CN111346581A

CN111346581A - 一种微波薄膜反应装置

Info

Publication number: CN111346581A
Application number: CN201811576457.1A
Authority: CN
Inventors: 谭昊明; 付其璋; 陈和粲
Original assignee: Shanghai Taichu Chemical Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Taichu Chemical Technology Co ltd
Priority date: 2018-12-22
Filing date: 2018-12-22
Publication date: 2020-06-30

Abstract

一种微波薄膜反应装置，包括四部分，第一部分机械传动装置（1），第二部分是微波发射装置（2）；第三部分为成膜装置（3）；第四部分为反应器壁(4)围成的空腔；在所述反应装置中，成膜装置在反应器壁围城的空腔内部，通过机械传动装置使成膜装置（2）和/或反应器壁（4）运动，使得物料液体沿反应器壁呈膜状流动，微波照射所述流动液体促进化学反应加速进行。

Description

一种微波薄膜反应装置

技术领域

本发明属于新型化学反应器领域。具体涉及到一种新型的反应装置，通过成膜装置部件和反应器壁的空腔的运动，将反应物料液体利用物理力制成薄膜沿着反应器壁流动，并通过微波促进化学反应的装置。

背景技术

微波作用于化学反应具有快速、低能耗、高效率和绿色环保的特点。微波促进一些反应速度可以达到常见的化学反应10000倍以上，一般需要几十个小时的反应用微波促进的话只需要几分钟。但是，微波促进化学反应也有着其难以克服的缺点，一般而言，传统的反应釜，液体的厚度太大很大，微波被液体表面吸收，很难渗透在液体的内部。更为主要的是，反应体系内部反应速度过快，反应体系内部的热量很难从体系内部移除。内部过热会导致体系突然气化，出现非常大的安全风险。虽然，一些通过微通道反应器或者管式反应器连续反应器解决这样的问题，但是这样的解决方案有如下两个缺点: 一个缺点是微通道反应器或者管式反应器当液体粘度变大的时候，会堵塞反应器，需要的输送泵的压力会超过使用范围；另一个缺点是微通道或者管式反应器产生的小分子产物很难从体系移出。

发明内容

本发明提供一种新型的微波薄膜连续反应器，该反应器具有如下的优点，通过成膜装置和/或者反应器壁的运动把液体物料制成薄膜，利用离心力让液膜沿着反应器壁流动，用微波照射反应液膜。这样该反应具有如下几个优点：

1）由于用反应壁围成的空腔和/成膜装置的运动，使得反应形成薄膜，克服了传统的釜式反应器液体厚度的问题，微波可以均匀地照射在液膜表面，提高反应速度的同时提高微波的利用率；

2）由于液膜的产生，微波照射后，不会产生内部过热产生的液体突然大幅度气化所产生的安全风险；

3）由于液体是膜状结构，散热面积大，使得反应器既有微波反应迅速的特点，又具备散热迅速的特点，控制反应副反应的发生；

4）可以在反应器上安装其他的蒸发装置，避免了原微波管式反应器和微通道反应器小分子不能从体系散逸出来的问题；

5) 更为主要的，液体的流速可以是通过物理力控制，避免管式反应器和微通道反应器不能使用高粘流体的限制。

本发明公开了一种微波薄膜反应装置，包括四部分，第一部分机械传动装置（1），是微波发射装置（2）；第二部分为成膜装置（3）；第三部分为反应器壁(4)围成的空腔；在所述反应装置中，成膜装置在反应器壁围城的空腔内部，通过机械传动装置带动成膜装置（2）和/或反应器壁（4）的运动，使得物料液体沿反应器壁呈膜状流动，微波照射所述流动液体促进化学反应加速进行，该装置可以避免传统反应釜式微波反应器中由于液体过厚，对于微波的吸收作用导致反应效率的下降，同时由于反应使呈薄膜进行，避免了内部过热出现的安全风险。

一种微波薄膜反应器，所述成膜装置可以有以下结构：1)一种是成膜装置是刮板，刮板和反应器壁的距离在0.1mm-50mm之间，优选在1mm-10mm之间（见附图1）；其中，刮板和/或反应器可以旋转，利用二者之间的相对运动，离心力可以使物料液体旋转运动；2）第二种成膜装置是由螺旋杆组成，螺杆的螺纹深度在0.1-50mm之间，优选1-5mm，螺杆和/或反应器壁可以旋转；利用螺杆和反应器壁之间的相对运动，产生的离心力可以使物料液体旋转运动。(见附图2）类似的成膜装置还有很多，只要通过物理力使得物料液体成薄膜沿着反应器壁运动就可以实现目的。

一种微波薄膜反应器反应装置，该反应器的反应器壁空腔为圆柱形、圆锥形、圆锥台型，半圆球型或者半椭球型。

上述的微波薄膜反应装置，微波发射装置可以在所述反应器壁（3）构成的空腔的内部，也可以在反应器壁（3）构成的空腔的外部，更可以在同时在所述空腔的内部和外部同时安装。反应器壁为可以透过微波材料的时候，微波发射装置可以同时安装在反应器壁的内侧。

该反应装置可以单独使用进行间歇反应，也可以串联使用形成连续反应装置，还可以和其他如管式反应器、微通道反应器联合使用，达到一加一大于二的效果。另外，该反应装置还可以接上回流反应器，真空蒸馏装置这样的部件。

正是这种优势，很多的有机化学反应可以该在反应器中实施。

附图说明

附图1为刮板式的微波薄膜反应器：

其中：

1、为机械传动装置；

2、为微波发生装置，可以为导波管

3、为刮板

4、反应器壁

附图2为螺杆式微波薄膜反应器

其中：

1、机械传动装置

2、为微波发射装置

3、为反应器

4、位螺杆

5、为螺纹

具体实施方式

为了使得本领域的技术人员可以充分理解本发明的装置的基本原理和操作方法，本发明结合附图1 和附图2的装置来说明本发明装置的工作原理。当然，本发明的结构不限于附图1或附图2所公开的结构，本领域技术人员可以通过附图1或者2的结构给出的启示设计出其他具有同样原理的反应装置。

实施例1：在该实施例中，机械搅拌装置(1)，反应器壁围成一个圆柱形空腔，中间的搅拌杆附有其导波结构，导波开口从搅拌杆指向反应器壁。在搅拌结构上具有随搅拌杆一同做螺旋运动的刮板，刮板与反应器壁的距离在5mm 见(附图1)。

其操作过程是这样的：反应物料液体形式成切线进入到反应釜内，由于刮板的高速运动，反应物料液体被刮板带动成薄膜涂布在反应器壁内表面，微波从导波管照射该液体表面，反应迅速进行，由于重力的作用，反应物料液体在反应器壁呈螺旋下降。反应产生的小分子化合物可以通过反应壁的空腔被各种方式带出反应装置。反应实现了迅速、同时避免了微波反应过热的问题。

实施例2：在该实施例中，反应器壁构成的圆柱形空腔，成膜装置为一个与圆柱形空前形状接近额圆柱体，圆柱体上有成螺线性凹进，一端与机械传动方式连接，另一方指向反应壁空腔的出口。轴端与反应器的轴线水平，通过成膜装置沿着轴线转动，推动反应物料液体前进。反应器壁可以透过微波，外面有微波发生装置。（附图2）

反应物料液体通过反应器壁进入到成膜装置的螺线内，由于旋转的离心力沿着反应器壁和成膜装置的凹槽螺旋前进。反应器壁为可以透过微波的材料，微波透过反应器壁照射到物料液体。

实施例3：其结构与实施例2 的机构类似，只是，反应器壁和成膜装置可以做相同方向或者相对方向运动。

实施例4：其结构与实施例2或者实施例3的结构类似，只是反应器壁上也有凹槽。

实施例5：其结构与实施例1的结构相似，反应器壁上有一定深度的凹槽。

实施例6：其结构与实施例2接近，只是成膜装置上的凹槽沿着成膜装置指向反应器壁的出口，液体的流动方向是在凹槽内沿着反应器壁的轴向运动向出口方向流动。

同样的实施例会有很多，只要通过成膜装置和反应器壁的相对运动，实现反应物料液成薄膜状在沿着反应器壁运动，都可以实现本发明的构思。

Claims

1.一种微波薄膜反应装置，包括：第一部分机械传动装置（1），第二部分微波发射装置（2）；第三部分为成膜装置（3）；第四部分为反应器壁(4)围成的空腔；在所述反应装置中，成膜装置在反应器壁围城的空腔内部，通过机械传动装置使成膜装置（2）和/或反应器壁（4）运动，使得物料液体沿反应器壁呈膜状流动，微波照射所述流动液体促进化学反应加速进行。

2.根据权利要求1所述的微波薄膜反应装置，所述运动为旋转运动。

3.根据权利要求1或者权利要求2所述一种微波薄膜反应装置，所述反应器壁（4）围成中空的空腔，所述成膜装置（3）为的边缘接近反应器壁内表面接近的板状物。

4.根据权利要求1或者权利要求2所述一种微波薄膜反应装置，所述反应器壁（4）形成中空的空腔，所述成膜装置的形状与所述空腔内表面围成的形状相同，外边缘与反应器壁接近。

5.根据权利要求3-4所述的任何一种微波薄膜反应装置，所述成膜装置（3）边缘与反应器壁（4）空腔内表面的距离在0.01mm-100mm，优选0.1-5.0mm。

6.根据权利要求4所述的一种微波薄膜反应装置，所述成膜装置（3）外表面上有螺旋线形的具有特定截面的连续凹进部分。

7.根据权利要求6所述的一种微波薄膜反应装置，所述的连续凹进部分的深度在0.01mm-100mm，优选0.1-5.0mm。

8.根据权利要求1所述的微波薄膜反应装置，所述反应器壁（4）形成空腔，其特征空腔为圆柱形、圆锥台形、圆锥形、球型、半球形、或者椭球形。

9.根据权利要求1-8所述的任何一种微波薄膜反应装置，所述的微波发射装置在所述反应器壁（3）构成的空腔的内部和/或外部。

10.根据权利要求9所述的微波薄膜反应装置，其特征为反应器壁由可以透过微波的材料制成。