[发明专利]一种微波加热装置及其在化学反应中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种加热装置，更具体地说是一种微波加热装置。

背景技术

微波是一种波长介于红外光波和无线电波的波长之间，即波长在1mm-100cm范围内的电磁波。

在微波场中，介质分子产生偶极子转向极化和界面极化，由于微波产生的交变电场以每秒高达数亿次的高速转向，偶极转向极化不具备迅速跟上交变电场的能力而滞后于电场，从而导致分子之间的摩擦而产生热能，其能量以电磁波的形式传递，可实现分子水平上的搅拌，达到快速均匀加热，因此微波加热又称为无温度梯度的“体加热”。

与传统加热相比，微波加热具有如下优点：1、体加热性。在微波作用下，被作用介质可以在不同深度同时产生热量，介质加热均匀且无温度梯度，有利于被加热介质化学反应的平稳进行。2、对不同介质加热的选择性。对金属(导体)介质来说，微波可被全部反射回去而不易加热；对于那些电导率低、极化损耗小的介质来说，微波几乎全部透射而不被加热；对于那些容易在微波场中产生极化的介质来说，容易吸收微波而被快速加热。3、热效率高、无污染。微波能将电磁能转化为热能，不会产生污染以及能量的损耗。

此外，微波还具有直接作用于反应分子而引起的特殊的“非制热效应”。实验证明，微波能够改变化学反应的历程、降低反应活化能、加快合成速度、提高平衡转化率、减少副产物、改变产物立体选择性等特殊效应。正是由于微波对化学反应特殊的促进作用，使得微波应用于化学反应不仅具有重大的理论研究意义，同时还具有巨大的工业应用潜力。

由于微波的上述特点，近年来，微波作为一种高效、清洁的加热手段和化学反应手段得到了广泛研究与应用。但是，由于微波穿透距离短、在连续的微波照射下被加热介质温度不可控的缺点，导致目前应用于化学反应的微波装置无法实现大规模工业化而只能停留在实验室研究的阶段。

CN2821468.Y公开了一种微波处理器，该微波处理器包括至少一个盒形腔体，盒形腔体的两相对的侧端面中间部位设置有管道接口，位于盒形腔体的另两相对的侧端面中的一个侧端面封闭，相对于该封闭端面的侧端面为法兰接口，该法兰接口与微波发生装置相接；供被加热流体通过的管道穿设于盒形腔体内，管道的两端从管道接口伸出。这种处理器可以多个(≤15个)相连，形成一个长的反应器，同时腔体中可以并列设置多根管道。这种装置虽然考虑到了微波的穿透距离短的问题，但是仍然未能解决在微波连续辐射的情况下，介质温度不可控性的问题，所以只能用来对流体进行加热，而不能应用于在连续微波照射下需要控制温度的化学反应中。

CN1091394C公开了一种流体处理专用工业微波炉，它包括设有微波输入口及流体进、出口和工作门的微波谐振腔，以及分别设于流体进口处和出口处的密封屏蔽器，谐振腔内设有专供流体在微波场中充分产生物化反应的流体环形器，谐振腔上部和下部分别设有与流体进、出口相连接的保证流体能按工艺要求连续给入和排出的装置。虽然该装置保证了物料的连续供给和连续排出，但只能对流体进行加热，而不能应用于在连续微波照射下需要控制温度的化学反应中。

上述专利所进行的设计实现了微波作为一种加热手段的工业化应用，解决了微波穿透能力低的问题，在设计上各有特点。但是这些装置仍然未能解决微波连续辐射时介质温度持续快速升高，而无法控制的问题，因而无法应用于需要在连续微波照射下控制温度的化学反应过程中。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的微波加热装置不能在连续微波照射下控制物料的温度的缺陷，提供一种可以在连续微波照射下控制物料温度的微波加热装置。

本发明提供了一种微波加热装置，该装置包括微波照射腔和物料管，所述物料管穿设于所述微波照射腔中，由所述微波照射腔的腔壁穿入和穿出，在所述微波照射腔的腔壁上设有供微波导入的波导管，其中，所述微波加热装置还包括换热管，所述换热管设置在所述物料管内，并且从所述物料管的管口或管壁进入和引出。

由于在物料管中设置了换热管，在用本发明提供的微波加热装置加热物料管中的物料时，通过在换热管中通入冷介质，及时取出过剩的热量，可以在连续微波照射下控制物料管中的物料的温度。因此，本发明提供的微波装置可应用于各种需要进行温度控制的化学反应中，并且可将物料加热温度的精确控制在±(1-5)℃范围内。

附图说明

图1为实施例1中所述的微波加热装置的纵剖面示意图；

图2为与图1相垂直方向剖面的纵剖面示意图；

图3为本发明微波加热装置的另一种实施方式的纵剖面示意图；

图4为本发明微波加热装置的再一种实施方式的纵剖面示意图。