[实用新型]一种基于单模微波谐振腔的多用途化学反应装置

说明书

技术领域

本实用新型属于化学反应领域，具体涉及一种基于单模微波谐振腔的多用途化学 反应装置，可以适用于化学合成、萃取和消解等。

背景技术

在微波环境下，物质内外同时受热，温度场均匀，能量利用率高。同时，微波加热具 有很多传统加热方式不具备的优点：选择性加热、均匀快速升温、加热效率高、加热易瞬时 控制以及无污染等，其中最突出的优点就是时间短，能耗低。因此，微波作为一种高效新型 的能源，已经广泛应用于化学加工技术，包括化学合成、萃取和消解等。

现有微波化学实验炉，其微波模式大多数为多模，缺点是密度低、频率杂乱和其功 率分布不稳定，无法解决分界条件的可测量和可定量性，无法保证实验结果的可重复性。单 模微波可在腔内形成标准波模；优点是微波密度高、频率和功率具有高稳定性，确保化学反 应的准确性和可重复性。市面上能买到的单模微波化学设备，均是单模微波谐振腔容积不 大于500ml的反应装置，大多适用于小容量的化学反应，而不适用于较大容量的化学反应。 同时，现有微波化学仪器只能实现单一的常压回流反应或是高压密闭反应，限制了微波化 学设备的应用。因此，针对上述问题设计提出一种基于单模微波谐振腔的多用途化学反应 装置。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本实用新型专利提供了一种基于单模微波 谐振腔的多用途化学反应装置，具备常压反应和高压密闭反应条件，实现了常压条件下实 验样品的回流、添加、磁力搅拌(或机械搅拌)和实时测温；高压条件下的实时测温、测压和 实时监测反应状态；腔体内置摄像头，可通过外置液晶显示屏实时观察反应。本实用新型通 过以下技术方案实现。

一种基于单模微波谐振腔的多用途化学反应装置，包括设备主体、单模微波谐振 腔、微波源以及微波防泄漏法兰；所述单模微波谐振腔位于设备主体内部，所述单模微波谐 振腔的内部设置单模微波耦合口，所述微波源从单模微波耦合口通过耦合激励在单模微波 谐振腔内形成微波的单一分布模式；所述微波防泄漏法兰位于单模微波谐振腔的顶端，所 述微波防泄漏法兰的顶端安装波导截止管。

进一步的，所述单模微波谐振腔是容积为0.3-20L的环形或方形腔体，腔体壁为金 属且内壁涂覆有防腐蚀材料；腔体内设置底座，用于放置反应容器。

进一步的，所述反应容器为烧瓶或高压反应釜；所述高压反应釜的外壁与微波防 泄漏法兰和单模微波谐振腔贴合。

进一步的，所述单模微波谐振腔与测温装置连接，所述测温装置与温度传感器连 接，所述温度传感器与PLC控制装置连接。

进一步的，所述单模微波腔与测压装置连接，所述测压装置与压力传感器连接，所 述压力传感器与PLC控制装置连接。

进一步的，所述单模微波谐振腔内安装摄像头。

进一步的，所述反应容器内设置搅拌装置，所述搅拌装置的开关与PLC控制装置连 接。

进一步的，所述设备主体上表面设置支架，支架上安装试管夹，所述试管夹用于固 定实验器材。

进一步的，所述测温装置为红外测温仪、光纤测温仪、热电偶或热电偶，所述红外 测温仪位于单模微波谐振腔体内部，距离单模微波谐振腔顶部60-100mm；所述光纤测温仪、 热电偶或热电阻通过温度计套管伸入到反应容器内部。

进一步的，所述高压反应釜包括高压反应釜内罐、高压反应釜外罐，顶部分别安装 内罐盖和外罐盖；所述内罐盖上设有温度计套管、测压装置和防爆装置。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型根据微波工作频率和波长，利用微波传输特性形成单模式微波分布 腔体，微波源从谐振腔内部(侧面或底部和顶部)的单模微波耦合口通过耦合激励的方式在 谐振腔内形成微波的单一分布模式。

2、先进的单模微波加热技术对试样进行加热，单模微波密度高、频率和功率具有 高稳定性，确保化学反应的准确性和可重复性。

3、多用途的微波化学反应装置，可实现常压回流反应和高压密闭反应的自由转 换，扩大了反应设备的应用，适用于化学合成、萃取、消解(水解)和高分子聚合物等反应。

4、大容积单模微波谐振腔克服了现有单模微波合成仪腔体较小的缺点，可以放置 多个高压反应釜和单口烧瓶，实现了大试样的单模微波反应，并能保证多个反应同时进行 且实验结果具有均一性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型整体结构图；