层1a、保温层一1b依次自内而外依次设置，恒温水浴层1c置于电加热层1a内，电加热层1a置于保温层一1b内；第一热电偶1d穿过保温层一1b、电加热层1a、恒温水浴层1c并固定于保温层一1b、电加热层1a、恒温水浴层1c上。

所述气液混合装置2包括蛇形进气管2a、第一质量流量计2b1、第二质量流量计2b2、气瓶2c、水冷腔2d、进液管2e、给液泵2f、储液槽2g、保温层二2h；所述水冷腔2d置于恒温水浴层1c内，保温层二2h设置于水冷腔2d外侧。

所述进液管2e位于水冷腔2d内部，延伸于微波发生及传导装置3，并靠近快速加热装置4，与快速加热装置4留有间隙；进液管2e的另一端经第一管道2i1与给液泵2f的出口贯通连接，给液泵2f的进口与储液槽2g经管道贯通连接，且第一质量流量计2b1安装于第一管道2i1上。

所述蛇形进气管2a一端经第二管道2i2与气瓶2c贯通连接，另一端穿过恒温水浴层1c，由恒温水浴层1c直接加热，并以螺旋形缠绕的方式依附在水冷腔2d外侧的保温层二2h上，并穿过保温层二2h置于水冷腔2d内，蛇形进气管2a在水冷腔2d内与进液管2e的切向贯通连接；第二质量流量计2b2安装于第二管道2i2上。

所述微波发生及传导装置3包括微波发生器3a、金属波导管3b、微波控制圆柱3c、泡沫陶瓷过滤片3d；微波发生器3a有四组，四组微波发生器3a均连接有金属波导管3b，四组微波发生器3a水平等间距周向对称布置在喷嘴外壳5两侧；所述金属波导管3b与微波控制圆柱3c相连；所述微波控制圆柱3c外壳为金属，泡沫陶瓷过滤片3d填充所述微波控制圆柱3c。

所述快速加热装置4包括加热金属块4a、电热丝4b、翅片4c、第二热电偶4d、加热块底座4e、温度控制仪4f；所述加热金属块4a的顶部为半球形，加热金属块4a的半球形表面上布置有若干方形翅片4c，所述电热丝4b置于加热金属块4a内；所述第二热电偶4d插于加热金属块4a的侧边；加热金属块4a固定于加热块底座4e上。

进一步的，所述进液管2e为微波可以穿透的材质，可以穿透的材质包括石英玻璃。所述泡沫陶瓷过滤片3d采用开孔陶瓷材料。所述加热块底座4e由保温层三4e1、支撑板4e2和呈水平放射条状结构的支架4e3组成，保温层三4e1位于加热金属块4a和支撑板4e2之间；所述支架4e3以支撑板4e2为中心与喷嘴外壳5相连。所述保温层一1b、第一热电偶1d、电热丝4b、第二热电偶4d连接到温度控制仪4f上，用以对温度即时监控；温度控制仪4f、第一质量流量计2b1、第二质量流量计2b2、微波发生器3a与计算机6相连接，用以数据采集和自动控制以及后期处理。

使用时，包括以下步骤：

1）、气瓶2c内的压缩空气经第二质量流量计2b2控制后经第二管道2i2进入蛇形进气管2a，并在气体预热装置1中加热；具体为，气体预热装置1中的电加热层1a加热，使得恒温水浴层1c加热，蛇形进气管2a由恒温水浴层1c直接加热，从而对蛇形进气管2a中的压缩空气进行加热；

2）、储存在储液槽2g中的液体经给液泵2f控制后经第一管道2i1进入进液管2e；

3）、预热后的压缩空气从蛇形进气管2a出口切向进入位于水冷腔2d内部的进液管2e中，从而与进液管2e内的液体充分混合；

4）、压缩空气、液体混合后的两相流通过泡沫陶瓷过滤片3d并受微波发生器3a发出的微波作用，微波作用促进小液滴雾化并产生较多自由基；

5）、经过微波发生及传导装置3作用后的雾化液滴和自由基高速撞击到带有翅片4c的加热金属块4a半球形表面，电热丝4b加热带动加热金属块4a加热，从而使雾化液滴和自由基经迅速加热后进一步雾化成粒径较小的液滴和自由基；

6）、雾化后的小液滴和自由基顺着加热金属块4a的半球表面落下，通过喷嘴外壳5底部开口离开。

本发明中，给液泵2f作用是从储液槽2g中吸水；第一质量流量计2b1、第二质量流量计2b2是控制吸水量；电热丝4b为快速加热装置4加热、第一热电偶1d、第二热电偶4d为测温工具，在温度控制仪4f上显现温度。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种加热及激发自由基的装置，其特征在于，包括气体预热装置（1）、气液混合装置（2）、微波发生及传导装置（3）、快速加热装置（4）、喷嘴外壳（5）和计算机（6）；气液混合装置（2）设置于气体预热装置（1）内，喷嘴外壳（5）设置固定于气体预热装置（1）、气液混合装置（2）的下部，快速加热装置（4）设置于喷嘴外壳（5）内，喷嘴外壳（5）底部设有开口；微波发生及传导装置（3）与快速加热装置（4）、喷嘴外壳（5）连接；

所述气体预热装置（1）包括电加热层（1a）、保温层一（1b）、恒温水浴层（1c）、第一热电偶（1d）；恒温水浴层（1c）、电加热层（1a）、保温层一（1b）依次自内而外依次设置，恒温水浴层（1c）置于电加热层（1a）内，电加热层（1a）置于保温层一（1b）内；第一热电偶（1d）穿过保温层一（1b）、电加热层（1a）、恒温水浴层（1c）并固定于保温层一（1b）、电加热层（1a）、恒温水浴层（1c）上；

所述气液混合装置（2）包括蛇形进气管（2a）、第一质量流量计（2b1）、第二质量流量计（2b2）、气瓶（2c）、水冷腔（2d）、进液管（2e）、给液泵（2f）、储液槽（2g）、保温层二（2h）；所述水冷腔（2d）置于恒温水浴层（1c）内，保温层二（2h）设置于水冷腔（2d）外侧；

所述进液管（2e）位于水冷腔（2d）内部，延伸于微波发生及传导装置（3），并靠近快速加热装置（4），与快速加热装置（4）留有间隙；进液管（2e）的另一端经第一管道（2i1）与给液泵（2f）的出口贯通连接，给液泵（2f）的进口与储液槽（2g）经管道贯通连接，且第一质量流量计（2b1）安装于第一管道（2i1）上；

所述蛇形进气管（2a）一端经第二管道（2i2）与气瓶（2c）贯通连接，另一端穿过恒温水浴层（1c），由恒温水浴层（1c）直接加热，并以螺旋形缠绕的方式依附在水冷腔（2d）外侧的保温层二（2h）上，并穿过保温层二（2h）置于水冷腔（2d）内，蛇形进气管（2a）在水冷腔（2d）内与进液管（2e）的切向贯通连接；第二质量流量计（2b2）安装于第二管道（2i2）上；

所述微波发生及传导装置（3）包括微波发生器（3a）、金属波导管（3b）、微波控制圆柱（3c）、泡沫陶瓷过滤片（3d）；微波发生器（3a）有四组，四组微波发生器（3a）均连接有金属波导管（3b），四组微波发生器（3a）水平等间距周向对称布置在喷嘴外壳（5）两侧；所述金属波导管（3b）与微波控制圆柱（3c）相连；所述微波控制圆柱（3c）外壳为金属，泡沫陶瓷过滤片（3d）填充所述微波控制圆柱（3c）；

所述快速加热装置（4）包括加热金属块（4a）、电热丝（4b）、翅片（4c）、第二热电偶（4d）、加热块底座（4e）、温度控制仪（4f）；所述加热金属块（4a）的顶部为半球形，加热金属块（4a）的半球形表面上布置有若干方形翅片（4c），所述电热丝（4b）置于加热金属块（4a）内；所述第二热电偶（4d）插于加热金属块（4a）的侧边；加热金属块（4a）固定于加热块底座（4e）上。

2.根据权利要求1所述的一种加热及激发自由基的装置，其特征在于，所述进液管（2e）为微波可以穿透的材质，可以穿透的材质包括石英玻璃。

3.根据权利要求1所述的一种加热及激发自由基的装置，其特征在于，所述泡沫陶瓷过滤片（3d）采用开孔陶瓷材料。

4.根据权利要求1所述的一种加热及激发自由基的装置，其特征在于，所述加热块底座（4e）由保温层三（4e1）、支撑板（4e2）和呈水平放射条状结构的支架（4e3）组成，保温层三（4e1）位于加热金属块（4a）和支撑板（4e2）之间；所述支架（4e3）以支撑板（4e2）为中心与喷嘴外壳（5）相连。

5.根据权利要求1所述的一种加热及激发自由基的装置，其特征在于，所述保温层一（1b）、第一热电偶（1d）、电热丝（4b）、第二热电偶（4d）连接到温度控制仪（4f）上，用以对温度即时监控；

温度控制仪（4f）、第一质量流量计（2b1）、第二质量流量计（2b2）、微波发生器（3a）与计算机（6）相连接。

6.根据权利要求1-5任意一项权利要求所述的一种加热及激发自由基的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、气瓶（2c）内的压缩空气经第二质量流量计（2b2）控制后经第二管道（2i2）进入蛇形进气管（2a），并在气体预热装置（1）中加热；具体为，气体预热装置（1）中的电加热层（1a）加热，使得恒温水浴层（1c）加热，蛇形进气管（2a）由恒温水浴层（1c）直接加热，从而对蛇形进气管（2a）中的压缩空气进行加热；

2）、储存在储液槽（2g）中的液体经给液泵（2f）控制后经第一管道（2i1）进入进液管（2e）；

3）、预热后的压缩空气从蛇形进气管（2a）出口切向进入位于水冷腔（2d）内部的进液管（2e）中，从而与进液管（2e）内的液体充分混合；

4）、压缩空气、液体混合后的两相流通过泡沫陶瓷过滤片（3d）并受微波发生器（3a）发出的微波作用，微波作用促进小液滴雾化并产生较多自由基；

5）、经过微波发生及传导装置（3）作用后的雾化液滴和自由基高速撞击到带有翅片（4c）的加热金属块（4a）半球形表面，电热丝（4b）加热带动加热金属块（4a）加热，从而使雾化液滴和自由基经迅速加热后进一步雾化成粒径较小的液滴和自由基；

6）、雾化后的小液滴和自由基顺着加热金属块（4a）的半球表面落下，通过喷嘴外壳（5）底部开口离开。

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