專(zhuān)利名稱(chēng)：一種能連續(xù)操作且耐高溫高壓的微波加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種微波加熱裝置，特別是指一種能連續(xù)操作且耐高溫高壓的利用微波加熱的反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
微波具有波長(zhǎng)短(Im Imm)、頻率高(300MHz 300GHz)、量子特性等明顯特征。微波加熱的基本原理是帶電粒子的傳導(dǎo)和電介質(zhì)極化。離子傳導(dǎo)機(jī)制是指介質(zhì)內(nèi)的離子在電磁場(chǎng)中產(chǎn)生遷移電流而產(chǎn)生熱。電介質(zhì)極化機(jī)制是指在電磁場(chǎng)作用下，極性分子從隨機(jī)分布狀態(tài)轉(zhuǎn)向依據(jù)電磁場(chǎng)的極性排列取向。在微波高頻電磁場(chǎng)的作用下，這些取向運(yùn)動(dòng)依隨交變電磁的頻率不斷變化，造成分子的劇烈運(yùn)動(dòng)和碰撞摩擦，從而產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能。非極性分子由于內(nèi)部電荷分布均勻則不被微波加熱。微波加熱具有穿透性、瞬時(shí)性和選擇性加熱的特點(diǎn)，且熱量損失小、操作方便、清潔衛(wèi)生無(wú)污染，已在生活生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的微波加熱技術(shù)主要是用于加熱食品，近年來(lái)，隨著微波加熱技術(shù)的發(fā)展，將微波加熱技術(shù)應(yīng)用于化工工業(yè)上的報(bào)道日益增多。目前所報(bào)道的微波加熱裝置大多是利用一封閉腔體作為微波加熱腔，可將微波源直接放置于加熱腔壁上，或在加熱腔壁上開(kāi)設(shè)饋入波導(dǎo)口，微波通過(guò)波導(dǎo)口饋入加熱腔內(nèi)(向加熱腔內(nèi)輻射)。一般來(lái)說(shuō)，采用這種微波通過(guò)加熱腔周壁向腔內(nèi)輻射的方式，腔內(nèi)微波場(chǎng)分布較不均勻，中間最強(qiáng)，邊上弱，基本呈正弦分布。另外微波加熱腔中的微波場(chǎng)分布還與微波輸入到該腔體的方式和部位直接相關(guān)，這兩個(gè)因素通常也會(huì)造成加熱腔中微波場(chǎng)分布的不均勻性。這種不均勻性使得微波加熱技術(shù)在需要進(jìn)行均勻加熱或需要嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度的化學(xué)工業(yè)應(yīng)用中受到了很大的限制。CN101473692A公開(kāi)了一種能正常地均勻加熱加熱室的整個(gè)內(nèi)部并且按照需要實(shí)現(xiàn)局部集中加熱的微波加熱裝置。其中主要是利用至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)天線(xiàn)，通過(guò)控制裝置控制旋轉(zhuǎn)天線(xiàn)，以使其具有高輻射指向性的部分定向成朝向根據(jù)溫度分布檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果而確定的方向上以對(duì)物體進(jìn)行加熱。CN1826026A公開(kāi)了一種均勻輻射的微波加熱裝置，其中是使微波由波導(dǎo)阻抗變換器傳輸，并從波導(dǎo)口向外輸出到對(duì)應(yīng)的耦合腔中，被反射/散射后，從耦合腔一個(gè)側(cè)壁的多個(gè)耦合孔均勻地向加熱腔中輸出多個(gè)微波束，從而無(wú)需旋轉(zhuǎn)器件即可改善加熱腔中微波能量分布不均勻的問(wèn)題。上述微波加熱裝置，盡管在一定程度上能改善微波腔內(nèi)微波場(chǎng)分布不均勻問(wèn)題，但改善程度有限，且上述微波加熱裝置主要是對(duì)食品進(jìn)行加熱，對(duì)于需要微波加熱的化工工藝并不適用?，F(xiàn)有技術(shù)中也有關(guān)于嘗試將微波加熱裝置應(yīng)用于化工反應(yīng)的研究報(bào)道。例如，W02009/064501公開(kāi)了一種微波促進(jìn)的原油脫硫技術(shù),其中是利用一箱體式微波加熱反應(yīng)器/微波腔體(CEM公司的微波設(shè)備以及改進(jìn)的家用微波爐)，在加壓氫氣存在下，用微波能量照射原油和催化劑，進(jìn)行加氫脫硫反應(yīng)。然而，該技術(shù)存在以下問(wèn)題:其中記載是通過(guò)攪拌的方式將原油和催化劑進(jìn)行混合，但實(shí)際上很難在所述的腔體中將油、氣和催化劑混合均勻，這種混合在實(shí)際操作過(guò)程中還容易堵塞管道；該方法中，加氫脫硫反應(yīng)完成后需將催化劑與原油進(jìn)行分離，通過(guò)重力沉降或者過(guò)濾，操作繁瑣；另外，所述的微波裝置為間歇反應(yīng)器，供給體具有很多的限制。再如，CN101560407A公開(kāi)了一種石油液化氣或汽油脫硫微波反應(yīng)釜，其結(jié)構(gòu)按微波傳導(dǎo)順序有微波源、微波耦合器、調(diào)配器、過(guò)渡波導(dǎo)、通風(fēng)安全隔離器、隔離窗口和反應(yīng)腔體；反應(yīng)腔體在靠?jī)啥祟^的側(cè)面分別帶有入料口和出料口的圓筒形容器，靠近入料口的圓筒端頭封閉，靠近出料口的圓筒端頭經(jīng)隔離窗口和密封圈與通風(fēng)安全隔離器密封連接；所述的通風(fēng)安全隔離器是一段圓波導(dǎo)，其側(cè)面開(kāi)通風(fēng)孔。該文獻(xiàn)中是將矩形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換為圓柱形波導(dǎo)，然后通過(guò)窗口將微波潰入。其中通過(guò)安全隔離器上開(kāi)孔來(lái)達(dá)到避免可燃?xì)怏w泄漏的目的(實(shí)際上是將泄漏的氣體通過(guò)這些孔散發(fā)出去)，然而，如何防止氫氣或者可燃油氣不進(jìn)入，該文獻(xiàn)并未做出清楚說(shuō)明，而氫氣的泄漏對(duì)于油品加氫反應(yīng)而言是絕對(duì)禁止的，存在安全隱患。綜上所述，上述現(xiàn)有技術(shù)報(bào)道的微波加熱裝置難以應(yīng)用于規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)，更不能用于實(shí)現(xiàn)需要反應(yīng)物連續(xù)式輸入輸出微波加熱腔的化學(xué)反應(yīng)工藝。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)微波加熱裝置存在的問(wèn)題，提供一種微波加熱裝置，物料反應(yīng)區(qū)內(nèi)微波場(chǎng)分布較均勻，且能夠切實(shí)應(yīng)用于規(guī)模化的化工工藝，并提高操作安全性。為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種微波加熱裝置，該裝置包括:微波發(fā)生及傳輸裝置、微波腔體以及微波反應(yīng)器，其中，所述微波發(fā)生及傳輸裝置是用以產(chǎn)生微波并利用波導(dǎo)傳輸微波且將微波從微波腔體的一側(cè)潰入微波腔體內(nèi)的裝置；所述微波腔體具有金屬材料制成的腔體壁，腔體內(nèi)空間為用于容置微波反應(yīng)器的空間，微波腔體的側(cè)壁與波導(dǎo)之間密封連接，且腔體內(nèi)空間與波導(dǎo)內(nèi)部空間連通；所述微波反應(yīng)器包括由能透過(guò)微波且不吸波材料制成的管狀主體，管狀主體兩端連接由金屬材料制成的頂部及底部，在所述由金屬材料制成的頂部及底部分別開(kāi)設(shè)物料進(jìn)出口連接物料進(jìn)出口管線(xiàn)；所述微波反應(yīng)器套設(shè)于微波腔體內(nèi)，微波反應(yīng)器的物料進(jìn)出口管線(xiàn)從微波腔體兩端的腔體壁伸出以連通微波腔體外的空間；微波反應(yīng)器兩端的由金屬材料制成的頂部及底部的外壁與微波腔體兩端的腔體壁密封接觸而實(shí)現(xiàn)微波反應(yīng)器與微波腔體之間的密封。這樣可以有效防止微波從微波腔體與微波反應(yīng)器之間泄漏，微波只能透過(guò)反應(yīng)器主體進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)物料進(jìn)行加熱。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案，本實(shí)用新型的微波加熱裝置中，所述微波發(fā)生及傳輸裝置可以采用所屬領(lǐng)域的常規(guī)設(shè)備，其按照微波傳輸順序通常包括微波源與微波控制器、環(huán)行器與水負(fù)載、三銷(xiāo)釘調(diào)配器等組件，各組件之間利用波導(dǎo)連接，并通過(guò)波導(dǎo)將微波傳輸至指定的微波腔體中。微波腔體與波導(dǎo)的連接可以采用波導(dǎo)法蘭等常規(guī)部件。在與微波腔體連接前的波導(dǎo)法蘭處還可放置不吸波材料擋板，如PTFE擋板，以防止粉塵或反應(yīng)物進(jìn)入波導(dǎo)。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案，本實(shí)用新型的微波加熱裝置中，所述微波反應(yīng)器管狀主體長(zhǎng)度方向(即微波腔體長(zhǎng)度方向)與波導(dǎo)傳輸方向呈垂直設(shè)置。優(yōu)選地，所述波導(dǎo)是貫通微波腔體中心位置。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案，所述波導(dǎo)可以是矩形波導(dǎo)和/或圓形波導(dǎo)。所述波導(dǎo)、微波腔體等的材質(zhì)可以采用現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)材質(zhì)，例如可以為銅、銀或鋁中的任一種或合金。本實(shí)用新型的微波加熱裝置，通過(guò)所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將微波反應(yīng)器放置于微波腔體中，利用微波反應(yīng)器兩端的金屬材料的頂部及底部，與微波腔體兩端的腔體壁之間實(shí)現(xiàn)密封而防止微波從微波腔體的泄漏，而微波反應(yīng)器主體采用微波能透過(guò)的不吸波材料制成，從而使得反應(yīng)器內(nèi)物料獲得較均勻的微波加熱(微波加熱區(qū)域主要為反應(yīng)器中部)。所述的微波反應(yīng)器不受操作方式的限制，可以做成連續(xù)操作且耐高溫高壓的反應(yīng)器。利用本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以將微波反應(yīng)器管狀主體設(shè)置為具有足夠的長(zhǎng)度，以減免微波從物料進(jìn)出口的泄漏。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案，本實(shí)用新型的微波加熱裝置中，所述微波腔體內(nèi)空間具有與微波反應(yīng)器相匹配的形狀，微波腔體的側(cè)壁與微波反應(yīng)器的管狀主體外壁之間留有環(huán)狀間隙。具體地，所述環(huán)狀間隙內(nèi)可根據(jù)需要填充有保溫材料。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案，本實(shí)用新型的微波加熱裝置中，微波腔體的兩端口與微波反應(yīng)器的兩端器壁之間密封連接方式可以采用所屬領(lǐng)域中的各種密封方式，此處的連接方式只要能達(dá)到防止微波泄漏即可，通常采用金屬接觸式密封。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案，本實(shí)用新型的微波加熱裝置中，所述微波反應(yīng)器的管狀主體為由陶瓷材料、有機(jī)玻璃或石英玻璃制成的管狀主體，該管狀主體兩端通過(guò)螺口連接或焊接的方式分別與由金屬材料制成的頂部及底部密封連接。進(jìn)一步地，頂部及底部再直接連接物料進(jìn)出口及相應(yīng)的管線(xiàn)等。管狀主體兩端與物料進(jìn)出口及相應(yīng)的管線(xiàn)的連接方式可采取任何可行的密封連接方式，例如采用法蘭密封、焊接密封和/或螺紋密封等密封連接方式。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案，本實(shí)用新型的微波加熱裝置中，所述波導(dǎo)采用微波標(biāo)準(zhǔn)組件。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案，本實(shí)用新型的微波加熱裝置中，所述微波發(fā)生及傳輸裝置還設(shè)置有截止波導(dǎo)，該截止波導(dǎo)相對(duì)于微波潰入微波腔體的另一側(cè)設(shè)置。從而可以使微波發(fā)生及傳輸裝置產(chǎn)生的微波通過(guò)波導(dǎo)從微波腔體的一側(cè)進(jìn)入微波腔體內(nèi)，并能從微波腔體的另一側(cè)進(jìn)入截止波導(dǎo)。更具體地，所述截止波導(dǎo)的長(zhǎng)度能調(diào)節(jié)且調(diào)節(jié)范圍不小于一個(gè)波長(zhǎng)。利用調(diào)節(jié)截止波導(dǎo)的長(zhǎng)度，從而調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的電磁場(chǎng)分布和電磁場(chǎng)強(qiáng)度，通過(guò)測(cè)定反射功率判斷截止波導(dǎo)的位置以及反應(yīng)器內(nèi)物料吸收微波的情況。更具體地，所述截止波導(dǎo)的封閉端采用可調(diào)節(jié)截止波導(dǎo)長(zhǎng)度的螺旋式活塞結(jié)構(gòu)，以方便地調(diào)整截止波導(dǎo)的長(zhǎng)度。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案，所述微波腔體可以為多模諧振腔，也可以為單模諧振腔。在一具體實(shí)施方案中，所述微波腔體為單模諧振腔，該方案中，具體可以采用在波導(dǎo)垂直方向的管壁上對(duì)稱(chēng)設(shè)置兩個(gè)開(kāi)口，每個(gè)開(kāi)口分別連接一段管柱，管柱長(zhǎng)度方向垂直波導(dǎo)傳輸方向，兩段管柱內(nèi)部空間貫通且與波導(dǎo)內(nèi)部貫通而作為微波腔體，位于微波腔體一側(cè)的波導(dǎo)是將微波潰入腔體內(nèi)，另一側(cè)的波導(dǎo)為截止波導(dǎo)。在另一具體實(shí)施方案中，也可以是微波腔體的對(duì)稱(chēng)兩側(cè)壁上分別開(kāi)設(shè)波導(dǎo)口，一側(cè)的波導(dǎo)口用于連接從微波發(fā)生及傳輸裝置傳輸微波來(lái)的波導(dǎo)(該波導(dǎo)口也可稱(chēng)為饋入口)，另一側(cè)的波導(dǎo)口用于連接截止波導(dǎo)(該波導(dǎo)口也可稱(chēng)為截止波導(dǎo)口)，從而微波發(fā)生及傳輸裝置產(chǎn)生的微波通過(guò)波導(dǎo)經(jīng)饋入口饋入微波腔體內(nèi)，并可通過(guò)截止波導(dǎo)口進(jìn)入截止波導(dǎo)段。在另一具體實(shí)施方案中，所述微波腔體為多模諧振腔，可以不設(shè)置截止波導(dǎo)。另一方面，本實(shí)用新型還提供了所述的微波加熱裝置在用于實(shí)現(xiàn)利用微波進(jìn)行加熱的反應(yīng)中的應(yīng)用。本實(shí)用新型的微波加熱裝置，反應(yīng)器內(nèi)物料反應(yīng)區(qū)微波分布均勻，且裝置密封性好，可將本實(shí)用新型的裝置切實(shí)應(yīng)用于需要微波加熱的過(guò)程。特別是在需要裝填物料或催化劑床層的反應(yīng)中，本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)有利于物料的裝填，物料裝填較為規(guī)整，物料受熱面積大，加熱更均勻。通過(guò)模擬表明電磁場(chǎng)分布相比于現(xiàn)有技術(shù)中將微波潰入反應(yīng)器的做法更為均勻，且同一種物料對(duì)微波的吸收效果更好。本實(shí)用新型的微波加熱裝置可以應(yīng)用于任何的需要利用微波加熱的反應(yīng)。具體地，所述利用微波進(jìn)行加熱的反應(yīng)可以是反應(yīng)裝置材質(zhì)承受范圍內(nèi)的任何高溫高壓反應(yīng)，例如可以是溫度小于等于800°C、壓力小于等于IOMPa的反應(yīng)。反應(yīng)物進(jìn)料方式可以從上到下進(jìn)料，也可從下到上進(jìn)料，可以是固定床反應(yīng)，也可以是移動(dòng)床反應(yīng)；可以為連續(xù)式反應(yīng)，還可為間歇式反應(yīng)。具體地，本實(shí)用新型的裝置可用于例如加氫脫硫的連續(xù)高溫高壓反應(yīng)，或者是用于間歇反應(yīng)，如有機(jī)合成、污泥處理、生物質(zhì)熱解等，可以為固、液、氣中任何形態(tài)的反應(yīng)。在反應(yīng)器材質(zhì)允許的情況下，例如陶瓷、玻璃等耐腐蝕材料制成的反應(yīng)器，該裝置還可用于微波消解反應(yīng)等。綜上所述，本實(shí)用新型提供了一種微波加熱裝置，本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)特別是通過(guò)將微波反應(yīng)器放置于微波腔體中，利用微波反應(yīng)器兩端過(guò)渡材料(金屬材料的頂部及底部)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)防止微波泄漏的同時(shí)，可以做成連續(xù)操作的反應(yīng)器，且有利于反應(yīng)器內(nèi)物料的裝填及流動(dòng)，并且反應(yīng)器內(nèi)物料反應(yīng)區(qū)微波場(chǎng)分布均勻，密封性好，操作安全性良好，能將微波技術(shù)切實(shí)應(yīng)用于需要微波加熱的反應(yīng)。

圖1為本實(shí)用新型的一具體實(shí)施例的微波加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1:微波源與微波控制器；2:波導(dǎo)；3:環(huán)行器+水負(fù)載；4:三銷(xiāo)釘調(diào)配器；5反應(yīng)器出(入)口；6:反應(yīng)器入(出)口；7:物料；8:反應(yīng)器；9:微波腔體；10:截止波導(dǎo)。
具體實(shí)施方式
以下通過(guò)具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施過(guò)程和產(chǎn)生的有益效果，旨在幫助閱讀者更好地理解本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和特點(diǎn)，不作為對(duì)本案可實(shí)施范圍的限定。實(shí)施例1請(qǐng)參見(jiàn)圖1所示，本實(shí)施例的微波加熱裝置包括微波發(fā)生及傳輸裝置、微波腔體以及微波反應(yīng)器，其中，所述微波發(fā)生及傳輸裝置是用以產(chǎn)生微波并利用波導(dǎo)傳輸微波；本實(shí)施例中，所述微波發(fā)生及傳輸裝置主要包括微波源與微波控制器I (用以產(chǎn)生微波)以及波導(dǎo)2 (用于傳輸微波)，該微波發(fā)生及傳輸裝置按微波傳輸順序還設(shè)置有環(huán)行器與水負(fù)載3、三銷(xiāo)釘調(diào)配器4等調(diào)控用組件，各組件間利用波導(dǎo)2連接，且在波導(dǎo)末段設(shè)置有截止波導(dǎo)10 ；所述微波腔體9設(shè)置在波導(dǎo)傳輸微波的途中，腔體長(zhǎng)度方向與波導(dǎo)傳輸方向垂直，且沿波導(dǎo)傳輸方向呈上下對(duì)稱(chēng)設(shè)置，微波腔體9的周壁與波導(dǎo)2的管壁密封連接，微波腔體9內(nèi)的空間與波導(dǎo)內(nèi)空間連通，且使微波發(fā)生及傳輸裝置1產(chǎn)生的微波通過(guò)波導(dǎo)2從微波腔體的一側(cè)進(jìn)入微波腔體9內(nèi)，并能從微波腔體9的另一側(cè)進(jìn)入截止波導(dǎo)10 ；所述微波反應(yīng)器8設(shè)置于微波腔體9中，該微波腔體9中的微波能透過(guò)微波反應(yīng)器8的器壁對(duì)微波反應(yīng)器8內(nèi)的物料進(jìn)行加熱。本實(shí)施例中，所述波導(dǎo)2(包括截止波導(dǎo)10)可分別為矩形波導(dǎo)和/或圓形波導(dǎo)。圖中所示所述截止波導(dǎo)的封閉端是采用可調(diào)節(jié)截止波導(dǎo)長(zhǎng)度的螺旋式活塞結(jié)構(gòu)，利用該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以方便調(diào)整截止波導(dǎo)長(zhǎng)度，從而適應(yīng)反應(yīng)器內(nèi)不同反應(yīng)條件的需求。本實(shí)施例中，所述微波反應(yīng)器包括由不吸波材料(本實(shí)施例中為陶瓷材料)制成的管狀主體，管狀主體兩端與金屬焊接，金屬部分連接物料進(jìn)出口 5、6，微波腔體兩端口與反應(yīng)器的器壁之間采用金屬進(jìn)行接觸式密封連接。應(yīng)用實(shí)施例1[0043]本實(shí)施例中，是將如圖1所示的微波加熱裝置用于汽油加氫脫硫?qū)嶒?yàn)研究，其中，微波腔體9為單模諧振腔，微波反應(yīng)器8用作加氫脫硫反應(yīng)器，5為物料入口，6為物料出口，反應(yīng)器中間段填充催化劑床層7。反應(yīng)器8的內(nèi)徑為15mm_，催化劑裝填高度為40mm_。在上述反應(yīng)器中選用N1-Mo/ Y -Al2O3催化劑，其中催化劑顆粒目數(shù)為40 80目，采用硫含量為350ppm的催化裂化汽油進(jìn)行加氫脫硫反應(yīng)，具體操作條件 反應(yīng)溫度260°C、反應(yīng)壓力2MPa、重時(shí)空速2.0h_\氫油體積比150: 1、微波功率1.6kW。經(jīng)微波加熱反應(yīng)后原料催化裂化汽油的硫含量可以脫除到30ppm以下，加氫脫硫率在91.4%以上，液收98.5%。而采用傳統(tǒng)的無(wú)微波條件的反應(yīng)器，反應(yīng)溫度為290°C，系統(tǒng)壓力為2MPa，氫油比150: 1，空速為21Γ1的條件下，反應(yīng)后的硫含量可降低至89ppm，脫硫率為74.6%。由此可見(jiàn)，利用本實(shí)用新型的裝置，在所述微波存在下即使反應(yīng)溫度降低30°C以上，且仍舊可以獲得更高的脫硫率。本實(shí)驗(yàn)所用截止波導(dǎo)的長(zhǎng)度為26mm。應(yīng)用實(shí)施例2采用如圖1所示裝置進(jìn)行微波熱解析含油鉆屑研究。在反應(yīng)器8 (本實(shí)施例中反應(yīng)器內(nèi)徑為20mm)中部裝填待處理含油鉆屑，裝填高度為40mm，樣品中反應(yīng)器下部設(shè)置的開(kāi)口 6通入氮?dú)?，微波加熱后產(chǎn)生的可揮發(fā)性物質(zhì)從口 5排出，而后經(jīng)過(guò)冷凝收集液體產(chǎn)物和氣體產(chǎn)物。樣品中油份組成為C8-C16的燒烴,水含量為6.1%油含量為16.6%。在微波功率為3.0kW，加熱時(shí)間為20s時(shí)，可將該油泥中的油脫除到0.2%，此時(shí)的油泥可以直接排放，達(dá)到國(guó)家污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)。同樣的油泥樣品，放入相同質(zhì)量的該樣品于功率4kW的馬夫爐中，在500°C (一般熱解析溫度為250-500°C，而實(shí)驗(yàn)所用樣品的終餾點(diǎn)為250°C )下進(jìn)行熱解析實(shí)驗(yàn)，加熱2小時(shí)后樣品中的油含量0.68%。由此可見(jiàn)，利用本實(shí)用新型的裝置采用微波加熱其加熱時(shí)間大大縮短，本實(shí)施例所示加熱時(shí)間只為傳統(tǒng)加熱的1/360，而油品脫除率卻得到了大幅提高。應(yīng)用實(shí)施例3本實(shí)施例中，微波加熱裝置結(jié)構(gòu)與圖1所示裝置相比，所述微波腔體9采用多模腔結(jié)構(gòu)，微波反應(yīng)器8內(nèi)徑為20mm，未設(shè)置截止波導(dǎo)，對(duì)微波加熱進(jìn)行了染料-還原紅14的合成研究。采用萘四甲酸和鄰苯二胺反應(yīng)生成，還原紅14是一種非常重要的還原染料，由兩種互為同分異構(gòu)體的物質(zhì)組成，分別為:反式的橙7和順式的還原紅15。從結(jié)構(gòu)上順式還原紅15的分子極性比反式橙7的大，因此利用微波的選擇性加熱，在微波場(chǎng)作用下順式產(chǎn)物分子的運(yùn)動(dòng)比反式產(chǎn)物劇烈，使得順式產(chǎn)物分子不穩(wěn)定，從而使反應(yīng)向相對(duì)更加穩(wěn)定的反式方向進(jìn)行。本研究采用微波的這一特性從而獲得更多價(jià)值更高的反式產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)方法為:稱(chēng)量一定量的萘四甲酸，鄰苯二胺，冰醋酸和水，在500ml的燒杯中混合，室溫下攪拌I小時(shí)，使反應(yīng)物混合均勻，將反應(yīng)器8的上下端分別用堵頭封住(此時(shí)反應(yīng)器類(lèi)似于消解儀中的反應(yīng)器)，并在下端添加不吸收微波的氧化鋁球和PTFE的板做支撐，然后將室溫下處理好的物料裝填到反應(yīng)器8的中間位置，裝填量為50毫升，本實(shí)驗(yàn)所用諧振腔為多模腔，使用微波加熱程序升溫至反應(yīng)溫度，反應(yīng)特定時(shí)間后反應(yīng)結(jié)束。反應(yīng)物溫度由光纖溫度計(jì)控制。待產(chǎn)物冷卻后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，并對(duì)其用熱水進(jìn)行抽濾，濾餅(反應(yīng)產(chǎn)物)在100°C的鼓風(fēng)干燥箱中充分干燥。采用分光光度計(jì)分析干燥后產(chǎn)物的組成。結(jié)果表明:微波加熱和傳統(tǒng)加熱下所得產(chǎn)物具有完全相反的趨勢(shì)，在傳統(tǒng)加熱下，隨著溫度升高順式產(chǎn)物含量增加，而微波加熱下則隨溫度升高順式產(chǎn)物含量先上升而后下降。在反應(yīng)時(shí)間40min，反應(yīng)溫度160°C時(shí)，反式產(chǎn)物含量為78%，而采用傳統(tǒng)加熱方式下，在160°C下反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)，此時(shí)反式產(chǎn)物的收率為55%。由此可見(jiàn)，微波加熱可以大大縮短該類(lèi)反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間，并且由于微波的選擇性加熱可以更多的獲得反式產(chǎn)物。
權(quán)利要求1.一種微波加熱裝置，其特征在于，該裝置包括:微波發(fā)生及傳輸裝置、微波腔體以及微波反應(yīng)器，其中， 所述微波發(fā)生及傳輸裝置是用以產(chǎn)生微波并利用波導(dǎo)傳輸微波且將微波從微波腔體的一側(cè)潰入微波腔體內(nèi)的裝置； 所述微波腔體具有金屬材料制成的腔體壁，腔體內(nèi)空間為用于容置微波反應(yīng)器的空間，微波腔體的側(cè)壁與波導(dǎo)之間密封連接，且腔體內(nèi)空間與波導(dǎo)內(nèi)部空間連通； 所述微波反應(yīng)器包括由能透過(guò)微波且不吸波材料制成的管狀主體，管狀主體兩端連接由金屬材料制成的頂部及底部，在所述由金屬材料制成的頂部及底部分別開(kāi)設(shè)物料進(jìn)出口連接物料進(jìn)出口管線(xiàn)； 所述微波反應(yīng)器套設(shè)于微波腔體內(nèi)，微波反應(yīng)器的物料進(jìn)出口管線(xiàn)從微波腔體兩端的腔體壁伸出以連通微波腔體外的空間；微波反應(yīng)器兩端的由金屬材料制成的頂部及底部的外壁與微波腔體兩端的腔體壁密封接觸而實(shí)現(xiàn)微波反應(yīng)器與微波腔體之間的密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波加熱裝置，其特征在于，所述微波反應(yīng)器管狀主體長(zhǎng)度方向與波導(dǎo)傳輸方向呈垂直設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波加熱裝置，其特征在于，所述波導(dǎo)為矩形波導(dǎo)和/或圓形波導(dǎo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波加熱裝置，其特征在于，所述微波腔體內(nèi)空間具有與微波反應(yīng)器相匹配的形狀，微波腔體的側(cè)壁與微波反應(yīng)器的管狀主體外壁之間留有環(huán)狀間隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微波加熱裝置，其特征在于，所述環(huán)狀間隙內(nèi)填充有保溫材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波加熱裝置，其特征在于， 所述微波發(fā)生及傳輸裝置還設(shè)置有截止波導(dǎo)，該截止波導(dǎo)相對(duì)于微波潰入微波腔體的另一側(cè)設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微波加熱裝置，其特征在于，所述截止波導(dǎo)的長(zhǎng)度能調(diào)節(jié)且調(diào)節(jié)范圍不小于一個(gè)波長(zhǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微波加熱裝置，其特征在于，所述截止波導(dǎo)的封閉端采用可調(diào)節(jié)截止波導(dǎo)長(zhǎng)度的螺旋式活塞結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波加熱裝置，其特征在于，所述微波反應(yīng)器的管狀主體為由陶瓷材料、有機(jī)玻璃或石英玻璃制成的管狀主體，該管狀主體兩端通過(guò)螺口連接或焊接的方式分別與由金屬材料制成的頂部及底部密封連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波加熱裝置，其特征在于，所述微波腔體為多模諧振腔或單模諧振腔。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種微波加熱裝置，該裝置包括微波發(fā)生及傳輸裝置、微波腔體以及微波反應(yīng)器，微波發(fā)生及傳輸裝置產(chǎn)生微波并利用波導(dǎo)傳輸微波且將微波潰入微波腔體內(nèi)；微波反應(yīng)器包括管狀主體，主體兩端連接由金屬材料制成的頂部及底部，在頂部及底部分別開(kāi)設(shè)物料進(jìn)出口；微波反應(yīng)器套設(shè)于微波腔體內(nèi)，反應(yīng)器頂部及底部與微波腔體兩端的腔體壁密封接觸；微波被潰入微波腔體內(nèi)后能透過(guò)微波反應(yīng)器的管狀主體的管壁對(duì)微波反應(yīng)器內(nèi)的物料進(jìn)行加熱。本實(shí)用新型的裝置，能連續(xù)操作且耐高溫高壓，反應(yīng)器內(nèi)物料受熱面積大，加熱均勻，且裝置密封性好，可切實(shí)應(yīng)用于任何利用微波進(jìn)行加熱的反應(yīng)。
文檔編號(hào)H05B6/64GK202949584SQ20122059779
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者商輝, 趙金岷, 劉植昌 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京), 北京眾誠(chéng)匯微能源科技有限公司