[发明专利]一种使用同轴裂缝天线的微波反应装置及其应用

说明书

技术领域

本发明属于微波领域。具体地，本发明涉及一种使用同轴裂缝天线的微波反应装置及其应用，特别涉及微波加热的反应器及其在放大和工业化中的应用。

背景技术

微波是指频率为300MHz～300GHz的电磁波，与传统的加热方式相比，微波具有加热速度快、热效率高、加热均匀等特点。微波加热不需直接接触物料，通过物料内部偶极分子高频往复运动，产生类似“内摩擦热”而使物料温度升高，不需要任何热传导过程，就能使物料内外部同时升温。

目前国内外已有多种微波化学反应装置，但绝大部分受微波功率低、反应规模小等条件的限制，只能适用于实验室研究。对于一些需要高温高压条件的反应，主要有两种方法可以实现，一种是将微波透明材质(比如聚四氟乙烯或者石英玻璃)制成的反应器放入谐振腔内辐射，其主要有承压能力低、造价贵以及难以放大等缺点；另一种是用波导管直接辐射微波至一端开口的不锈钢反应器，连接口用微波透明材质(比如陶瓷或者聚四氟乙烯)密封，然而其内部微波分布并不均匀，由于微波在辐射过程中的损耗，连接口附近温度较高，而其它地方温度较低，如果在大规模装置中传质过程达不到要求，就会导致装置内温度梯度较大，从而影响反应效果，并且该反应器受连接口材料的限制，难以达到高温高压。

传统微波反应器的微波辐射方向基本上是从反应器壁向中心辐射，微波能量在介质传递过程中逐渐损耗。在小规模反应过程中，由于体积较小，整个反应体系温差并不大，对于反应影响也很小；但是在大规模反应过程中，由于微波能量损耗，反应器中心位置(即远离微波源的位置)与反应器壁(即靠近微波源的位置)受到的微波辐射相差较大，体系内温度梯度较大，可能会影响反应的效果。

CN 102949974A公开了一种利用探针探入反应器而馈入微波能量的微波加热装置，微波以探针为中心向四周发射，提高了微波的均匀性。然而其中，微波能量主要是依靠探针顶尖部分辐射，只能在一定程度上增加了均匀性，若是物料的规模继续增大，会出现微波分布不均匀的问题。同时利用该探针辐射微波还有个重要问题就是探针的能量转换效率，随着微波功率的提升，其能量转换效率通常会大大降低，若要以该探针获得更高的输出功率，则需要更多的输入功率，由于转换效率的降低，会造成大量的能量损失。并且该探针主要依靠顶尖辐射，绝大部分微波能量集中在该处，随着功率的增加，探针的负荷逐渐增加，若是功率太大，该探针很有可能无法承受而被击穿，从而引起仪器的损坏。

可见，现有的微波加热装置在应用上还存在一定的限制和缺陷，难以在保证微波均匀的同时还能高效地应用于各种化学反应工艺，尤其是工业化工艺。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种微波辐射均匀的微波加热装置。

本发明的目的也是为了提供上述微波加热装置在化学反应工艺中的应用。

在本发明的第一方面中，提供了一种微波反应装置，所述装置包括微波加热装置和反应器；其中，所述微波加热装置包括微波发生和传输装置以及同轴裂缝天线；所述微波发生和传输装置包括微波功率源、环形器、假负载、微波功率检测器件、同轴转换器、微波调谐器件；

所述同轴裂缝天线连接于同轴转换器，从反应器的任意端探入，从而将微波能量馈入反应器中。

在另一优选例中，所述微波通过圆形波导或者矩形波导转化为同轴传输的形式。

在另一优选例中，所述假负载为水负载、空气负载等。

在另一优选例中，所述微波功率检测器件为定向耦合器等。

在另一优选例中，所述微波调谐器件包括三螺钉调配器、终端短路调配器等。

在另一优选例中，所述同轴裂缝天线探入反应器之处为密封的。优选地，可采用化工设备常用的法兰密封、焊接密封、螺纹密封或者其它方式进行密封。

在另一优选例中，所述同轴裂缝天线探入反应器的深度根据反应条件、反应器尺寸以及处理量而定。

在另一优选例中，所述同轴裂缝天线探入反应器的深度为使反应器内物料覆盖所述同轴裂缝天线的顶端以及外导体上的裂缝。

在另一优选例中，所述反应器上设置有压力检测仪和温度检测仪。

在另一优选例中，所述反应器上设置有冷凝回流装置。

在另一优选例中，所述同轴裂缝天线包括内导体和外导体；其中，外导体上开设至少1个裂缝。

在另一优选例中，所述微波从外导体上的裂缝以及天线顶端辐射至反应器内。

在另一优选例中，所述裂缝的数量根据反应条件、反应器尺寸以及处理量而定。

在另一优选例中，所述裂缝为1-100个。