CN112844272A - 微波转底炉在炭化反应中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波转底炉在炭化反应中的应用，属于化工加热设备技术领域，包括以下步骤：将待炭化物料经微波转底炉的进料口均匀铺设于耐火转底的物料托盘上；启动微波转底炉的微波发生器，通过若干个设置于物料托盘上方的波导对物料进行微波辐射，使物料托盘内的物料发生炭化反应；启动微波转底炉侧面的螺旋出料机，将炭化后的物料铲起进入螺旋出料机排出。本发明通过控制微波发生器的功率，可使物料在随微波转底炉旋转过程中逐渐加热炭化，具有加热速度快、热效率高、稳定性好的优点，能够实现连续化、规模化生产，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明属于化工加热设备技术领域，尤其涉及一种微波转底炉在炭化反应中的应用。
背景技术
鉴于微波加热具有穿透力强，加热效率高，加热迅速，温度均匀等优势，部分学者认为微波辐照存在“非热效应”，对于化学反应具有促进作用。因此，微波辐照在化工领域受到广泛的关注。但当前使用的微波设备中，家用微波炉属问歇式加热，功率密度低、重复性差，无法进行规模化作业；大功率高温微波设备，均存在微波场分布不均匀，设备密闭性不好，反应器内温度场分布单一等问题，导致设备稳定性差、使用寿命短。由于化工反应过程对温度、压力、时间等参数控制要求严格，这直接的影响产品的质量、收率和设备的安全稳定运行，同时化工反应过程还存在腐蚀、高温等问题导致微波设备难以应用于连续化生产的化工领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种微波转底炉，旨在解决上述现有技术中转底炉加热速度慢、热效率低、微波分布不均匀，家用微波炉无法进行规模化作业，以及大功率微波设备稳定性差、使用寿命短的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种微波转底炉在炭化反应中的应用，包括以下步骤：
S1：将待炭化物料经微波转底炉的进料口均匀铺设于耐火转底的物料托盘上；
S2：启动微波转底炉的微波发生器，通过若干个设置于物料托盘上方的波导对物料进行微波辐射，使物料托盘内的物料发生炭化反应；
S3：启动微波转底炉侧面的螺旋出料机，利用出料铲料器将炭化后的物料铲起并进入螺旋出料机排出；
所述物料托盘沿周向分为进料区、第一反应区、第二反应区、第三反应区和出料区，所述微波转底炉的进料口与进料区相对应，所述微波转底炉的出料铲料器与材料区相对应；通过控制微波发生器的功率和时间，可使物料在随微波转底炉旋转过程中逐渐加热炭化。
优选的，所述物料为吸附废硫酸的炭材料，第一反应区的物料温度控制在100～160℃，停留时间为5～150min；第二反应区的物料温度控制在160～210℃，再停留时间5～150min；第三反应区的物料温度控制在210～280℃，停留时间5～100min；通过调节微波发生器的功率和时间来控制第一反应区、第二反应区和第三反应区内的温度。
优选的，所述物料为含有机物的废盐，第一反应区的物料温度控制在100～200℃，停留时间为5～150min；第二反应区的物料温度控制在200～280℃，再停留时间5～150min；第三反应区的物料温度控制在280～380℃，停留时间5～100min；通过调节微波发生器的功率和时间来控制第一反应区、第二反应区和第三反应区内的温度。
优选的，所述微波转底炉包括圆盘状耐火转底，所述耐火转底设置于底座上、且由旋转机构驱动其旋转，所述耐火转底的上表面边缘设有用于盛装待炭化物料的物料托盘；所述物料托盘及耐火转底均设置于内壳的内部，所述物料托盘的上方设有若干个与微波发生器相连的波导，若干个波导沿内壳的边缘周向设置，波导的出口延伸至内壳内，用于对物料托盘内的物料进行辐射；所述内壳的外部设有保护外壳，所述保护外壳及保护罩的顶部均设有一一对应的进料口及排气孔。
优选的，所述物料托盘由耐火耐腐蚀材质制作而成，所述物料托盘的外侧设有环形的外护板、内侧设有环形的微波挡板，所述内壳及微波挡板能够将物料托盘内围成环形的炭化炉腔；所述内壳上设有若干个与微波发生器相连的温控器，用于检测炭化炉腔内的温度并控制微波发生器的功率；所述保护外壳、内壳及微波挡板均为能够反射微波的材料。
优选的，所述内壳的底部通过迷宫式密封结构与耐火转底相连，所述迷宫式密封结构包括动密封座和静密封，所述动密封座为外侧边缘设有凸檐的环形台，所述动密封座的里侧一端与耐火转底的外壁相连、另一端延伸至内壳的外侧；所述静密封设置于动密封座内、且置于内壳的外侧，所述静密封的纵截面为倒置L形，所述静密封扣合于内壳与动密封座的交界处、且与内壳外壁相连，所述静密封的内部设有密封填料；所述动密封座的凸檐通过弹性组件与静密封的外壁抵接；所述内壳的底部与动密封座之间设有密封圈。
优选的，所述物料托盘的上方设有设置于内壳顶部的出料铲料器，所述出料铲料器包括对接短节及铲料板，所述对接短节的一端与螺旋出料机的进口相连、另一端与铲料板相连；所述铲料板为自上而下倾斜的弧形弯道，所述铲料板的下端能够与物料托盘的上表面抵接，用于铲除物料托盘上炭化后的物料、且随着耐火转底的旋转使其物料沿着铲料板上升至螺旋出料机的进口。
优选的，所述内壳顶部的进料口下端连接进料分布器，所述进料分布器用于刮匀随耐火转底旋转的物料托盘上的物料厚度。
优选的，所述波导为直角波导，若干个直角波导呈环形分布在内壳顶部、且对应设置于物料托盘的上方。
优选的，所述旋转机构包括支撑轴、定位辊轮及用于驱动耐火转底旋转的驱动部件，所述支撑轴设置于耐火转底与底座之间、且设置于耐火转底的中部；所述定位辊轮为两个以上、且周向均布于耐火转底的底部，所述定位辊轮通过调节件与耐火转底相连，用于调整耐火转底的水平度。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过将待炭化物料铺设在耐火转底上的物料托盘内；通过物料托盘上方的若干个波导对物料进行微波辐射，使物料托盘内的物料发生炭化反应；最后经出料铲料器将炭化后的物料铲起进入螺旋出料机排出。本发明通过控制微波发生器的功率，可使物料在随微波转底炉旋转过程中逐渐加热炭化，具有加热速度快、热效率高、稳定性好的优点，能够实现连续化生产，提高工作效率，实现规模化作业。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例提供的一种微波转底炉的结构示意图；
图2是本发明实施例中微波发生器在内壳顶部的布置示意图；
图3是本发明中迷宫式密封结构的结构示意图；
图4是本发明实施例中出料铲料器的分解示意图；
图5是图4中出料铲料器的俯视图；
图中：1、保护外壳；2、排气孔；3、进料口；4、外壳支架；5、内壳支架；6、微波发生器；7、内壳；8、物料托盘；9、保温层；10、耐火转底；11、定位辊轮；12、底座；13、动密封座；14、静密封；15、定位调节杆；16、炭化炉腔；17、外护板；18、螺旋出料机；19、进料分布器；20、出料铲料器；21、微波挡板；22、检修口；23、波导；24、旋转轴；25、驱动部件。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种微波转底炉在炭化反应中的应用，包括以下步骤：
S1：将待炭化物料经微波转底炉的进料口均匀铺设于耐火转底10的物料托盘8上；
S2：启动微波转底炉的微波发生器6，通过若干个设置于物料托盘8上方的波导23对物料进行微波辐射，使物料托盘8内的物料发生炭化反应；
S3：启动微波转底炉侧面的螺旋出料机18，利用出料铲料器20将炭化后的物料铲起并进入螺旋出料机18排出；
所述物料托盘8沿周向分为进料区、第一反应区、第二反应区、第三反应区和出料区，所述微波转底炉的进料口3与进料区相对应，所述微波转底炉的出料铲料器20与材料区相对应；通过控制微波发生器6的功率和时间，可使物料在随微波转底炉旋转过程中逐渐加热炭化。
在本发明的一个具体实施例中，所述物料为吸附废硫酸的炭材料，炭作为微波的“敏化剂”将高强度短脉冲微波辐射聚焦到炭表面，通过表面点位与微波能的强烈相互作用，将微波能转变为热能，从而选择性地升高某些表面点位的温度，使炭、废硫酸中的有机物和硫酸的接触表面发生化学催化反应，把硫酸还原为二氧化硫。第一反应区的物料温度控制在100～160℃，停留时间为5～150min；第二反应区的物料温度控制在160～210℃，再停留时间5～150min；第三反应区的物料温度控制在210～280℃，停留时间5～100min；通过调节微波发生器的功率和时间控制第一反应区、第二反应区和第三反应区内的温度逐渐提高。采用该方案能够实现合理控制废硫酸和炭材料的反应温度和反应速率，避免反应生成的二氧化硫还原为硫磺。反应产生的二氧化硫气体通过排气口及时排出，并收集利用，提供了一种废硫酸还原为二氧化硫的新技术。
在本发明的另一个具体实施例中，所述物料为含有机物的废盐，第一反应区的物料温度控制在100～200℃，停留时间为5～150min；第二反应区的物料温度控制在200～280℃，再停留时间5～150min；第三反应区的物料温度控制在280～380℃，停留时间5～100min；通过调节微波发生器的功率和时间控制第一反应区、第二反应区和第三反应区内的温度逐渐提高。物料托盘内的物料经过微波辐射，废盐中的有机物吸收微波而升温，废盐中的有机物得以炭化和热解，部分有机物热解为气体通过排气口排出，部分有机物炭化为不溶于水的炭材料；然后再用热水溶解炭化后的盐，趁热过滤盐溶液，把炭去除，滤液降温结晶、过滤得到不含有机物的盐，过滤后的母液升温后用于溶解炭化后的盐。处理过程中也可以在含有机物的废盐中加入部分炭材料，以提高物料的反应温度。
如图1、2所示的微波转底炉包括圆盘状耐火转底10，所述耐火转底10设置于底座12上、且由旋转机构驱动其旋转，所述耐火转底10的上表面边缘设有用于盛装待炭化物料的物料托盘8，物料托盘可选用耐酸碱材质制作；所述物料托盘8及耐火转底10均设置于内壳7的内部，所述物料托盘8的上方设有若干个与微波发生器6相连的波导23，若干个波导23沿内壳7的边缘周向设置，波导23的出口延伸至内壳7内，用于对物料托盘8内的物料进行辐射；所述内壳7的外部设有保护外壳1，所述保护外壳1及内壳7的顶部均设有一一对应的进料口及排气孔。待炭化物料经进料口平铺在物料托盘内，微波经波导辐射至物料上，物料托盘随耐火转底在旋转机构的驱动下旋转，物料在旋转过程中逐渐升温炭化。
鉴于微波是介于红外和无线电波之间的电磁波谱，波长范围介于1mm～1m，频率在0.3～300GHz，用于热解技术的微波频率固定在2450MHz 或900MHz。现有技术中常用常规加热设备，设备预热、辐射热损失和高温介质热损失在总的能耗中占据较大的比例，而微波作为一种绿色高效的加热方法，可以通过在物料内部的能量耗散选择性加热物料，具有加热均匀、热效率高、清洁无污染等常规加热方式无法比拟的优点。本发明能够通过控制微波发***的功率来调节物料加热温度，提高了物料的化学反应。
在本发明的一个具体实施例中，如图1、2所示，所述内壳7通过内壳支架5设置于耐火转底10及物料托盘8的外侧，所述保护外壳1通过外壳支架4设置于内壳7的外侧；所述内壳7的外表面设有保温层9，保温层可选用微波专用的保温材料，诸如氧化铝多晶纤维一类的晶质陶瓷纤维。同时，在保护外壳1的侧面设有检修口22，方便检修、维护。利用内壳将物料托盘密封起来，避免外壁泄漏；借助保温层能够确保加热反应效果。利用外部的保护外壳能够对内部各部件起到保护作用。
进一步优化上述技术方案，如图1所示，所述内壳7及保护外壳1的四周底部均设有定位调节杆15，用于调节内壳7及保护外壳1与耐火转底10之间的距离。
在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，所述物料托盘由耐火耐腐蚀材质制作而成，可选用不锈钢、氮化硅、碳化硅、石英玻璃或合金钢；所述物料托盘8的外侧设有环形的外护板17、内侧设有环形的微波挡板21，所述内壳7及微波挡板21能够将物料托盘8内围成环形的炭化炉腔16；所述内壳7上设有若干个与微波发生器相连的温控器，用于检测炭化炉腔内的温度并控制微波发生器的功率。物料密封在炭化炉腔内能够充分接受微波辐射，通过温控器监控内部温度，并合理控制微波发生器的功率，保证物料的碳化反应温度，同时起到节能降耗的作用。
进一步优化上述技术方案，所述保护外壳1、内壳7及微波挡板21均为能够反射微波的材料，优选不锈钢材质。微波进行加热时，物料能吸收微波，并转化为热能，而不锈钢金属材料是微波反射型材料，它只能反射而不能吸收微波(或极少吸收微波)。因此，热损失极少，进而降低了设备能耗。再加上微波加热是内部“体热源”，它并不需要高温介质来传热，因此绝大部分微波能量被介质物料吸收并转化为升温所需要的热量，形成了微波能量利用高效率的特性。
在本发明的一个具体实施例中，如图3所示，所述内壳7的底部通过迷宫式密封结构与耐火转底10相连，所述迷宫式密封结构包括动密封座13和静密封14，所述动密封座13为外侧边缘设有凸檐的环形台，所述动密封座13的里侧一端与耐火转底10的外壁相连、另一端延伸至内壳8的外侧；所述静密封14设置于动密封座13内、且置于内壳7的外侧，所述静密封14的纵截面为倒置L形，所述静密封14扣合于内壳7与动密封座13的交界处、且与内壳7外壁相连，所述静密封14的内部设有密封填料；所述动密封座13的凸檐通过弹性组件与静密封14的外壁抵接。同时，内壳7的底部与动密封座13的上表面件设有密封圈，进一步提高密封效果。其中，弹性组件包括压紧销和弹簧，压紧销贯穿动密封座的凸檐，压紧销的里侧套装弹簧，且压紧销的末端与静密封外壁抵接。动密封座随耐火转底旋转过程中，借助压紧销和弹簧将静密封压紧在内壳的外侧，实现内壳密封、避免微波外泄的目的。
在本发明的一个具体实施例中，如图1、2、4、5所示，所述物料托盘8的上方设有设置于内壳7顶部的出料铲料器20，所述出料铲料器20包括对接短节201及铲料板202，所述对接短节201的一端与螺旋出料机18的进口相连、另一端与铲料板202相连；所述铲料板202为自上而下倾斜的弧形弯道，所述铲料板202的下端能够与物料托盘8的上表面抵接，用于铲除物料托盘8上炭化后的物料、且随着耐火转底10的旋转使其物料沿着铲料板202上升至螺旋出料机18的进口，随后利用螺旋出料机将成品物料输送出去。具体制作时，可将出料铲料器通过升降机构与内壳相连。在需要出料时，将出料铲料器降至与物料托盘抵接，随着耐火转底的旋转可将物料铲起推入螺旋出料机的进口处，得以排出；在物料加热反应过程中，可将出料铲料器升起来，避免其干扰物料随耐火转底旋转。
在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，所述内壳7顶部的进料口下端连接进料分布器19，所述进料分布器19为板状，用于刮匀随耐火转底10旋转的物料托盘8上的物料厚度。进料分布器的下端与物料托盘的宽度相匹配，可使物料均匀布满物料托盘。同理，进料分布器也通过升降机构与内壳相连。在进料过程中，将出料铲料器降至与物料托盘上物料接触，随着耐火转底的旋转可将物料的顶部抹平，使物料均匀平铺在物料托盘内；在物料加热反应过程中，可将进料分布器升起来，避免其干扰物料随耐火转底旋转。
在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，所述旋转机构包括支撑轴24、定位辊轮11及用于驱动耐火转底10旋转的驱动部件25，所述支撑轴24设置于耐火转底10与底座12之间、且设置于耐火转底10的中部；所述定位辊轮11为两个以上、且周向均布于耐火转底10的底部，所述定位辊轮10通过调节件与耐火转底10相连，用于调整耐火转底10的水平度；所述底座12上设有与定位辊轮11相配合的环形轨道。同时，将保护外壳及内壳底部的定位调节杆15均安装在底座12上。其中，驱动部件25可选用链传动或齿轮传动，这些现有技术，在此不再赘述。
进一步优化上述技术方案，如图1、2所示，所述波导23为直角波导，若干个直角波导23呈环形分布在内壳7顶部、且对应设置于物料托盘8的上方。根据实际情况在内壳顶部布置一圈直角波导，或布置多圈直角波导、且波导交错布置，确保物料充分受到微波辐射。当波导23呈两圈布置时，依次相邻的每三个波导均呈等腰三角形布置，等腰三角形的两底角为30-80度，两腰长为100-500mm。波导分布的疏密程度亦可根据实际情况设定，在所需加热温度低的地方，内壳顶部的波导间距大一些；反之，波导间距小一些。采用该结构能够节能降耗；同时，也可以避免温度过高，物料发生其他副反应。
综上所述，本发明具有结构简单紧凑、物料炭化效果好的优点，利用布置在内壳顶部的直角波导对下方物料托盘上的物料进行微波辐射，物料在随耐火转底旋转过程中持续受到微波辐射，实现物料的持续加热，确保物料炭化反应更充分。本发明采用不锈钢材质的内壳、微波挡板及保护外壳在避免微波泄漏的同时，可确保微波充分辐射到物料上，同时利用保温层，起到降低能耗的目的。本发明可以实现高温、耐腐蚀的化工生产连续化，提高生产效率。
在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。
Claims (10)
1.一种微波转底炉在炭化反应中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将待炭化物料经微波转底炉的进料口均匀铺设于耐火转底的物料托盘上；
S2：启动微波转底炉的微波发生器，通过若干个设置于物料托盘上方的波导对物料进行微波辐射，使物料托盘内的物料发生炭化反应；
S3：启动微波转底炉侧面的螺旋出料机，利用出料铲料器将炭化后的物料铲起并进入螺旋出料机排出；
所述物料托盘沿周向分为进料区、第一反应区、第二反应区、第三反应区和出料区，所述微波转底炉的进料口与进料区相对应，所述微波转底炉的出料铲料器与出料区相对应，所述进料区与出料区相邻；通过控制微波发生器的功率和时间，可使物料在随微波转底炉旋转过程中逐渐加热炭化。
2.根据权利要求1所述的微波转底炉在炭化反应中的应用，其特征在于：所述物料为吸附废硫酸的炭材料，第一反应区的物料温度控制在100～160℃，停留时间为5～150min；第二反应区的物料温度控制在160～210℃，再停留时间5～150min；第三反应区的物料温度控制在210～280℃，停留时间5～100min；通过调节微波发生器的功率和时间来控制第一反应区、第二反应区和第三反应区内的温度。
3.根据权利要求1所述的微波转底炉在炭化反应中的应用，其特征在于：所述物料为含有机物的废盐，第一反应区的物料温度控制在100～200℃，停留时间为5～150min；第二反应区的物料温度控制在200～280℃，再停留时间5～150min；第三反应区的物料温度控制在280～380℃，停留时间5～100min；通过调节微波发生器的功率和时间来控制第一反应区、第二反应区和第三反应区内的温度通过调节微波发生器的功率和时间来控制第一反应区、第二反应区和第三反应区内的温度。
4.根据权利要求1-3任一项所述的微波转底炉在炭化反应中的应用，其特征在于：所述微波转底炉包括圆盘状耐火转底，所述耐火转底设置于底座上、且由旋转机构驱动其旋转，所述耐火转底的上表面边缘设有用于盛装待炭化物料的物料托盘；所述物料托盘及耐火转底均设置于内壳的内部，所述物料托盘的上方设有若干个与微波发生器相连的波导，若干个波导沿内壳的边缘周向设置，波导的出口延伸至内壳内，用于对物料托盘内的物料进行辐射；所述内壳的外部设有保护外壳，所述保护外壳及保护罩的顶部均设有一一对应的进料口及排气孔。
5.根据权利要求4所述的微波转底炉在炭化反应中的应用，其特征在于：所述物料托盘由耐火耐腐蚀材质制作而成，所述物料托盘的外侧设有环形的外护板、内侧设有环形的微波挡板，所述内壳及微波挡板能够将物料托盘内围成环形的炭化炉腔；所述内壳上设有若干个与微波发生器相连的温控器，用于检测炭化炉腔内的温度并控制微波发生器的功率；所述保护外壳、内壳及微波挡板均为能够反射微波的材料。
6.根据权利要求4所述的微波转底炉在炭化反应中的应用，其特征在于：所述内壳的底部通过迷宫式密封结构与耐火转底相连，所述迷宫式密封结构包括动密封座和静密封，所述动密封座为外侧边缘设有凸檐的环形台，所述动密封座的里侧一端与耐火转底的外壁相连、另一端延伸至内壳的外侧；所述静密封设置于动密封座内、且置于内壳的外侧，所述静密封的纵截面为倒置L形，所述静密封扣合于内壳与动密封座的交界处、且与内壳外壁相连，所述静密封的内部设有密封填料；所述动密封座的凸檐通过弹性组件与静密封的外壁抵接；所述内壳的底部与动密封座之间设有密封圈。
7.根据权利要求4所述的微波转底炉在炭化反应中的应用，其特征在于：所述物料托盘的上方设有设置于内壳顶部的出料铲料器，所述出料铲料器包括对接短节及铲料板，所述对接短节的一端与螺旋出料机的进口相连、另一端与铲料板相连；所述铲料板为自上而下倾斜的弧形弯道，所述铲料板的下端能够与物料托盘的上表面抵接，用于铲除物料托盘上炭化后的物料、且随着耐火转底的旋转使其物料沿着铲料板上升至螺旋出料机的进口。
8.根据权利要求4所述的微波转底炉在炭化反应中的应用，其特征在于：所述内壳顶部的进料口下端连接进料分布器，所述进料分布器用于刮匀随耐火转底旋转的物料托盘上的物料厚度。
9.根据权利要求4所述的微波转底炉在炭化反应中的应用，其特征在于：所述波导为直角波导，若干个直角波导呈环形分布在内壳顶部、且对应设置于物料托盘的上方；依次相邻的波导每三个均呈等腰三角形布置。
10.根据权利要求4所述的微波转底炉在炭化反应中的应用，其特征在于：所述旋转机构包括支撑轴、定位辊轮及用于驱动耐火转底旋转的驱动部件，所述支撑轴设置于耐火转底与底座之间、且设置于耐火转底的中部；所述定位辊轮为两个以上、且周向均布于耐火转底的底部，所述定位辊轮通过调节件与耐火转底相连，用于调整耐火转底的水平度。
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