CN2739913Y - 微波协助化学反应谐振腔 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种加热设备，特别是利用微波加热的谐振腔，应用于化学反应，属于微波化学技术领域。传统的加热方法，要有一个高温热源，采用的是表面加热源，效率低、操作时间长，加热过程中无选择性。利用微波协助工艺加热是内部与表面同时进行的，本实用新型提供了一种新的微波协助化学反应谐振腔的新设计。它包括谐振腔、截止波导、耦合波导等；谐振腔是一个立式空心圆柱体，磁控管产生微波，通过波导进入谐振腔，在谐振腔中加热物料，使化学反应在谐振腔中进行。谐振腔选用优质不锈钢材料加工而成。同时带有视窗，便于使用者及时观察。

Description

微波协助化学反应谐振腔

技术领域

本实用新型涉及一种加热设备，特别是利用微波加热的谐振腔，应用于化学反应，属于微波化学技术领域。

背景技术

传统的加热方法，即要有一个高温热源，如火焰、热风、电热等，采用的是表面加热源，先使物体的表面加热，然后再由传导和对流将热量从被加热物外部传入内部，逐步使物体中心温度升高，要使中心部位达到所需的温度，需要一定的时间，这样加热速度很慢；若是热传导率较差的物体所需的时间就更长。这是个相对慢而长的过程，效率低、操作时间长，并且加热过程中无选择性。而利用微波协助工艺加热采用的是体加热源，伴随电磁波向介质内部的穿透，有一个电磁能自动向介质区域传递的过程，介质吸收微波能是内部与表面同时进行的，因此这种加热方式与传统的加热方式有着本质的区别。另外采用常规的加热方法虽然可以得到人们所需要的新物质，但是在许多情况下却既未有效地利用资源、过量消耗能量，又产生大量排放物造成严重的环境污染。

微波加热是一种不同于常规方法的加热，它是通过微波与分子的相互作用而诱导分子极化和偶极旋转，造成分子之间迅速运动。这种方法与传统的加热方式有着本质的区别，微波照射不仅可以改变化学反应的速度，甚至可以改变化学反应的途径。当微波在传输过程中遇到不同介质时，由于这些介质的介电常数、介质损耗系数、比热、形状和含水量等主要性质的不同，就会产生反射、吸收或穿透作用，因此吸收的电场能量不一样，微波电子学方法正是利用这一特点，进行选择性加热。微波能以及所产生的热能促进了化学过程，可实现液相提取和气相提取，例如对于新鲜的植物样品，植物中的水被选择性加热，导致微观结构(如细胞、腺体等)膨胀和破裂，使物质从微观结构中释放出来并溶解于溶剂中。

微波技术与传统加热方法相比具有独特的效应和优点，可大大降低反应时间、省溶剂(可较常规方法少50％～90％)、节约能源、减少废物的产生，同时提高了收率和提取物的纯度，最大程度降低了后处理的复杂性，使化学反应环境更面向清洁和绿色，无污染，属于绿色工程，有利于环境保护，它是一种具有广阔发展前途的新技术。

发明内容

本实用新型提供了一种新的微波加热设备，即微波协助化学反应谐振腔的新设计。这种协助化学反应谐振腔，包括谐振腔、波导、截止波导、耦合波导、磁控管、匹配螺钉；谐振腔是一个立式空心圆柱体，上面是谐振腔上法兰、上波导盖、两者之间用螺钉固定；上波导盖上开3个口：搅拌截止波导口、温度截止波导口、物料截止波导口；谐振腔下面是空心倒圆锥台形的耦合波导，用谐振腔下法兰，耦合波导上法兰将它连接固定在谐振腔下面；耦合波导下面连接波导，波导两端分别有匹配螺钉；在波导上方安装磁控管。

微波协助化学反应谐振腔的工作过程是，磁控管产生微波，通过波导进入谐振腔，在谐振腔中加热物料，使化学反应在谐振腔中进行。

为使化学反应能在谐振腔中顺利进行，上波导盖上设有3个口：温度截止波导口，安装温度传感器，具有温度在线实时检测和显示；物料截止波导口，保证化学反应进行过程中可随时加入物料；搅拌截止波导口，以保证化学反应进行过程中可随时搅拌谐振腔中的物料。为防止微波泄漏，精心设计了这些开孔。微波泄漏严格控制在国家允许的范围内。

谐振腔选用优质不锈钢材料加工而成，具有良好的防腐性能，

微波部分、化学部分、控制、显示部分分开设置，之间用电缆连接，系统安全、可靠。

本实用新型的有益效果是：传输波与谐振腔之间通过倒圆台连接，这样加热效率高。谐振腔侧面安装灯光，安装角度好，且前面带有视窗，操作者方便、清楚、及时观察反应过程。

附图说明

图1为微波化学反应腔的正视图

图2为微波化学反应腔的右视图

图3为微波化学反应腔的俯视图

图4为微波化学反应腔的A-A截面的剖面图

图5为微波化学反应腔的B-B截面的剖面图

其中：1、搅拌截止波导口  2、温度截止波导口  3、物料截止波导口  4、上波导盖5、谐振腔上法兰  6、谐振腔  7、调整螺钉  8、观察窗  9、玻璃  10、金属网  11、截止波导  12、物料盘  13、谐振腔下法兰  14、耦合波导上法兰  15、耦合波导  16、波导  17、匹配螺钉1  18、匹配螺钉2  19、磁控管

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步具体说明：

这种微波协助化学反应谐振腔，它包括谐振腔、截止波导、耦合波导、波导、磁控管、匹配螺钉；谐振腔6是一个立式空心圆柱体，上面是谐振腔上法兰5、波导波导盖4、两者之间用螺钉固定；上波导盖上开3个口：搅拌截止波导口1、温度截止波导口2、物料截止波导口3；谐振腔下面是空心倒圆锥台形的耦合波导15，用谐振腔下法兰13，耦合波导上法兰14将它连接固定在谐振腔下面；耦合波导下面连接波导16，波导两端分别有匹配螺钉17、18；在波导上设置磁控管19。

谐振腔体前面有一个观察窗8，其前面是玻璃9、后面是金属网10。

谐振腔体后面有一个截止波导11，是空心圆柱形的，与谐振腔体连接。

谐振腔体左侧有3个调整螺钉7。

磁控管19产生微波，通过形状为空心长方体的波导16、空心倒圆锥台形的耦合波导15进入谐振腔6，波导，在谐振腔中加热物料，物料置于谐振腔中的物料盘12上，使化学反应在微波谐振中进行。

图中，搅拌截止波导口1，用于反应物的搅拌，温度截止波导口2，用于反应物的温度测量，物料截止波导口3，用于添加物料；1、2、3三个截止波导均为空心圆柱体，都安装在上波导盖上，上波导盖上开截止波导外径大小的孔，截止波导1、2、3按孔的位置安装，与上波导盖4之间焊接为一体。上波导盖4为圆形，谐振腔6主体形状为空心圆柱，其上下带有法兰5、13，上波导盖4与谐振腔上法兰5的外径相同，上波导盖4与谐振腔6之间的连接是通过8个螺栓将上波导盖4连接在谐振腔的上法兰5上。谐振腔下部为耦合波导15，耦合波导15起到将波导16传导过来的微波耦合进谐振腔的功能，耦合波导15上部是一个空心的倒圆锥台体，下部是一个空心圆柱体，耦合波导15壁厚均匀且与谐振腔壁厚相同，谐振腔6与耦合波导15之间的连接，是通过谐振腔的下法兰13与耦合波导的上法兰14用8个螺栓连接的。耦合波导15下部为波导16，波导形状为空心长方体，在与耦合波导15连接部位开耦合波导15内径大小的孔，波导与耦合波导之间通过焊接连接为一体。在谐振腔6的正面开有矩形观察窗8，观察窗有玻璃9与金属网10，玻璃在外侧，金属网在内侧，玻璃起到透光便于观察的作用，金属网则用于防止微波泄露，玻璃和金属网放置在与观察窗贴合的谐振腔壁的凹槽内。调整螺钉7位于谐振腔的左侧壁上，谐振腔的左侧壁上开有3个孔，用于调匹配。在谐振腔的后壁上安装有截止波导11，截止波导形状为空心圆柱，截止波导与谐振腔之间用胶密合。在谐振腔的下法兰13与耦合波导上法兰14之间的凹槽内，安装有用聚四氟乙烯材料做的物料盘12，为一圆形膜片，它起到隔离谐振腔与耦合波导的作用，而微波又可以透过聚四氟乙烯由耦合波导15进入谐振腔。

Claims (5)

1.一种微波协助化学反应谐振腔，其特征在于：它包括谐振腔、截止波导、耦合波导、波导、磁控管、匹配螺钉；谐振腔(6)是一个立式空心圆柱体，上面是谐振腔上法兰(5)、上波导盖(4)、两者之间用螺钉固定；上波导盖上开3个口：搅拌截止波导口(1)、温度截止波导口(2)、物料截止波导口(3)；谐振腔下面是空心倒圆锥台形的耦合波导(15)，用谐振腔下法兰(13)和耦合波导上法兰(14)将它连接固定在谐振腔下面；耦合波导下面连接波导(16)，波导两端分别有匹配螺钉(17、18)；在波导上设置磁控管(19)。

2.根据权利要求1所述的微波协助化学反应谐振腔，其特征在于：谐振腔体前面有一个观察窗(8)，其前面是玻璃(9)、后面是金属网(10)。

3.根据权利要求1所述的微波协助化学反应谐振腔，其特征在于：谐振腔体后面有一个截止波导(11)，是空心圆柱形的，与谐振腔体连接。

4.根据权利要求1所述的微波协助化学反应谐振腔，其特征在于：谐振腔体左侧有3个调整螺钉(7)。

5.根据权利要求1所述的微波协助化学反应谐振腔，其特征在于：谐振腔体中设置一物料盘(12)，放在谐振腔下法兰和耦合波导上法兰之间的凹槽内。

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