[发明专利]工业用微波超声反应釜

说明书

技术领域

本发明涉及物理/化学反应工程设备领域，尤其涉及一种工业用微波超声反应釜。

背景技术

微波是一种波长介于红外和超声波之间的电磁波，其波长在1米到1毫米之间，频率为300MHz～300KMHz，微波加热是通过微波与分子的相互作用而诱导分子极化和偶极旋转，造成分子之间迅速运动，因此微波加热具有很强的穿透作用，达到物料内部使得物料内部温度迅速上升，从而使内部的成分自由释放而达到去除或提取成分的目的，可以极大提高反应速度，降低化学反应活化能。微波在传输过程中遇到不同介质时，由于这些介质的介电常数、介质损耗系数、比热、形状和含水量等主要性质的不同，就会产生反射、吸收或穿透作用，因此吸收的电场能量不一样，可以进行选择性加热。含水材料一般是吸收性介质，可以用微波来加热。

超声波是一种振动频率大于20KHz的机械波，其利用机械效应提高分散性，能够使非均相反应顺利进行。超声波需要能量载体-介质来进行传播，在传递中存在正负压强交变周期，在正相位时，对介质分子产生挤压增加介质原来密度，负相位时，介质分子稀疏、离散介质密度减小，在溶剂和样品之间产生声波空化作用，导致溶液内气泡的形成、增长和爆破压缩，从而使固体样品分散，增大样品与溶剂之间的接触面积，提高目标物从固相转移到液相的传质速率；超声的次级效应机械震荡、乳化、扩散、击碎等都有利于反应物的全方位充分混合，比一般的单向搅拌效果更为有效。

采用微波、超声协同进行除杂、提纯、催化反应、强化化学反应的反应釜在化学工程技术领域应用较多，如专利号为200920282481.4的中国实用新型专利：一种多功能超声微波协同化学反应器；专利号为US2009/0178914A的美国专利；专利号为200820079506.6的中国实用新型专利：微波超声波组合催化合成萃取仪；专利号为200510122058.4中国发明专利：微波/超声波复合增强样品消解/萃取的带调谐谐振腔；专利号为200610138359.0的中国发明专利：一种管道式微波连续提取装置。尽管上述文献证明了微波、超声波协同可以优化物理/化学反应，微波可以穿透聚四氟乙烯材料、在金属中反射，超声波可以直接与反应物接触、也可以设在金属容器侧壁上，上述这些文献中，由于反应物用量小（反应釜最大2000毫升），可以采用磁力搅拌、微波与反应物直接接触、操作者分次加样、取样检测、反应器方便取出放入等，容易实现微波、超声波的同时使用，但因为是小型实验室设备，反应系统样品的处理量小，一旦用于工业过程，则原料的大批量加入、设备的不能随意移动升降、非均相反应物料的均匀混合、微波超声波的作用范围及均匀性等都不是随着反应容器容量的倍数扩大所能解决的，即这些技术均不适于工业化大规模生产，不能实现连续性产业化生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种工业用微波超声反应釜，克服现有微波超声反应釜处理量小，微波、超声波的作用范围有限、均匀性差的问题，并且能够缩短化学浸出时间、提高提纯产品纯度和工作效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种工业用微波超声反应釜，包括釜体、微波发生装置、超声波发生装置、搅拌装置和排热装置，釜体顶部设有进料口和排气口，釜体底部设有出料口，釜体的内壁设有防腐透波材料制成的内衬；微波发生装置由间隔分布在釜体外侧壁上的微波单元构成，或者由设置于釜体外部的微波管路以及间隔分布在微波管路上的微波单元构成，每个微波单元均包括电连接的磁控管、二级管、变压器及波导；所述微波管路一端通过连接管Ⅰ与釜体底部连通，另一端通过回流管路与釜体顶部连通；微波发生装置外部设有将微波单元与外部空间隔开的屏蔽罩；设置在屏蔽罩外侧的排热装置包括排热风机和与其连接的排风管，排风管与屏蔽罩上的排热口连通；超声波发生装置由沿釜体外侧壁间隔设置的超声脉冲单元构成，超声脉冲单元自上至下设置为10～30组，每组为10～50个且绕釜体周向分布，每个超声脉冲单元均包括电连接的超声波发生器和换能器；搅拌装置包括固定于搅拌电机下方并伸入到釜体内的搅拌轴，搅拌轴与釜体的连接处设有机械密封件，在搅拌轴上固定有叶片。

作为优选，内衬为一层贴合于釜体内壁的防粘防腐蚀涂层，如PTFE（聚四氟乙烯）涂层，涂层的厚度为0.05～3mm。

作为优选，内衬为一设置在釜体内腔中、与釜体内壁相配形状且缩小直径的防粘防腐蚀桶，如PP（聚丙烯）桶，该防粘防腐蚀桶厚度为3～30mm，防粘防腐蚀桶与釜体之间设有玻璃棉，防粘防腐蚀桶、玻璃棉和釜体依次贴合。

作为优选，微波单元的磁控管功率为600～1500W；超声脉冲单元的功率为0～5000W。