[發(fā)明專利]一種微波耦合反應(yīng)的裝置及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710462017.2
• 申請(qǐng)日: 2017-06-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107051347A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂珊珊;孫寶昌;張迪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J19/00
• 分類號(hào): B01J19/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 張立改

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明適合于實(shí)驗(yàn)室連續(xù)生產(chǎn)的微波耦合反應(yīng)裝置，對(duì)微反應(yīng)器和微波反應(yīng)裝置的改造，涉及一種微波耦合反應(yīng)的裝置，屬于反應(yīng)裝置技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波，是無(wú)線電波中一個(gè)有限頻帶的簡(jiǎn)稱，即波長(zhǎng)在1米(不含1米)到1毫米之間的電磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統(tǒng)稱。微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個(gè)特性。微波化學(xué)反應(yīng)器的加熱是將微波作為一種加熱方式，當(dāng)微波與物質(zhì)分子相互作用時(shí)，產(chǎn)生分子極化、取向、摩擦、碰撞，吸收微波能而產(chǎn)生熱效應(yīng)，這種加熱方法被稱為微波加熱，當(dāng)微波化學(xué)反應(yīng)器在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)做萃取反應(yīng)時(shí)，也稱為微波萃取反應(yīng)器和微波萃取儀，微波加熱是極性物質(zhì)分子吸收微波后自身發(fā)熱，是從分子內(nèi)部由內(nèi)向外進(jìn)行，由于分子級(jí)的加熱，可以使物質(zhì)內(nèi)外同步加熱。

微波化學(xué)反應(yīng)器在加熱方式、微波輻射功率和時(shí)間、反應(yīng)器放置位置不同時(shí)都會(huì)導(dǎo)致收率有所差異，微波功能改進(jìn)法可以克服改進(jìn)前微波法反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、受熱不均勻、可控性和重復(fù)性差等缺點(diǎn)。與傳統(tǒng)法相比，其操作程序大大簡(jiǎn)化，操作條件更易控制，加料時(shí)間和反應(yīng)時(shí)間縮短，便于監(jiān)測(cè)反應(yīng)的程度，可明顯提高產(chǎn)品收率。

近年來(lái)微波輻射技術(shù)發(fā)展迅速，對(duì)微波化學(xué)反應(yīng)器關(guān)鍵技術(shù)的功能改進(jìn)也日益深入，但由于微波加熱快速和化學(xué)反應(yīng)體系的非平衡特點(diǎn)，在大功率微波作用下化學(xué)反應(yīng)體系常常產(chǎn)生強(qiáng)烈的非線性響應(yīng)，易導(dǎo)致反應(yīng)物燒毀或爆炸等事故發(fā)生,因此，微波場(chǎng)內(nèi)反應(yīng)過(guò)程溫度的控制尤為重要，對(duì)微波場(chǎng)內(nèi)反應(yīng)器的傳熱效率提出了更高要求。

微反應(yīng)器是用微加工技術(shù)制造的一種流體流動(dòng)通道,是特征尺度在數(shù)百微米內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)器。且微反應(yīng)器在傳熱方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),將微反應(yīng)器應(yīng)用于含能材料的合成是未來(lái)含能材料生產(chǎn)發(fā)展的重大趨勢(shì)之一。同常規(guī)反應(yīng)容器(如燒瓶)相比,微反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特征決定了其特殊優(yōu)勢(shì),主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。(1)比表面積大,傳遞速率高,接觸時(shí)間短,副產(chǎn)物少；微反應(yīng)通道特征尺度小,單位體面積上傳熱、傳質(zhì)能力顯著增強(qiáng)。(2)快速、直接放大；傳統(tǒng)放大過(guò)程存在著放大效應(yīng),通過(guò)增大生產(chǎn)設(shè)備體積和規(guī)模達(dá)到放大目的,過(guò)程耗時(shí)費(fèi)力,不能根據(jù)市場(chǎng)需求立即做出相應(yīng)的反應(yīng),具有滯后性。而微反應(yīng)系統(tǒng)呈多通道結(jié)構(gòu),每一通道相當(dāng)于一獨(dú)立反應(yīng)器,在擴(kuò)大生產(chǎn)時(shí)不再需要對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行尺度放大,只需并行增加微反應(yīng)器的數(shù)量,即所謂的“數(shù)增放大”。(3)安全性高；大量熱量也可以及時(shí)移走,從而保證反應(yīng)溫度維持在設(shè)定范圍以內(nèi),最大程度上減少了發(fā)生事故可能性。(4)操作性好；微反應(yīng)系統(tǒng)是呈模塊結(jié)構(gòu)的并行系統(tǒng),具有便攜性好等特點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品使用地分散建設(shè)并就地生產(chǎn)、供貨,真正實(shí)現(xiàn)將化工廠便攜化,并可根據(jù)市場(chǎng)情況增減通道數(shù)和更換模塊來(lái)調(diào)節(jié)生產(chǎn),具有很高的操作彈性。

CN203737232U中公開(kāi)了一種利用微波反應(yīng)器來(lái)提高水楊酸和乙醇來(lái)制備水楊酸乙酯的一次性轉(zhuǎn)化率。其一次性轉(zhuǎn)化率達(dá)到了85％。其中利用了微波反應(yīng)器加熱均勻的特點(diǎn)，使轉(zhuǎn)化率提高。

CN204702683U中公開(kāi)一種微反應(yīng)器法連續(xù)化合成鄰氨基苯乙醇的裝置。其得到的鄰氨基苯乙醇產(chǎn)品收率為94.8％，純度為80.5％。其中利用了微反應(yīng)器的充分混合的特點(diǎn)，是產(chǎn)品的收率和純度提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種適合于實(shí)驗(yàn)室連續(xù)生產(chǎn)的微波耦合反應(yīng)裝置，對(duì)微反應(yīng)器和微波反應(yīng)裝置的改造，主要由微反應(yīng)器和微波反應(yīng)裝置的各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量、控制兩個(gè)部分組成，它解決了微波耦合反應(yīng)裝置中的連續(xù)問(wèn)題而且提高了生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)率低的問(wèn)題。

本發(fā)明通過(guò)以下方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種微波耦合反應(yīng)的裝置，其特征在于，本微波微反應(yīng)器裝置包括接收裝置(10)、微反應(yīng)器(8)、具有微波加熱功能的微波反應(yīng)器(7)、進(jìn)料管1(5)、進(jìn)料管2(6)、出料管(9)，進(jìn)料管1(5)、進(jìn)料管2(6)分別與微反應(yīng)器(8)進(jìn)料口相連，微反應(yīng)器(8)出料口通過(guò)出料管(9)與接收裝置(10)相連；微反應(yīng)器(8)固定在微波反應(yīng)器(7)內(nèi)。

微反應(yīng)器出料口位于微反應(yīng)器(8)的底部，出料管(9)與微反應(yīng)器出料口相連從微波反應(yīng)器(7)的右端引出。

微反應(yīng)器(8)為螺旋狀的或蛇形彎曲狀的結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步優(yōu)選，進(jìn)料管1(5)、進(jìn)料管2(6)與微反應(yīng)器(8)進(jìn)料口匯聚在微波反應(yīng)器(7)內(nèi)。

物料槽1(1)采用進(jìn)料管1(5)經(jīng)進(jìn)料泵1(3)與微反應(yīng)器(8)進(jìn)料口連接；物料槽2(2)采用進(jìn)料管2(6)經(jīng)進(jìn)料泵2(4)與微反應(yīng)器(8)進(jìn)料口連接。