專利名稱：一種化學(xué)反應(yīng)設(shè)備及該設(shè)備在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，還涉及該化學(xué)反應(yīng)設(shè)備在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
微波是一種波長介于紅外光波和無線電波的波長之間，即波長在Imm-IOOcm范圍 內(nèi)的電磁波。微波具有無溫度梯度的“體相加熱”特點(diǎn)，可以快速均勻加熱物料，其特點(diǎn)是熱效 率高、無污染。此外，微波還具有直接作用于反應(yīng)分子而引起的特殊的“非制熱效應(yīng)”。實(shí)驗(yàn) 證明，微波能夠改變化學(xué)反應(yīng)的歷程、降低反應(yīng)活化能、加快合成速度、提高平衡轉(zhuǎn)化率、減 少副產(chǎn)物、改變產(chǎn)物立體選擇性等特殊效應(yīng)。正是由于微波對化學(xué)反應(yīng)特殊的促進(jìn)作用，使 得微波應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)不僅具有重大的理論研究意義，同時還具有巨大的工業(yè)應(yīng)用潛力。由于微波的上述特點(diǎn)，近年來，微波作為一種高效、清潔的加熱手段和化學(xué)反應(yīng)手 段得到了廣泛研究與應(yīng)用。但是，由于微波穿透距離短，在連續(xù)的微波照射下物料容易形成 熱點(diǎn)，反應(yīng)溫度不易控制；微波腔內(nèi)的反應(yīng)器對高粘度物料傳送困難且混合均勻性差。上述 原因?qū)е履壳皯?yīng)用于化學(xué)反應(yīng)的微波裝置無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化而只能停留在實(shí)驗(yàn)室研 究的階段。CN2821468Y公開了一種微波處理器，該微波處理器包括至少一個盒形腔體，盒形 腔體的兩相對的側(cè)端面中間部位設(shè)置有管道接口，位于盒形腔體的另兩相對的側(cè)端面中的 一個側(cè)端面封閉，相對于該封閉端面的側(cè)端面為法蘭接口，該法蘭接口與微波發(fā)生裝置相 接；供被加熱流體通過的管道穿設(shè)于盒形腔體內(nèi)，管道的兩端從管道接口伸出。這種處理器 可以多個15個)相連，形成一個長的反應(yīng)器，同時腔體中可以并列設(shè)置多根管道。這 種裝置雖然考慮到了微波的穿透距離短的問題，但是仍然未能解決在微波連續(xù)輻射的情況 下，物料溫度不可控性的問題，所以只能用來對流體進(jìn)行加熱，而不能應(yīng)用于在連續(xù)微波照 射下需要控制溫度的化學(xué)反應(yīng)中。CN1091394C公開了一種流體處理專用工業(yè)微波爐，它包括設(shè)有微波輸入口及流體 進(jìn)、出口和工作門的微波諧振腔，以及分別設(shè)于流體進(jìn)口處和出口處的密封屏蔽器，諧振腔 內(nèi)設(shè)有專供流體在微波場中充分產(chǎn)生物化反應(yīng)的流體環(huán)形器，諧振腔上部和下部分別設(shè)有 與流體進(jìn)、出口相連接的保證流體能按工藝要求連續(xù)給入和排出的裝置。雖然該裝置保證 了物料的連續(xù)供給和連續(xù)排出，但只能對流體進(jìn)行加熱，同樣不能應(yīng)用于在連續(xù)微波照射 下需要控制溫度的化學(xué)反應(yīng)中。CN 2813090Y公開了一種微波反應(yīng)器，該微波反應(yīng)器能連續(xù)地進(jìn)行有機(jī)化學(xué)合成； 它利用微波發(fā)生器所產(chǎn)生的微波對諧振腔中有機(jī)混合物加熱。諧振腔通過三個連接端法 蘭，其中一個法蘭與能夠使微波通過的隔板及微波發(fā)生器密封連接；另一個法蘭與進(jìn)料管 相連；第三個法蘭與盤管換熱器密封連接。盤管換熱器將多余的反應(yīng)熱量轉(zhuǎn)移，保證反應(yīng)在 設(shè)定的溫度、壓力范圍內(nèi)進(jìn)行。該反應(yīng)器雖然一定程度上可以控制反應(yīng)溫度，但諧振腔體積 較小，物料在微波照射下的時間比較短，不能保證反應(yīng)的充分性和產(chǎn)物的收率。另外該反應(yīng)器不適用于高粘度的物料。CN 101400195A公開了一種微波加熱裝置，該裝置包括微波照射腔、物料管和換熱 管。物料管穿設(shè)于微波照射腔中，換熱管設(shè)置在物料管內(nèi)，并且從物料管的管口或管壁進(jìn)入 和引出。該發(fā)明提供的微波加熱裝置可以在連續(xù)微波照射下控制物料管中的物料的溫度， 在一定程度上實(shí)現(xiàn)了溫度控制。但是該反應(yīng)體系難以適用于高粘度、半固態(tài)和容易形成結(jié) 垢物料的化學(xué)反應(yīng)，不能有效地應(yīng)用多相催化反應(yīng)，面臨管道清垢和檢修方面的問題；同時 該反應(yīng)體系在用于物料發(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)生氣體副產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)時，不能及時排出所產(chǎn)生的 氣體，因而會影響產(chǎn)物的收率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，該化學(xué)反應(yīng)設(shè)備可以適用于各種液體 物料在其中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，尤其可以適用于高粘度、半固態(tài)和容易形成結(jié)垢的物料在其中 進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，特別是，本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備對于多相反應(yīng)或多相催化反應(yīng)也具有很好 的適用性。本發(fā)明提供了一種化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，該化學(xué)反應(yīng)設(shè)備包括微波輻照裝置和化學(xué)反應(yīng) 裝置，所述的微波輻照裝置包括微波發(fā)生裝置和微波輻照腔，其中，所述化學(xué)反應(yīng)裝置包括 槽體以及物料流動控制裝置，所述槽體的至少一部分位于所述微波輻照腔中。本發(fā)明還提供了本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用。本發(fā)明提供的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，適用于各種液體物料在其中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，尤其適 用于高粘度、半固態(tài)和容易形成結(jié)垢物料的化學(xué)反應(yīng)以及多相反應(yīng)和多相催化反應(yīng)。同時， 將本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備應(yīng)用于產(chǎn)生氣體副產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)時，可以及時排出氣體，降低 槽體中反應(yīng)副產(chǎn)物的濃度，因此可以推動化學(xué)反應(yīng)平衡向產(chǎn)物方向移動，從而提高反應(yīng)物 的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品的收率。


圖1為本發(fā)明化學(xué)反應(yīng)設(shè)備第一種實(shí)施方式的剖面示意圖；圖2為本發(fā)明化學(xué)反應(yīng)設(shè)備第二種實(shí)施方式的剖面示意圖；圖3為本發(fā)明化學(xué)反應(yīng)設(shè)備第三種實(shí)施方式的剖面示意圖；圖4為槽體內(nèi)設(shè)有多個第二突起物的剖面示意圖；圖5為單螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)的螺旋葉片邊緣以內(nèi)設(shè)置第一突起物的示意圖；圖6為采用3個微波輻照腔的示意圖；圖7為應(yīng)用本發(fā)明化學(xué)反應(yīng)設(shè)備的反應(yīng)系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式參照圖1、圖2和圖3，本發(fā)明提供的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備包括微波輻照裝置和化學(xué)反應(yīng) 裝置，所述的微波輻照裝置包括微波輻照腔3和微波發(fā)生裝置(圖中未示出)，所述化學(xué)反 應(yīng)裝置包括槽體2以及物料流動控制裝置，所述槽體2的至少一部分位于所述微波輻照腔 3中。 微波輻照裝置包括至少一個波導(dǎo)管4和微波發(fā)生器5，所述至少一個波導(dǎo)管4設(shè)置
5在所述微波輻照腔3的腔壁上，微波發(fā)生器5在微波輻照腔3的外部與所述波導(dǎo)管4連接， 并向微波輻照腔3內(nèi)發(fā)射微波。當(dāng)波導(dǎo)管4為多個時，則多個波導(dǎo)管4優(yōu)選均勻分布在微 波輻照腔3的內(nèi)壁上。所述多個波導(dǎo)管4可以設(shè)置在微波輻照腔的一個內(nèi)壁上，也可以設(shè) 置為分布在多個內(nèi)壁上。在所述微波輻照腔上，所述化學(xué)反應(yīng)設(shè)備的所有部件在微波輻照腔上所穿過的部 位均設(shè)置有密封裝置7，例如微波輻照腔3上所述槽體2穿過的部位所設(shè)有的密封裝置。所 述密封裝置可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種防止微波泄露的裝置，例如采用反射微波的 材料如金屬材料制成的金屬絲網(wǎng)，或者微波高溫屏蔽膠等。上述金屬材料例如不銹鋼、鋁、 鋁合金、鐵、銅或銀，更優(yōu)選為不銹鋼和鋁合金。所述微波輻照腔3由反射微波的材料制成，或者微波輻照腔的內(nèi)壁鍍覆有反射微 波的材料層。根據(jù)本發(fā)明提供的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，所述槽體2為上部非封閉例如上部敞開的化學(xué) 反應(yīng)通道。槽體2可以為各種形狀，只要可以使反應(yīng)物料順利通過即可，例如可以為直形、 螺旋形或蛇形。其中，所述直形槽體即為所述槽體的軸線為直線的槽體，所述螺旋形槽體即 為所述槽體的軸線為螺旋形線的槽體，所述蛇形槽體即為所述槽體的軸線為蛇形的槽體。 所述槽體的截面形狀以方便疏導(dǎo)反應(yīng)物料為宜，例如可以為U形、弧形、半圓形、橢圓形或 者方形。當(dāng)槽體2為直形或蛇形時，槽體2可以為水平固定設(shè)置，也可以為傾斜固定設(shè)置， 用以適應(yīng)不同物料的不同流動狀況。當(dāng)本發(fā)明提供的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備應(yīng)用于反應(yīng)較為劇烈、物料易發(fā)生飛濺的化學(xué)反應(yīng) 時，在優(yōu)選情況下，為了防止物料發(fā)生飛濺，所述槽體頂部還可以設(shè)置有至少部分覆蓋槽體 的頂蓋，即，該頂蓋可以部分或全部覆蓋槽體頂部。部分覆蓋槽體頂部的頂蓋可以為篩孔狀 的、也可以為間隔條狀的。根據(jù)本發(fā)明提供的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，所述槽體2的材料可以為全反射微波的材料， 也可以為全透射微波的材料，優(yōu)選為各種全反射微波的材料。所述全反射微波的材料如上 所述，所述全透射微波的材料為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，例如聚酰亞胺及其改性物、聚醚醚 酮及其改性物、聚四氟乙烯及其改性物、聚乙烯及其改性物、聚丙稀及其改性物、聚苯乙烯 及其改性物、石英或玻璃。更優(yōu)選采用聚四氟乙烯及其改性物和聚苯乙烯及其改性物。頂 蓋的材料可采用上面所述的全透射微波材料。根據(jù)本發(fā)明提供的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，在優(yōu)選情況下，所述物料流動控制裝置包括推 動物料流動的裝置。圖1示出了本發(fā)明化學(xué)反應(yīng)設(shè)備的第一種實(shí)施方式，所述推動物料流動的裝置包 括調(diào)節(jié)槽體兩端高度差的槽體調(diào)節(jié)裝置。所述槽體調(diào)節(jié)裝置可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知 的各種可以調(diào)節(jié)槽體兩端高度差的裝置，例如所述槽體調(diào)節(jié)裝置包括在微波輻照腔兩個側(cè) 壁上槽體兩端穿過其上的部位垂直設(shè)置的兩個滑槽及固定旋鈕，所述槽體的兩端可各自沿 滑槽上下滑動，從而可以調(diào)節(jié)槽體兩端的高度差；還可以在微波輻照腔的地腳部分安裝調(diào) 節(jié)高度的螺絲，根據(jù)所需要的高度差調(diào)節(jié)整個微波輻照腔的傾斜度，以達(dá)到槽體兩端的所 需的高度差。根據(jù)槽體內(nèi)反應(yīng)物料所需要的流動狀況，可以使用調(diào)節(jié)槽體兩端高度差的槽 體調(diào)節(jié)裝置來調(diào)節(jié)槽體傾斜度。圖2示出了本發(fā)明化學(xué)反應(yīng)設(shè)備的第二種實(shí)施方式，所述槽體為直形，所述推動物料流動的裝置包括多塊刮板8和傳動裝置9，所述多塊刮板間隔地固定在所述傳動裝置9 上，所述傳動裝置9的至少一部分設(shè)置在所述槽體2內(nèi)，所述刮板8的形狀優(yōu)選與所述槽體 2的截面相匹配；所述傳動裝置9可以為各種本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的用于傳動物料的裝置， 例如皮帶傳動裝置或者鏈輪傳動裝置。當(dāng)物料的粘度較大或物料為半固態(tài)時，可以使用上 述實(shí)施方式，對反應(yīng)物料進(jìn)行推動，從而可以防止物料在槽體中滯留的狀況。所述刮板的材料可以為各種全透射微波的材料也可以為各種全反射微波的材料， 全透射微波材料和全反射微波材料的例子如上所述。所述刮板優(yōu)選采用全透射微波的材 料。圖3示出了本發(fā)明化學(xué)反應(yīng)設(shè)備的第三種實(shí)施方式，所述槽體為直形，所述推動 物料流動的裝置包括單螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)或多螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)，單螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)或多螺桿驅(qū)動機(jī) 構(gòu)位于槽體內(nèi)，圖3中示出了單螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)13。當(dāng)物料的粘度較大或物料為半固態(tài)時，優(yōu) 選使用上述實(shí)施方式，對反應(yīng)物料進(jìn)行推動，從而可以防止物料在槽體中滯留的狀況。如圖5所示，所述單螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)或多螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)的螺桿包括螺桿軸16和螺旋 葉片15，所述單螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)或多螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)的螺旋葉片15表面上設(shè)置有一個或多個 第一突起物20。設(shè)置第一突起物20，可以增加物料的徑向流動，使物料實(shí)現(xiàn)更均勻地混合。優(yōu)選第一突起物20可以為各種形狀的片狀物，可以是表面彎曲的，也可以是表面 平直的，該多個第一突起物20優(yōu)選可以以相同的間隔分布于整個螺旋葉片15上。優(yōu)選該 一個或多個第一突起物20垂直設(shè)置于螺旋葉片15表面上。上述一個或多個第一突起物20 可以設(shè)置在單螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)上、也可以設(shè)置在多螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)上。在優(yōu)選情況下，所述第一突起物沿螺桿徑向至螺桿軸的最小距離為螺旋葉片外緣 至螺桿軸的徑向距離的1/5-4/5，所述第一突起物沿螺桿軸向的長度為螺距的1/5-4/5。優(yōu) 選情況下，所述第一突起物為多個時，各第一突起物沿螺桿徑向至螺桿軸的最小距離相等， 且沿螺桿軸向的長度也相等，而且各第一突起物的間距相等。所述間距的定義為，相鄰兩個 第一突起物上距螺桿軸最近的、與螺桿軸的徑向距離相等的兩個點(diǎn)之間的距離。所述單螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)或多螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)的材料可以為各種全透射微波的材料也 可以為各種全反射微波的材料，全透射微波材料和全反射微波材料的例子如上所述。優(yōu)選 采用全透射微波的材料。根據(jù)本發(fā)明提供的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，在優(yōu)選情況下，所述物料流動控制裝置還包括 改變物料流動狀態(tài)的裝置，該改變物料流動狀態(tài)的裝置可以單獨(dú)設(shè)置、也可以與本發(fā)明的 第一種實(shí)施方式組合設(shè)置。所述改變物料流動狀態(tài)的裝置為使物料流動由平流狀態(tài)改為湍 流狀態(tài)或者使物料的湍流狀態(tài)增強(qiáng)的、并由此可以促進(jìn)反應(yīng)物料的混合狀態(tài)的裝置，例如 可以為阻礙物料流動的裝置。在優(yōu)選情況下，所述改變物料流動狀態(tài)的裝置可以包括設(shè)置在所述槽體內(nèi)的第二 突起物。如圖4所示，所述槽體2內(nèi)設(shè)有多個第二突起物14。通過在槽體2內(nèi)設(shè)置第二突 起物14，可以提高反應(yīng)物料的湍流狀態(tài)和混合效果，有利于提高反應(yīng)速率、并有利于反應(yīng)過 程中的氣體副產(chǎn)物(如果產(chǎn)生氣體副產(chǎn)物)的逸出。在優(yōu)選情況下，所述改變物料流動狀態(tài)的裝置包括設(shè)置在槽體內(nèi)的一個固體顆粒 物床層或沿槽體長度方向排列的多個固體顆粒物床層，所述物料能夠穿過該固體顆粒物床 層。所述一個或多個固體顆粒物床層可以獨(dú)立設(shè)置、也可以與所述第二突起物組合設(shè)置。
7
所述固體顆粒物床層可以為在固定于槽體內(nèi)的兩個多孔隔板所隔出的空間內(nèi)放 置固體顆粒物而得到的床層，多孔隔板的孔徑小于固體顆粒物的粒徑；也可以為將盛裝固 體顆粒物的袋子固定于槽體內(nèi)而得到的床層。該多孔隔板或者袋子都是對化學(xué)反應(yīng)是惰性 的。該固體顆粒物床層也可以用來促進(jìn)反應(yīng)物料的混合，這種固體顆粒物可以是與反應(yīng)物 料不發(fā)生任何化學(xué)作用的各種天然或合成的無機(jī)或有機(jī)的固體顆粒物。當(dāng)在本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備內(nèi)所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)為需要使用催化劑的反應(yīng)時，所 述固體顆粒物可以為固體催化劑顆粒。此時，這種固體催化劑顆?？梢酝瑫r起到增強(qiáng)物料 的混合以及催化化學(xué)反應(yīng)的作用。根據(jù)本發(fā)明提供的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，在優(yōu)選情況下，所述第二突起物的材料可以為 各種全透射微波的材料，也可以為各種全反射微波的材料，全透射微波材料和全反射微波 材料的例子如上所述。所述第二突起物優(yōu)選采用全透射微波的材料。根據(jù)本發(fā)明提供的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，在優(yōu)選情況下，所述化學(xué)反應(yīng)設(shè)備還包括換熱 裝置和溫度測控裝置。所述換熱裝置包括物料換熱裝置和/或微波輻照腔換熱裝置，如圖4所示，所述物 料換熱裝置包括設(shè)置在所述槽體外側(cè)的可通入換熱介質(zhì)的夾層22 ；所述微波輻照腔換熱 裝置包括設(shè)置在所述微波輻照腔上的換氣裝置和/或設(shè)置在微波輻照腔內(nèi)的換熱器，如圖 1、2和3中所示，所述換氣裝置為排出氣體裝置6和/或通入氣體裝置11。在優(yōu)選情況下，如圖4所示，所述夾層內(nèi)22設(shè)置有多個第三突起物23，所述第三突 起物23的形狀可以為各種片狀物，例如翅片。所述夾層與所述槽體共用至少一個表面，所 述夾層內(nèi)設(shè)置有多個第三突起物23，所述多個第三突起物23設(shè)置在所述共用的至少一個 表面上。所述多個第三突起物23至少設(shè)置在與所述槽體共用的表面上，可以用來增加換熱 面積，從而可以對物料進(jìn)行更充分的換熱。優(yōu)選情況下，所述多個第三突起物23還可以設(shè) 置在夾層內(nèi)的所有各表面上，以調(diào)節(jié)夾層內(nèi)換熱介質(zhì)的流動狀態(tài)，例如從平流狀態(tài)改為湍 流狀態(tài)、或使湍流狀態(tài)更為增強(qiáng)，從而可以進(jìn)一步改善對物料的換熱。所述夾層的材料優(yōu)選采用全反射微波的材料。夾層內(nèi)以及換熱器的換熱介質(zhì)可以 采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種換熱介質(zhì)，例如壓縮氣體、煤油、己烷、苯、甘油、水等。在優(yōu)選情況下，所述溫度測控裝置包括控制器、以及物料溫度測量裝置和/或微 波輻照腔溫度測量裝置。所述控制器接收物料溫度測量裝置測量的物料溫度，并根據(jù)換熱介質(zhì)的溫度和所 測量的物料溫度控制所述夾層中換熱介質(zhì)的流量；和/或接收微波輻照腔溫度測量裝置測 量的微波輻照腔內(nèi)的溫度，并根據(jù)所測量的微波輻照腔溫度控制所述通氣裝置的氣體流量 和/或根據(jù)換熱器內(nèi)換熱介質(zhì)的溫度和所測量的微波輻照腔溫度控制換熱器內(nèi)換熱介質(zhì) 的流量。用于達(dá)到合理控制反應(yīng)物料溫度和/或微波輻照腔內(nèi)溫度的目的。對于所述夾層 中換熱介質(zhì)及其溫度的選擇、以及微波輻照腔中換熱器內(nèi)換熱介質(zhì)及其溫度的選擇，本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以根據(jù)具體化學(xué)反應(yīng)的熱量變化情況來選擇合適的換熱介質(zhì)，并選擇可調(diào) 控化學(xué)反應(yīng)的溫度的換熱介質(zhì)的合適溫度。所述物料溫度測量裝置和微波輻照腔溫度測量裝置可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公 知的溫度測量裝置，例如該溫度測量裝置可以為溫度傳感器，如紅外溫度傳感器或熱偶傳 感器。用于測量反應(yīng)物料溫度的溫度傳感器可以設(shè)置多個，可以分別沿槽體軸向的多個位置設(shè)置，例如在槽體的長度方向每隔100-500厘米設(shè)置一個溫度傳感器，以精確測量整個 槽體內(nèi)部不同部位反應(yīng)物料的溫度。所述控制器可以為單片機(jī)或PLC?？刂破鞲鶕?jù)溫度傳感器所測量的溫度來控制夾 層中換熱介質(zhì)的流量。當(dāng)反應(yīng)物料所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體副產(chǎn)物時，可以使用排出氣體裝置6來及 時排出氣體，因而可以進(jìn)一步推動化學(xué)反應(yīng)平衡向產(chǎn)物方向移動，進(jìn)一步提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn) 化率和產(chǎn)品的收率。當(dāng)化學(xué)反應(yīng)所排出的氣體為有毒有害氣體時，需要將其收集并處理，以 防污染環(huán)境，因此在優(yōu)選情況下，所述換氣裝置還包括收集裝置12以及處理裝置(圖中未 示出)。另外，為了合理利用熱源，所述換氣裝置還優(yōu)選包括換熱器，對排出的氣體副產(chǎn)物進(jìn) 行換熱，將排出氣體的熱量再次利用。當(dāng)所述換氣裝置為通入氣體裝置11時，可以通過該裝置11向微波輻照腔3內(nèi)通 入換熱氣體，從而調(diào)節(jié)該微波輻照腔3內(nèi)的溫度。通過上述換氣裝置、微波輻照腔內(nèi)的換熱器與槽體夾層的配合作用，可以更有效 的控制化學(xué)反應(yīng)的溫度以及微波輻照腔內(nèi)的溫度，使得即使微波輻照腔長時間連續(xù)工作后 也能有效控制槽體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的溫度。根據(jù)本發(fā)明提供的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，所述微波輻照腔和所述槽體各自獨(dú)立地為多 個；所述槽體串聯(lián)或并聯(lián)地設(shè)置在所述多個微波輻照腔中。當(dāng)所述槽體為多個時，它們可以在微波照射腔中并行設(shè)置，用于當(dāng)所處理的物料 量較大時，將物料分裝于各槽體中。當(dāng)反應(yīng)物料的化學(xué)反應(yīng)時間較長時，或者化學(xué)反應(yīng)為多步反應(yīng)、需要在不同反應(yīng) 階段陸續(xù)加入不同的反應(yīng)物時，所述微波輻照腔可以為多個，并設(shè)置多個進(jìn)料口，同時所述 槽體也為多個，所述多個槽體分別設(shè)置在所述多個微波輻照腔中，所述多個槽體依次連通。 微波輻照腔和槽體的數(shù)量例如可以為2-10個。如圖6所示，采用了 3個微波輻照腔，所述 槽體依次通過該3個微波輻照腔。本發(fā)明還提供了上述化學(xué)反應(yīng)設(shè)備在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用。所述化學(xué)反應(yīng)設(shè)備可以 用于各種需要加熱的液體反應(yīng)物料的化學(xué)反應(yīng)中，特別是當(dāng)本發(fā)明提供的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備用 于需要加熱且反應(yīng)過程中產(chǎn)生揮發(fā)性小分子如水、NH3, HCl等的反應(yīng)或者反應(yīng)物料為高粘 度、半固態(tài)和容易形成結(jié)垢的物料時，特別能體現(xiàn)本發(fā)明化學(xué)反應(yīng)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。所述化學(xué)反 應(yīng)例如可以為加成反應(yīng)、聚合反應(yīng)或取代反應(yīng)。具體的，所述取代反應(yīng)可以為酯化反應(yīng)、酯 交換反應(yīng)、醚化反應(yīng)、縮合反應(yīng)、水解反應(yīng)、烷基化反應(yīng)等。另外，還可以應(yīng)用于開環(huán)反應(yīng)、成 環(huán)反應(yīng)等。在應(yīng)用本發(fā)明提供的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備時，所述微波的頻率選用本領(lǐng)域技術(shù)人員公 知的頻率，例如915MHz和2450MHz。圖7示出了應(yīng)用本發(fā)明化學(xué)反應(yīng)設(shè)備的反應(yīng)系統(tǒng)示意圖。在該圖中，反應(yīng)物料在 物料混合器1中混合均勻，然后通過槽體2進(jìn)入微波輻照腔3中，通過調(diào)節(jié)微波的頻率對反 應(yīng)物料進(jìn)行加熱，反應(yīng)后所得到的產(chǎn)物進(jìn)入產(chǎn)品槽10中。下面采用具體的實(shí)施例的方式來詳細(xì)描述本發(fā)明，但本發(fā)明不會因此而受到任何 限制。實(shí)施例1本實(shí)施例采用圖1所示的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，其中，
9
微波輻照腔3采用不銹鋼制成，尺寸為10mX1.5mX2m;槽體2的材料為不銹鋼， 截面為方型，寬度為100mm，高度為300mm;槽體2在微波輻照腔3內(nèi)呈直形傾斜設(shè)置，總長 度約為IOm;槽體2在微波輻照腔3內(nèi)的進(jìn)口與出口高度差為Im;夾層22的厚度為20mm， 夾層內(nèi)設(shè)置200個翅片狀突起物23，各突起物的間隔均為50mm，夾層由不銹鋼制成；排出 氣體裝置6為功率為200W的排氣扇，該排出氣體裝置6在微波輻照腔3上的開口為半徑為 500mm的圓形。并設(shè)置有控制器單片機(jī)、以及物料溫度測量裝置，該溫度測量裝置為紅外溫 度傳感器，并在槽體上部以相同的間隔設(shè)置4個。采用上述本發(fā)明的上述化學(xué)反應(yīng)設(shè)備進(jìn)行酯化反應(yīng)合成植物留醇乙酸酯。反應(yīng)方程式如下
權(quán)利要求
一種化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，該化學(xué)反應(yīng)設(shè)備包括微波輻照裝置和化學(xué)反應(yīng)裝置，所述的微波輻照裝置包括微波發(fā)生裝置和微波輻照腔，其特征在于，所述化學(xué)反應(yīng)裝置包括槽體以及物料流動控制裝置，所述槽體的至少一部分位于所述微波輻照腔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述槽體為直形、螺旋形或蛇形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中，所述槽體頂部設(shè)置有至少部分覆蓋槽體的頂蓋ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述物料流動控制裝置包括推動物料流動的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述推動物料流動的裝置包括調(diào)節(jié)槽體兩端高 度差的槽體調(diào)節(jié)裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其中，所述槽體為直形，所述推動物料流動的裝置 包括多塊刮板和傳動裝置，所述多塊刮板間隔地固定在所述傳動裝置上，所述傳動裝置的 至少一部分設(shè)置在所述槽體內(nèi)，所述刮板的形狀與所述槽體的截面相匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其中，所述槽體為直形，所述推動物料流動的裝置 包括單螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)或多螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)，單螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)或多螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)位于槽體內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，所述單螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)或多螺桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)的螺旋葉片表 面上設(shè)置有一個或多個第一突起物；所述第一突起物沿螺桿徑向至螺桿軸的最小距離為螺 旋葉片外緣至螺桿軸的徑向距離的1/5-4/5，所述第一突起物沿螺桿軸向的長度為螺距的 1/5-4/5。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述物料流動控制裝置還包括改變物料流動狀 態(tài)的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述改變物料流動狀態(tài)的裝置包括設(shè)置在所述 槽體內(nèi)的第二突起物。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的設(shè)備，其中，所述改變物料流動狀態(tài)的裝置包括設(shè)置在 槽體內(nèi)的一個固體顆粒物床層或沿槽體長度方向排列的多個固體顆粒物床層，所述物料能 夠穿過該固體顆粒物床層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述固體顆粒物為固體催化劑顆粒。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的設(shè)備，其中，所述化學(xué)反應(yīng)設(shè)備還包括換熱裝置和溫度 測控裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述換熱裝置包括物料換熱裝置和/或微波輻 照腔換熱裝置，所述物料換熱裝置包括設(shè)置在所述槽體外側(cè)的可通入換熱介質(zhì)的夾層；所 述微波輻照腔換熱裝置包括設(shè)置在所述微波輻照腔上的換氣裝置和/或設(shè)置在微波輻照 腔內(nèi)的換熱器，所述換氣裝置為排出氣體裝置和/或通入氣體裝置；所述溫度測控裝置包括控制器、以及物料溫度測量裝置和/或微波輻照腔溫度測量裝置；所述控制器接收物料溫度測量裝置測量的物料溫度，并根據(jù)換熱介質(zhì)的溫度和所測量 的物料溫度控制所述夾層中換熱介質(zhì)的流量；和/或接收微波輻照腔溫度測量裝置測量的 微波輻照腔內(nèi)的溫度，并根據(jù)所測量的微波輻照腔溫度控制所述通氣裝置的氣體流量和/ 或根據(jù)換熱器內(nèi)換熱介質(zhì)的溫度和所測量的微波輻照腔溫度控制換熱器內(nèi)換熱介質(zhì)的流
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述夾層與所述槽體共用至少一個表面，所述 夾層內(nèi)設(shè)置有多個第三突起物，所述多個第三突起物設(shè)置在所述共用的至少一個表面上。
16.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的設(shè)備，其中，所述微波輻照腔和所述槽體各自獨(dú)立地為 多個；所述槽體串聯(lián)或并聯(lián)地設(shè)置在所述多個微波輻照腔中。
17.—種權(quán)利要求1-16中任意一項(xiàng)所述設(shè)備在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，該化學(xué)反應(yīng)設(shè)備包括微波輻照裝置和化學(xué)反應(yīng)裝置，所述的微波輻照裝置包括微波發(fā)生裝置和微波輻照腔，所述化學(xué)反應(yīng)裝置包括槽體以及物料流動控制裝置，所述槽體的至少一部分位于所述微波輻照腔中。還提供了該化學(xué)反應(yīng)設(shè)備在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用。本發(fā)明提供的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備，可以適用于各種液體物料在其中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，尤其適用于高粘度、半固態(tài)和容易形成結(jié)垢物料的化學(xué)反應(yīng)以及多相反應(yīng)和多相催化反應(yīng)。同時，將本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備應(yīng)用于產(chǎn)生氣體副產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)時，可以提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品的收率。
文檔編號B01J19/12GK101954266SQ20091008880
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者朱純峰, 李云龍, 童揚(yáng)傳 申請人:北京思踐通科技發(fā)展有限公司