一种微波化学反应放大装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及基础化学研究及化工领域中的微波化学反应放大装置，特别是微波化学反应的研究、中试和量产的微波辐照腔放大装置。本实用新型专利技术包括上出入口，微波辐照腔和下出入口，微波辐照腔是由２层以上的多角形或环形波导腔环绕形成多角柱形或圆柱形的微波辐照腔，多角形或环形波导腔以层叠的“积木式”层状结构设置。与现有技术相比，本实用新型专利技术在扩展和放大微波辐照腔时，仍能稳定保持实验室微波反应条件，提供高频率稳定性、高功率密度、高Ｑ因子的微波辐照，并能有效克服传统微波腔中因相互叠加谐振而产生的大量谐波，使微波频率更加稳定，并消除辐照腔内的不规律的冷点和热点，也克服了因微波磁控管之间相互照射导致磁控管老化加快的问题。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及基础化学研究及化工领域中的微波化学反应装置，具 体涉及所有微波化学反应的研究、中试和量产的微波辐照腔放大装置。
技术介绍
微波化学反应相对于普通热化学反应具有速度快、选择性好等优点，但鉴于2450/915MHz的微波对水的穿透半径仅2. 5/6. 7cm，受微波穿透能 力的限制，微波化学反应从实验室的方法研究到小批量的中试放大重现研 究条件已经相当困难，至于按研究条件批量放大或量产等实际应用则更加 难以达到反应条件的基本要求。另外，类似家用微波炉结构(立方体、长 方体、圆柱体微波腔)的多模微波装置，会在微波腔中发生复杂的入射微 波及多级反射微波相互叠加谐振的现象，产生大量谐波，造成微波频率的 杂乱和不稳定，并在腔内形成不规律的冷点和热点，从而严重影响到微波 化学作用的稳定性和一致性。目前用于精确微波化学反应条件研究的，主要有美国CEM公司的 DISCOVER系列及瑞典BioTage公司的Inatiator单膜微波反应器，其微波 频率相对稳定，但反应体积最大仅20mL (BioTage) 、 125mL(CEM)。微波 放大反应装置目前主要是类似于家用微波炉的多模微波装置，炉腔体积从 15L的家用微波炉到80L的工业微波炉，反应器体积最大IOL。但是，如 前所述的微波穿透性问题以及多模微波频率的不稳定性带来的冷点和热 点问题，决定了多模微波装置也无法真正用于反应放大。也有在大体积微波反应装置上安装多个(比如15个)微波磁控管以提高功率、增加微波辐照角度的尝试，但该类装置增加的不同微波源间的 微波谐振，不但会产生更多的不规律的冷点和热点，还会产生因为微波磁 控管之间相互照射导致磁控管老化加快的问题，并且依然无法解决反应釜体积和微波穿透性之间的矛盾。
技术实现思路
本技术的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种微波化学 反应的放大装置，在扩展和放大微波辐照腔，重现实验室微波反应条件时， 仍能稳定保持实验室微波反应条件，提供高频率稳定性、高功率密度、高Q因子的微波辐照，并能有效克服传统微波腔中因相互叠加谐振而产生的 大量谐波，从而使微波频率更加稳定，并消除辐照腔内形成的不规律的冷 点和热点，同时也克服了因微波磁控管之间相互照射导致磁控管老化加快 的问题。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案提供一种微波化学 反应放大装置，包括上出入口，微波辐照腔和下出入口，所述微波辐照 腔是由2层以上的多角形或环形波导腔环绕形成多角柱形或圆柱形的层状 微波辐照腔，所述多角形或环形波导腔以层叠的"积木式"结构设置。作为上述一种微波化学反应放大装置的优选，上述每层多角形或环形 波导腔均装置有独立的微波电源和磁控管。作为上述一种微波化学反应放大装置的优选，上述波导腔的各层连接 处采用楔扣结构、齿状结构或凸凹交错结构相连，并以能有效防止微波泄 漏的铝箔胶带封口。作为上述一种微波化学反应放大装置的优选，上述每层波导腔的微波 功率的可调幅度均为0-2500W (915MHz)或0-900W (2450MHz)。作为上述一种微波化学反应放大装置的优选，上述多角形或环形波导 腔是根据频率为915MHz或2450MHz的微波波长设置的符合TE肌高频率 稳定性、高功率密度、高Q因子单模微波特征的相位匹配单向叠加回路波 导腔。作为上述一种微波化学反应放大装置的优选，上述每层多角形或环形 波导腔内壁，设有根据频率为915MHz或2450MHz的微波特征设置的微 波馈口。作为上述一种微波化学反应放大装置的优选，上述各层波导腔的连接处的外侧，均设有填充高效微波吸收材料(如SiC)的塑料或橡胶密封圈。作为上述一种微波化学反应放大装置的优选，上述微波电源和磁控管 均与控制装置的中央处理相器连接。作为上述一种微波化学反应放大装置的优选，上述各层波导腔的连接 处的外侧，装置有可迅速探测到非常微弱的微波泄漏引起的温度变化的温 度传感器，并与所述塑料或橡胶密封圈紧密相连，该温度传感器与控制系 统的中央处理器的相应接口相连。作为上述一种微波化学反应放大装置的优选，上述控制装置中央处理器带有多个信号接口，用于连接温度、压力、PH计、流量、流速等传感 器和控制装置，中央处理器用于写入程序控制软件对各种反应参数进行统 计、计算、数据处理，并通过PID方式分别控制每层波导腔的微波功率， 从而准确控制反应参数。与现有技术相比，本技术采用上述技术方案的有益效果在于-本技术可以有效地扩展和放大微波辐照腔，实现微波化学反应放 大的规模，突破微波化学从研究到实际工业化应用的瓶颈。在重现并扩大 实验室微波反应条件的同时，仍能稳定准确地保持实验室微波反应条件， 提供高高频率稳定性、功率密度、高Q因子的微波辐照，并能有效克服传 统微波腔中因相互叠加谐振而产生的大量谐波，从而使微波频率更加稳 定，并消除辐照腔内形成的不规律的冷点和热点，同时也克服了因微波磁 控管之间相互照射导致磁控管老化加快的问题。具体主要表现在以下几个 方面。1、利用微波较强的穿透性以及极性分子和离子在微波场下产生的高 频偶极旋转和离子传导作用迅速增加反应体系能量，从而能有效地加快化 学反应速率，因此微波化学越来越多地被研究和重视。与常规化学反应手段相比，微波化学在一定程度上提高了化学反应的可选择性、反应速率、 反应产率和纯度。但是，鉴于2450/915MHz的微波对水的穿透半径仅2.5/6.7cm，受微波穿透能力的限制，微波化学从方法研究到小批量放大重现研究条件已经相当困难，更加难以达到按研究条件批量放大或量产等实 际应用的基本要求。传统微波化学一直停留在实验室小样品量试验研究阶 段，普通单模微波实际应用的反应体积较小，并且难以放大；多模微波不 仅放大反应的规模受到局限，而且由于频率的不稳定性及微波场冷点和热 点的不确定性，也带来了反应重复性和再现性较差等问题。本技术的多层"积木式"波导腔环绕形成的多角柱或圆柱形微波 辐照腔可以根据反应物的耦合特性连续提供频率稳定的高强度微波能量， 同时，可根据反应规模要求，装配合适层数的"积木式"微波波导及相应 辐照腔，从而稳定地直接"移植"实验室微量/小样品量实验优化确定的反应 条件，实现大规模再现研究级的工作条件到工业化生产中，并实现了微波 化学反应从科研级微量反应到大批量工业化生产的重复性和再现性。2、传统微波反应装置无法放大己是业内公认的事实，有一些试图突 破这一技术瓶颈的思路和设计也存在严重缺陷，如在大体积微波反应装置 上安装多个(比如15个)微波磁控管，用以增加微波总能量和微波照射 角度，但该类设计会增加不同微波源间的微波谐振，造成微波频率的杂乱 和不稳定，并在辐照腔内形成不规律的冷点和热点，从而影响到微波化学 作用的稳定性和一致性，而且还会产生因为微波磁控管之间相互照射导致 磁控管老化加快的问题，并且依然无法解决反应釜体积和微波穿透性之间 的矛盾。本技术的多层"积木式"波导腔环绕形成的多角柱或圆柱形微波 辐照腔，其每层波导腔规格均为根据频率915MHz或2450MHz的微波波 长设置的符合TEn)L高频率稳定性、高功率密度、高Q因子单模微波特征 的相位匹配单向叠加回路波导腔，从而实现多层"积木式"微波辐照腔的高 频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波化学反应放大装置，包括上出入口，微波辐照腔和下出入口，其特征在于，所述微波辐照腔是由２层以上的多角形或环形波导腔环绕形成多角柱形或圆柱形的微波辐照腔，所述多角形或环形波导腔以层叠的“积木式”层状结构设置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海鹏，刘伟，武刚，
申请(专利权)人：培安仪器北京有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]