CN204544189U - 微波催化罐式反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种微波催化罐式反应装置，利用微波的热效应及电磁效应提高反应物料反应速度和收率，尤其适用于反应物料量大的矿山、煤炭等场合用。所述微波催化罐式反应装置包括金属罐体、搅拌装置、加料口、微波源、微波源电源箱、多个波导管、保温层，搅拌装置搅拌叶位于金属罐体内；加料口、微波源及微波源电源箱设置在封盖上；多个波导管经封盖竖立伸入金属罐体内，波导管的顶端与微波源连接，底端为微波馈口且微波馈口上设置有密封结构。本实用新型采用金属罐体能承载大量的反应物料，微波经多个波导管均匀地辐照到金属罐体内进行加热催化，提高反应效率和收率，金属罐体能承载大量的反应物料，尤其适用于反应物料量大的矿山、煤炭等场合。

Description

微波催化罐式反应装置

技术领域

本实用新型属于化工反应技术领域，具体涉及一种利用微波加热催化的罐式反应装置。

背景技术

微波在电磁波谱中介于红外和无线电波之间，波长在1cm～1m(频率30GHz～300MHz)的区域内。而用于加热技术的微波波长一般固定在12.2cm(2.45GHz)或33.3cm(900MHz)。微波作为电磁能量的一种，碰到极性分子时会引起分子的剧烈振荡而产生分子热，实际上这是能量转换，即将微波能转换成热能。概括起来讲，物质分子偶极振动同微波振动具有相似的频率，在快速振动的微波磁场中，分子的偶极振动尽力同磁场振动相匹配，而分子的振动又往往滞后于磁场，物质分子吸收电磁能以每秒数十亿次的高速振动而产生热能。因此，微波对物质的加热是从物质分子出发的，又称为“内加热”。物质同微波的耦合能力，除取决于微波的功率外，主要取决于物质本身的性质。一种物质在特定频率和温度下，将电磁能转化为热能的能力可以用该物质的损耗因子δ(dissipation factor)来衡量，符合方程式tanδ=ε″/ε′。其中tanδ为介质损耗因子角正切；ε″是物质的介电损耗(dielectric loss)，表示物质将电磁能转换为热能的效率；ε′是物质的介电常数(dielectric constant)，表示物质被极化的能力，即也是反应物质阻止微波穿透的能力。一般来说，物质的ε′值愈大，对微波的耦合作用愈强，极性分子同微波有较强的耦合作用，非极性分子同微波产生弱耦合作用或不产生耦合作用。

可见微波加热是电场能量深进到物料内部，直接作用于物质分子使之运动而发热，这种内加热与传统加热法不同，后者是由热传导和热对流来实现，称为外加热。内加热具有加热速度快，只需外加热法的1/10-1/100的时间即可完成，具有反应灵敏，无惰性和滞后效应，受热体系温度均匀，热效率高等特点。

目前，利用微波加热催化化学合成反应的反应类型已越来越多， 比如烷基化反应、缩合反应、合成杂环化合物、偶合反应等，能够大大提高反应效率和反应物料的产率。这些微波加热催化的化学合成反应所用到的微波催化反应设备通常包括壳体、保温层、反应腔体和微波源，反应腔体由可透过微波的材质制成，比如陶瓷、石英、塑料等，壳体通常为金属壳体，保温层和微波源位于壳体与反应腔体之间，微波源通常在反应腔体外围布设多个，以对反应腔体内的物料均匀加热，由于陶瓷、石英、塑料等材质制成的可透过微波的反应腔体强度不高，所承载反应物料的量不宜过大，则上述反应设备通常应用于实验室、研究所等场合，应用范围有限。而在一些矿山、煤炭企业，通常需要进行尾矿处理（比如提纯、提炼），以提高产物收率，由于尾矿量大，无法采用目前微波催化反应设备，为了提高其处理效率和产物收率，亟待设计一种适合量大反应物料用的微波催化反应设备。

发明内容

本实用新型提供了一种微波催化罐式反应装置，利用微波的热效应及电磁效应提高反应物料反应速度和收率，尤其适用于反应物料量大的矿山、煤炭等场合用。

为达到上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案实现：一种微波催化罐式反应装置，包括顶部开口处具有封盖的金属罐体、搅拌装置、加料口、微波源、微波源电源箱、进行微波传输的多个波导管；所述金属罐体的外壁上包覆有保温层，所述搅拌装置安装在所述封盖上，其搅拌叶位于所述金属罐体内；所述加料口、微波源及微波源电源箱设置在所述封盖上；多个所述波导管经所述封盖竖立伸入所述金属罐体内，并以所述金属罐体的中心轴线为基准圆周布设，所述波导管的顶端位于所述封盖的外侧并与所述微波源连接，所述波导管的底端为微波馈口且微波馈口上设置有密封结构。

与现有技术相比，本实用新型微波催化罐式反应装置采用金属罐体，强度高，能承载大量的反应物料，由于金属罐体不能穿透微波，微波源可经过多个波导管将微波均匀地辐照到金属罐体内对反应物料进行加热催化，利用微波的热效应和电磁效应提高反应物料反应速度，采用微波加热能够增大分子运动频率，使反应物料分子之间接触更充分，有利于提高反应物料收率，本实用新型金属罐体能承载大量的反应物料，尤其适用于反应物料量大的矿山、煤炭等场合用。

附图说明

图1为本实用新型微波催化罐式反应装置最佳实施例的透视图；

图2为本实用新型实施例中波导管微波馈口处密封结构的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参阅图1，本实施例微波催化罐式反应装置，包括金属罐体1、搅拌装置2、加料口3、微波源4、微波源电源箱5和进行微波传输的多个波导管6，金属罐体1的顶部开口处具有封盖7；金属罐体1的外壁上包覆有保温层（图中未示出）减小热量损失，搅拌装置2安装在封盖7上，其搅拌叶2.1位于金属罐体1内；加料口3、微波源4及微波源电源箱5设置在封盖7上，多个波导管6经封盖7竖立伸入金属罐体1内，并以金属罐体1的中心轴线为基准圆周布设，波导管6的顶端位于封盖7的外侧并与微波源4连接，波导管6的底端为微波馈口9且微波馈口9上设置有密封结构8。

其中，封盖7也为金属材质，用于封闭罐体，防止微波泄露，同时用于支撑安装搅拌装置2、加料口3、微波源4及微波源电源箱5；加料口3用于向金属罐体1内进行加料，加料口3可配合设置一金属盖体，不需要加料时用此盖体将加料口3关闭，以免物料或蒸汽溢出；微波源4和微波源电源箱5位于金属罐体1的顶部，微波源4位于微波源电源箱5内，微波源电源箱5为微波的输出提供电气条件，微波自微波源电源箱5内发射，沿波导管6内部传输，自波导管6底端的微波馈口9发射至罐体内部，通过料位计检测物料达到一定的料位后方可启动微波；搅拌装置2能将物料混合均匀，在加热过程中搅拌装置2也可将因升温带来的温度梯度消除，使整个罐体内部反应物料的温度达到均匀的目的，微波的四周向中间辐照过程中会不断消耗微波能量，利用搅拌装置2的搅拌效果可使绝大部分物料都能接收到微波的辐照从而提高了微波辐照的效率；微波馈口9的密封结构8防止波导管6内进入异物。

进一步地，搅拌装置2的中心轴线与金属罐体1的中心轴线重合，即搅拌装置2位于罐体中心部位，从而进一步使物料混合均匀、物料温度均匀。

多个波导管6可采用同一个微波源4和微波源电源箱5，此时通电线路较为复杂，优选地，微波源电源箱5、微波源4与波导管6一一对应设置，即每一个波导管6对应一个微波源4和微波源电源箱5，可简化线路结构，使整机结构简洁。

由于金属罐体1内放置大量反应物料时，反应物料的高度较高，而仅在波导管6的底端设置微波馈口9，对于顶部处的反应物料会相比底部处的反应物料所接触的微波量少，为进一步使各处物料均匀接触微波，本实施例中，除波导管6底端的微波馈口9外，还可以在波导管6的管体上设置至少一个附加微波馈口（图中未示出），附加微波馈口上同样设置有密封结构（图中未示出）防止波导管6内进入异物。

由于在尾矿处理过程中可能会排出气体，会使金属罐体1内压力增大，影响安全性，且有些气体可能会具有腐蚀性，为排出这些气体，在封盖7上设有蒸汽出口10，将气体由蒸汽出口10排出。

进一步地，波导管6连接有输气管道11，用于向波导管6内通入气体，从而增大波导管6内的压力，进一步防止杂质进入波导管6内，且气体从微波馈口9排入金属罐体1内，还能够对反应物料进行搅拌，加快反应速率，为使整体结构更清晰，图1中仅给出一个波导管6上的输气管道11，其他波导管6上的输气管道11省略。

同时，波导管6外套设有隔离护管12，隔离护管12由可穿透微波的材料制成，且底端封闭，顶端开放便于放入波导且顶端固连于封盖7，隔离护管12将波导管6及密封结构8包覆在内，若密封结构8有损坏，可有隔离护管12防止异物进入波导管6内，若隔离护管12有破损，由密封结构8实现密封，从而对波导管6起到双重保护作用，有效防止异物进入波导管6内。

优选地，微波馈口9朝向金属罐体1的中心轴线，以便微波朝向罐体中心处发射。对于密封结构8，如图2所示，其包括于波导管6的微波馈口9处固连于波导管6的环状金属接头8.1，环状金属接头8.1与微波馈口9同轴心，且环状金属接头8.1上夹固有封闭其中心孔的密封片8.2，密封片8.2可选择由陶瓷或玻璃等可透过微波的材料制作，其起到隔离密封的作用，且不妨碍微波的透过；为进一步提高密封性，环状金属接头8.1上还固设有位于密封片8.2两侧的密封圈8.3。

为收集反应后的物料，金属罐体1的底壁上设有出料口13，反应完毕的物料通过出料口13排出，出料口13通过阀门控制，进入下一步工序，比如分离和提纯。

进一步地，在金属罐体1上还可以连通循环管路14，循环管路14一端于金属罐体1的底壁连通于金属罐体1，另一端于金属罐体1的顶壁即封盖7连通于金属罐体1，循环管路14上设置有循环泵15，通过循环泵15可将罐体内反应完毕的物料吸出然后经循环管路14重新进入罐体内，以再次经过微波照射，进一步提高反应收率，反应完毕后物料再通过出料口13排出。

另外，也可在金属罐体1内设置电加热器16，利用电加热器16和微波的热效应共同作用将反应物料提升至一定的温度。

采用本最佳实施例的具体操作流程为：通过加料口3手动或利用自动装置将反应物料分别加入金属罐体1，微波源电源箱5和微波源4开启，通过波导管6及微波馈口9向金属罐体1内馈入微波，开启搅拌装置2将反应物料混合均匀，保持温度进行物料反应，持续开启微波直至反应结束，反应若产生蒸汽，通过蒸汽出口10进入冷凝及回收机构或者直接排出，反应完毕的物料通过出料口10排出，或者通过循环管路14再一次进入金属罐体1内，以进一步反应，提高收率。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种微波催化罐式反应装置，其特征在于：包括顶部开口处具有封盖的金属罐体、搅拌装置、加料口、微波源、微波源电源箱、进行微波传输的多个波导管；所述金属罐体的外壁上包覆有保温层，所述搅拌装置安装在所述封盖上，其搅拌叶位于所述金属罐体内；所述加料口、微波源及微波源电源箱设置在所述封盖上；多个所述波导管经所述封盖竖立伸入所述金属罐体内，并以所述金属罐体的中心轴线为基准圆周布设，所述波导管的顶端位于所述封盖的外侧并与所述微波源连接，所述波导管的底端为微波馈口且微波馈口上设置有密封结构。

2.根据权利要求1所述的微波催化罐式反应装置，其特征在于：所述搅拌装置的中心轴线与所述金属罐体的中心轴线重合。

3.根据权利要求2所述的微波催化罐式反应装置，其特征在于：所述微波源电源箱、所述微波源与所述波导管一一对应设置。

4.根据权利要求3所述的微波催化罐式反应装置，其特征在于：除所述波导管底端的微波馈口外，所述波导管的管体上还设有至少一个附加微波馈口，所述附加微波馈口上设置有密封结构。

5.根据权利要求4所述的微波催化罐式反应装置，其特征在于：所述封盖上设有蒸汽出口。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的微波催化罐式反应装置，其特征在于：所述波导管连接有用于向管内通入气体的输气管道。

7.根据权利要求6所述的微波催化罐式反应装置，其特征在于：所述波导管外套设有隔离护管，所述隔离护管由可穿透微波的材料制成，且底端封闭，顶端开放且顶端固连于所述封盖。

8.根据权利要求1所述的微波催化罐式反应装置，其特征在于：所述微波馈口朝向所述金属罐体的中心轴线，所述密封结构包括于所述波导管的微波馈口处固连于所述波导管的环状金属接头，所述环状金属接头与所述微波馈口同轴心，且环状金属接头上固设有封闭其中心孔的密封片，所述密封片可透过微波，所述环状金属接头上还固设有位于所述密封片两侧的密封圈。

9.根据权利要求1所述的微波催化罐式反应装置，其特征在于：所述金属罐体的底壁上设有出料口。

10.根据权利要求9所述的微波催化罐式反应装置，其特征在于：所述金属罐体连通有循环管路，所述循环管路一端于所述金属罐体的底壁连通于所述金属罐体，另一端于所述金属罐体的顶壁连通于所述金属罐体，所述循环管路上设置有循环泵。