CN212092210U - 一种螺旋挤出连续式微波过程强化反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种螺旋挤出连续式微波过程强化反应器。该反应器采用矩形微波多模行波设计，反应器外侧为屏蔽箱体，反应器中心为透波立柱容器，透波立柱容器中内置螺杆，螺杆上设有反应入口和反应出口，反应物料在螺杆的螺旋槽中连续通过；微波功率的馈入方式为矩形波导斜向馈入，电磁场绕中心的透波立柱容器扩散展开，并被螺杆中通过的反应物料吸收，产生“内摩擦热”使反应物料温度迅速升高，完成化学反应。该反应器克服了釜式微波反应器微波有效穿透深度不足的问题，微波能量可以被反应物料均匀有效地吸收利用，同时该反应器还结合了螺旋挤出装置，反应能够连续进行，显著提高了生产效率，因此具有良好的工业化应用前景。
Description
技术领域
本实用新型属于微波设备设计与制造领域，具体涉及一种螺旋挤出连续式微波过程强化反应器。
背景技术
许多化工生产需要加热升温控制反应过程，传统的加热方式主要有电加热、蒸汽加热、导热油加热等，一般都是通过热传导首先加热容器，然后加热容器中的反应物。由于容器首先要被加热，导致产生大量热量的损耗。微波是一种电磁波，它的频率在300MHz～300GHz，工业加热的常用频率是915MHz和2450MHz。微波对化学反应过程有强化效果，利用微波与反应体系中偶极子或者带电粒子的交互作用以及微波对材料的选择性加热效应，能够大幅度地提高反应速率，提高目标产物选择性，显著减少污染，实现反应过程强化目标。大量的实验研究表明，借助微波强化技术进行化学反应，反应速度较传统的加热方法快数十倍甚至上千倍，且具有操作简便、产品收率高、安全清洁等优点。因此，微波化学反应及相关设备的研制一直是研究热点，并得到了迅速的发展。
近年来，微波能的应用逐渐进入了大规模工业化的阶段，微波反应器已广泛应用于化学反应、干燥、镀膜、环保和辅助萃取等领域。另一方面，由于微波是通过反应物料内部偶极分子高频剧烈运动，产生“内摩擦热”而使被加热物料温度升高，整个过程中没有热传导的发生。但目前开发的微波反应器多为小型、间歇式的“釜式”装置(如公开号为CN109295785 A、CN 207287404 U、CN 208975786 U等专利)。由于微波穿透深度有限，只有反应物料的最外面很少部分可以被微波穿透，而其余部分物料的加热都是热传导进行的，因此并没有表现出微波强化技术的特点和效果。正是由于微波穿透深度的原因，使微波化学应用于工业生产受到一定限制，发展微波连续化微波反应器是实现微波更普遍的应用于工业生产的有效途径，公开号为CN104759244A和CN201227587Y专利中，连续式微波反应器设计相对简单，并未考虑微波场的分布和均匀度等问题，微波反应器依然面临着连续稳定工作的大功率微波发生器以及高效反应器的设计等难题。
实用新型内容
为解决现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种螺旋挤出连续式微波过程强化反应器。该反应器克服了釜式微波反应器微波有效穿透深度不足的问题，并且微波能进入物料前有适当的均匀度，微波能量可以被反应物料均匀有效地吸收利用，同时该反应器还结合了螺旋挤出装置，使反应能够连续进行，显著提高了生产效率，具有良好的工业化应用前景。
本实用新型技术方案如下：
一种螺旋挤出连续式微波过程强化反应器，其特征在于：包括屏蔽箱体1、透波立柱容器2、螺杆3、反应入口4、反应出口5、馈入波导口，其中：
屏蔽箱体1内置透波立柱容器2，透波立柱容器2内置螺杆3，屏蔽箱体1、透波立柱容器2、螺杆3三者长度方向相互平行；
屏蔽箱体1上设置馈入波导口，馈入波导口轴线方向与螺杆3轴线方向成斜向角度，角度范围为15-75°(优选为45°)，馈入波导口与微波发生器相连；
螺杆3一端设有反应入口4，另一端设有反应出口5，螺杆3通过电机控制其转动。
作为优选的技术方案：
所述馈入波导口有两个，分别为第一馈入波导口7和第二馈入波导口8，分别设置在屏蔽箱体1上，第一馈入波导口7和第二馈入波导口8分别与微波发生器相连。
本实用新型所述反应器采用矩形微波多模行波设计，反应物料9从反应入口4进入螺杆3，并在螺杆3的螺旋槽中连续通过，反应物料9在螺杆3中通过的过程中通过第一馈入波导口7和/或第二馈入波导口8馈入微波，微波能量被反应物料9吸收利用，反应物料9温度迅速升高完成化学反应，最后从反应出口5流出。
所述屏蔽箱体1横截面为矩形，螺杆均位于屏蔽箱体1的中心。
所述屏蔽箱体1的长度小于螺杆3，螺杆3超出屏蔽箱体1的部分设置反应入口4。
所述螺杆3设有反应入口4的一端设置微波抗流结构10，用于防止微波泄漏。
所述螺杆3表面的螺旋槽厚度为5～25毫米。
所述电机为可调速电机6。
所述第一馈入波导口7、第二馈入波导口8的馈入口与屏蔽箱体1方向平行，且第一馈入波导口7和第二馈入波导口8互相垂直成90°。
所述屏蔽箱体1、反应入口4和反应出口5由不锈钢材料制成，并可根据反应的类型对不锈钢加以防腐保护；透波立柱容器2和螺杆3由具有透波性质的介电材料制成。
本实用新型的设计思想是：
根据材料与微波相互作用的基本理论，微波对应不同的反应体系，微波穿透深度(按照90％衰减计算)通常为5～25毫米，只有当反应物料的厚度在穿透深度的范围内时，才可以保证反应物料是以“内摩擦热”的方式进行加热，而不是以热传导的方式。因此本实用新型设计了一种螺旋挤出连续式微波过程强化反应器，反应物料在反应器中的螺杆内连续通过，螺杆的螺旋槽厚度小于微波穿透深度，使反应物料均以“内摩擦热”的方式加热，可以充分发挥微波强化技术的优势。另一方面，由于结合了螺旋挤出装置，反应能够连续进行，显著提高了生产效率，因此具有良好的工业化应用前景。
本实用新型具有明显的优点及有益效果：
1、克服了釜式微波反应器微波有效穿透深度相关的问题，反应物料均以“内摩擦热”的方式加热，可以充分发挥微波强化技术的优势；
2、微波溃入方式为斜向溃入，反应过程中微波不直接辐射物料，而是先在屏蔽箱体充分展开，从而提高微波功率的均匀性和物料对微波吸收的匹配性；
3、结合螺旋挤出装置，反应能够连续进行，特别适合于导热较差的粉体类和高粘类物料，能够显著提高生产效率；
4、结合不同化学反应的性质，可以通过调整可调速电机的转速、微波功率等参数，保证反应顺利进行。
附图说明
图1为螺旋挤出连续式微波过程强化反应器结构示意图。
图2为螺旋挤出连续式微波过程强化反应器断面示意图。
附图标记：1、屏蔽箱体，2、透波立柱容器，3、螺杆，4、反应入口，5、反应出口，6、可调速电机，7、第一馈入波导口，8、第二馈入波导口，9、反应物料，10、微波抗流结构。
具体实施方式
一种螺旋挤出连续式微波过程强化反应器，其特征在于：包括屏蔽箱体1、透波立柱容器2、螺杆3、反应入口4、反应出口5、第一馈入波导口7、第二馈入波导口8，其中：
屏蔽箱体1内置透波立柱容器2，透波立柱容器2内置螺杆3，屏蔽箱体1、透波立柱容器2、螺杆3三者长度方向相互平行；
屏蔽箱体1上分别设置第一馈入波导口7和第二馈入波导口8，第一馈入波导口7和第二馈入波导口8轴线方向与螺杆3轴线方向成15-75°(本实施例选用45°)，第一馈入波导口7和第二馈入波导口8分别与微波发生器相连；
螺杆3一端设有反应入口4，另一端设有反应出口5，螺杆3通过电机控制其转动；
反应物料9从反应入口4进入螺杆3，并在螺杆3的螺旋槽中连续通过，反应物料9在螺杆3中通过的过程中通过第一馈入波导口7和/或第二馈入波导口8馈入微波，微波能量被反应物料9吸收利用，反应物料9温度迅速升高完成化学反应，最后从反应出口5流出。
所述屏蔽箱体1横截面为矩形，螺杆均位于屏蔽箱体1的中心。
所述屏蔽箱体1的长度小于螺杆3，螺杆3超出屏蔽箱体1的部分设置反应入口4。
所述螺杆3设有反应入口4的一端设置微波抗流结构10，用于防止微波泄漏。
所述螺杆3表面的螺旋槽厚度为5～25毫米。
所述电机为可调速电机6。
所述屏蔽箱体1、反应入口4和反应出口5由不锈钢材料制成，并可根据反应的类型对不锈钢加以防腐保护；透波立柱容器2和螺杆3由具有透波性质的介电材料制成。
本实用新型设计了一种螺旋挤出连续式微波过程强化反应器，反应物料在螺杆内连续通过，螺杆的螺旋槽厚度小于微波穿透深度，使反应物料均以“内摩擦热”的方式加热，可以充分发挥微波强化技术的优势。微波功率的馈入方式为矩形波导斜向馈入，电磁场绕中心的透波立柱容器扩散展开，并被螺杆中通过的反应物料吸收，产生“内摩擦热”使反应物料温度迅速升高，完成化学反应。另一方面，由于结合了螺旋挤出装置，反应能够连续进行，显著提高了生产效率，因此具有良好的工业化应用前景。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种螺旋挤出连续式微波过程强化反应器，其特征在于：包括屏蔽箱体(1)、透波立柱容器(2)、螺杆(3)、反应入口(4)、反应出口(5)、馈入波导口，其中：
屏蔽箱体(1)内置透波立柱容器(2)，透波立柱容器(2)内置螺杆(3)，屏蔽箱体(1)、透波立柱容器(2)、螺杆(3)三者长度方向相互平行；
屏蔽箱体(1)上设置馈入波导口，馈入波导口轴线方向与螺杆(3)轴线方向成斜向角度，角度范围为15-75°，馈入波导口与微波发生器相连；
螺杆(3)一端设有反应入口(4)，另一端设有反应出口(5)，螺杆(3)通过电机控制其转动。
2.按照权利要求1所述螺旋挤出连续式微波过程强化反应器，其特征在于：所述馈入波导口有两个，分别为第一馈入波导口(7)和第二馈入波导口(8)，分别设置在屏蔽箱体(1)上，第一馈入波导口(7)和第二馈入波导口(8)分别与微波发生器相连。
3.按照权利要求1所述螺旋挤出连续式微波过程强化反应器，其特征在于：所述屏蔽箱体(1)横截面为矩形。
4.按照权利要求1所述螺旋挤出连续式微波过程强化反应器，其特征在于：屏蔽箱体(1)的长度小于螺杆(3)，螺杆(3)超出屏蔽箱体(1)的部分设置反应入口(4)。
5.按照权利要求1或4所述螺旋挤出连续式微波过程强化反应器，其特征在于：螺杆(3)设有反应入口(4)的一端设置微波抗流结构(10)。
6.按照权利要求1所述螺旋挤出连续式微波过程强化反应器，其特征在于：螺杆(3)表面的螺旋槽厚度为5～25毫米。
7.按照权利要求1所述螺旋挤出连续式微波过程强化反应器，其特征在于：所述电机为可调速电机(6)。
8.按照权利要求2所述螺旋挤出连续式微波过程强化反应器，其特征在于：第一馈入波导口(7)和第二馈入波导口(8)互相垂直成90°。
9.按照权利要求1所述螺旋挤出连续式微波过程强化反应器，其特征在于：屏蔽箱体(1)、反应入口(4)和反应出口(5)由不锈钢材料制成，透波立柱容器(2)和螺杆(3)由具有透波性质的介电材料制成。
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