一种微波高压反应釜

技术领域

本发明涉及微波技术领域。更具体地，涉及一种微波高压反应釜。

背景技术

微波是指频率在300MHz～300GHz范围内的电磁波，目前科研、生产都对 微波反应装置有了更高的实用性需求，特别是在大功率、高压力、高温度等方 面对传统的微波反应装置提出新的挑战。

微波高温高压反应装置不仅需要考虑到微波激励问题，还需要考虑高压环 境下的承压问题，现有技术中的微波馈能装置多数通过采用矩形云母片或者矩 形聚四氟乙烯片来隔离水汽，该形状和材质的隔离片的承压能力较弱，不能保 证微波馈能部分在高压环境下的抗压性能，容易造成隔离片的破裂从而导致微 波设备内部气体的泄漏，同时扩散的气体容易冲击微波源(即微波发生器)， 导致微波源的功能失效，损坏设备，存在极大的安全风险。此外，现有技术中 还有采用钢化玻璃作为隔离片的材质的微波馈能装置，可有所提升隔离片的承 压能力，但是同样存在微波损耗较大，导致隔离片温度升高而容易损坏，同时 也存在微波匹配性能较差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波高压反应釜，该反应釜承压能力强，耐温 性好，微波匹配性好，且微波馈能装置作为反应釜的一个组合部件，外部安装 于反应釜，便于检修维护。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

根据本发明的至少一个方面，本发明提供一种微波高压反应釜，所述反应 釜包括：

顶部开口的釜体；

与釜体的顶部开口密封连接的釜盖；

连接于釜盖上的搅拌装置；以及

位于釜盖外侧的且通过连接法兰固定于所述釜盖上的微波馈能装置；

所述微波馈能装置包括微波发生器以及与所述微波发生器的出口端连接的 微波介质窗；

所述微波介质窗包括具有容纳腔的外壳，所述外壳包括有靠近所述微波发 生器一侧的盖体以及与所述盖体连接固定的介质容器，所述盖体和介质容器之 间形成容纳腔；

所述微波介质窗还包括固定在容纳腔内的承压介质；

所述盖体包括与所述微波发生器的出口端对应设置的第一通孔；

所述介质容器包括与第一通孔对应的第二通孔；

所述连接法兰包括有贯穿连接法兰两侧表面的通腔；

所述连接法兰的顶部端口与所述介质容器连接固定；所述通腔与所述第二 通孔对应配置；

所述连接法兰的底部端口延伸至所述釜盖内侧。

此外，优选地方案是，所述搅拌装置包括：

位于所述釜盖外侧的磁力搅拌器；

连接于所述磁力搅拌器下部的搅拌轴，所述搅拌轴位于所述反应釜内部； 以及

安装于所述磁力搅拌器上部的电机；

所述搅拌轴上包括有多层搅拌叶。

此外，优选地方案是，所述介质容器的内壁上包括有用以固定承压介质的 凹槽，所述凹槽由所述介质容器的内壁向内凹陷形成，所述凹槽的表面车制有 密纹水线。

此外，优选地方案是，所述微波介质窗包括设置在所述介质容器的凹槽表 面与所述承压介质的外侧壁之间的圆形密封垫片；所述圆形密封垫片材质为聚 四氟乙烯材料。

此外，优选地方案是，所述微波发生器包括有磁控管、一端与所述磁控管 连通的激励腔和波导，所述激励腔的另一端与所述波导的一端连接固定，所述 波导的另一端结合固定在所述盖体的第一通孔边缘。

此外，优选地方案是，所述波导的长度为100-300mm。

此外，优选地方案是，所述承压介质的材质为陶瓷、石英玻璃、钢化玻璃、 聚四氟乙烯或者PEEK。

此外，优选地方案是，所述微波馈能装置包括设置在盖体与所述介质容器 之间的环形密封垫片。

此外，优选地方案是，所述环形密封垫片的材质为聚四氟乙烯材料。

此外，优选地方案是，所述介质容器靠近所述盖体的一侧表面向内凹陷形 成有第一放置槽，所述第一放置槽用于放置第一微波屏蔽条；

所述介质容器背离所述盖体的一侧表面分别向内凹陷形成有第二放置槽和 第三放置槽；

所述第二放置槽用于放置第二微波屏蔽条；

所述第三放置槽用于放置密封圈。

本发明的有益效果如下：

本申请提供的微波高压反应釜通过将微波馈能装置外置，微波馈能装置作 为反应釜的一个组合部件，可外部安装于反应釜，避免占用反应釜的内部空间， 而且微波介质窗作为模块化组件易于现场替换，节约设备维修成本。

此外，在本发明所提供反应釜采用的微波馈能装置结构中，通过设置微波 介质窗，可有效保证该微波馈能装置在高压环境下的抗压性能，防止气流泄漏， 确保反应釜内部的压力稳定以及微波发生器不受干扰，提高该微波馈能装置的 可靠性，可将该微波馈能装置的使用压力提高至更高的压力，扩展了该微波馈 能装置的使用范围，从而实现该微波馈能装置可在高温高压环境下正常工作， 如在2.5MPa，200℃的工况下正常工作。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明所提供反应釜的结构示意图。

图2示出本发明所提供反应釜结构中微波馈能装置的结构剖面图。

图3示出本发明所提供反应釜结构中微波馈能装置的主视图。

图4示出本发明所提供反应釜结构中微波馈能装置的侧视图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步 的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当 理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明 的保护范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或 位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化 描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方 位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定， 术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可 以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中 的具体含义。

还需要说明的是，在本申请的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语 仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或 者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包 括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括 一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有 明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有 的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并 不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

针对现有技术中存在的技术问题，本申请的一个实施例提供一种微波高压 反应釜，如图1至图4所示，具体地，所述反应釜包括：

顶部开口的釜体1；

与釜体1的顶部开口密封连接的釜盖2；

连接于釜盖2上的搅拌装置；以及位于釜盖2外侧的且通过连接法兰20固 定于所述釜盖2上的微波馈能装置10；所述连接法兰20包括有贯穿连接法兰两 侧表面的通腔。可选地，所述微波馈能装置可沿反应釜周向均匀设置多个，以 使反应物受到更充分的微波辐射，应对此不做限制。

所述微波馈能装置10包括微波发生器11以及与所述微波发生器11的出口 端连接的微波介质窗12；所述微波介质窗12包括具有容纳腔的外壳，所述外壳 包括有靠近所述微波发生器11一侧的盖体121以及与所述盖体121连接固定的 介质容器122，所述盖体121和介质容器122之间形成容纳腔；其中，盖体121 与介质容器122通过连接螺栓连接固定。介质容器122的下端与连接法兰20螺 栓固定。一个具体的实施例中，该微波设备的连接法兰20的内径为97-100mm， 该连接法兰20的长度为170-250mm，从而提高微波馈能装置10的微波匹配性 能。为了改善腔体内部微波耦合情况，连接法兰20中心轴线与反应釜中心轴线 呈15～45°夹角倾斜设置，连接法兰下部伸入釜体内部10-50mm，连接法兰20 采用插入焊的方式可以改善其与釜盖2焊缝连接处的应力集中情况。

所述微波介质窗12还包括固定在容纳腔内的承压介质123；所述盖体121 包括与所述微波发生器11的出口端对应设置的第一通孔1211。所述介质容器 122包括与第一通孔1211对应的第二通孔1221；微波发生器11产生的微波从 第一通孔1211进入到微波介质窗12内，经过承压介质123，再通过第二通孔 1221馈入到反应釜内。具体地，所述连接法兰20的顶部端口与所述介质容器 122连接固定；所述通腔与所述第二通孔1221对应配置；所述连接法兰20的底 部端口延伸至所述釜盖2内侧。

结合图1所示，本发明中所述搅拌装置包括位于所述釜盖2外侧的磁力搅 拌器31；连接于所述磁力搅拌器31下部的搅拌轴32，所述搅拌轴32位于所述 反应釜内部；以及安装于所述磁力搅拌器31上部的电机33；其中所述搅拌轴 32上包括有多层搅拌叶321。搅拌装置旋转搅拌，可使反应物受到均匀的微波 辐射和充分的化学反应。

相较于现有反应釜结构，本发明提供的微波高压反应釜通过将损耗件微波 源、易损件微波介质窗进行模块化设计，同时组合成一个微波馈能装置部件， 外部安装于反应釜，可以节约反应釜内部空间，降低损耗件微波源所处的环境 温度，延长其使用寿命，同时也便于现场检查维护，节约设备维修成本。

此外，在本发明所提供反应釜采用的微波馈能装置结构中，通过设置微波 介质窗，可有效保证该微波馈能装置在高压环境下的抗压性能，防止气流泄漏， 确保反应釜内部的压力稳定以及微波发生器不受干扰，提高该微波馈能装置的 可靠性，同时可将该微波馈能装置的使用压力提高至更高的压力，扩展了该微 波馈能装置的使用范围，从而实现该微波馈能装置可在高温高压环境下正常工 作，如在2.5MPa，200℃的工况下正常工作。

结合图2至图4所示，本发明所述微波馈能装置10结构中，所述承压介质 123安装在介质容器122中心位置，承压介质123与盖体121的底壁面贴合固定， 从而保证微波介质窗12的密封性，同时保证微波发生器11所产生的微波以较 低的损耗通过承压介质123馈入到其他微波设备内，提高微波传输效率，承压 介质123可将压力密封在其他微波设备内，提高整个微波馈能装置10的密封强 度，有效避免其他微波设备内的气体和/或液体从微波馈入口扩散到微波发生器 内从而造成微波发生器损坏，同时保证微波设备的工作压力稳定，防止微波设 备内的压力突变而造成较大的安全风险。

该实施例的微波馈能装置10通过设置微波介质窗12将压力密封在微波设 备内，有效保证该微波馈能装置10在微波设备内部高压环境下的抗压性能，防 止气体泄漏，确保装置内部的压力稳定以及微波发生器11不受损坏，提高该微 波馈能装置10的可靠性，可将该微波馈能装置10的使用压力提高至更高的压 力，扩展了该微波馈能装置10的使用范围，从而实现该微波馈能装置10可在 高温高压环境下正常工作，如在2.5MPa，200℃的工况下正常工作；同时该微波 馈能装置10的微波匹配性能良好。再者，该微波馈能装置10可安装在微波设 备的外部，避免占用微波设备的内部空间，同时可将微波介质窗12设计为统一的标准模块，从而便于现场检修维护和替换。

在一种具体的实施方式中，结合图2至图4所示，介质容器靠近盖体的一 侧表面向内凹陷形成有第一放置槽，第一放置槽用于放置第一微波屏蔽条124， 即第一微波屏蔽条位于盖体121的底面和介质容器122的顶面之间。介质容器 背离盖体的一侧表面分别向内凹陷形成有第二放置槽和第三放置槽；第二放置 槽用于放置第二微波屏蔽条125，即第二微波屏蔽条125位于介质容器122的底 面与连接法兰20的顶面之间。第三放置槽用于放置密封圈30。

其中，第一微波屏蔽条124和第二微波屏蔽条125分别用于防止微波发生 器11所产生的微波从盖体121的底面与介质容器122的顶面之间以及从介质容 器122的底面和微波设备的连接法兰20的顶面之间泄漏。而密封圈30设置在 介质容器122的底面和微波设备的连接法兰20的顶面之间，用于防止微波设备 内的气体或液体从介质容器122的底面和微波设备的连接法兰20的顶面之间泄 漏。

在一个具体的实施例中，介质容器122的内壁上包括有用以放置承压介质 123的凹槽1222，凹槽1222由介质容器122的内壁向内凹陷形成，该凹槽的表 面车制有密纹水线。介质容器122的内壁还包括有位于凹槽1222下方的台阶部 1223，如图2所示，承压介质123放置在介质容器122的凹槽1222内，承压介 质123的外侧壁与介质容器122的凹槽1222留有1-2mm间隙，介质容器122 的台阶部1223的顶面与承压介质123的底面贴合，承压介质123的顶面与盖体 121的底面贴合，从而将承压介质123收容固定在微波介质窗12内。该实施例进一步固定承压介质123，保证承压介质123的稳定性，防止承压介质123在工 作过程中晃动，提高该微波馈能装置10在高压环境下的抗压性能。

在一个具体的实施例中，承压介质123的材质为陶瓷、石英玻璃、钢化玻 璃、聚四氟乙烯或者PEEK中的至少一种。可理解的是，可以根据不同的技术 需求，选择不同的承压介质123材质，从而保证承压介质123的抗压性能。承 压介质123的材质可以采用一种类型的材质，或者采用多种类型的材质进行相 互叠合，本申请对此不作进一步的限制。在进一步的实施例中，承压介质123 的材质为陶瓷或者石英玻璃，同时承压介质123的直径为110-140mm，承压介 质123的厚度为10-50mm。该实施例的承压介质123可进一步提高该微波馈能装置10在高压环境下的抗压性能，同时还可提高该微波馈能装置10的微波匹 配性能。

在一个具体的实施例中，微波介质窗12还包括设置在介质容器122的凹槽 表面与承压介质123的外侧壁之间的圆形密封垫片126，具体地，如图2所示。 该圆形密封垫片126分别设置在介质容器122的台阶部1223顶面与承压介质123 的底壁之间。该圆形密封垫片126可对承压介质123起到受力缓冲的作用，保 证承压介质123不受损坏，延长承压介质123的使用寿命。

在一个具体的实施例中，圆形密封垫片126的材质可为聚四氟乙烯、橡胶 中的至少一种。在进一步的实施例中，圆形密封垫片126材质为聚四氟乙烯材 料，且圆形密封垫片126的厚度为1-3mm。该实施例可进一步提高该微波馈能 装置10在高温高压的工况下的密封性能。

在一个具体的实施例中，微波馈能装置10包括设置在盖体121与介质容器 122之间的环形密封垫片127。如图2所示，环形密封垫片127设置在盖体121 的底面和介质容器122的顶面之间，该环形密封垫片127可用于改善承压介质 123的受力状态，防止承压介质123在工作过程中晃动，保证承压介质123的稳 定性。

在一个具体的实施例中，介质容器122、第一微波屏蔽条124、盖体121、 环形密封垫片127、承压介质123和圆形密封垫片126共同形成微波介质窗12。 组装微波介质窗12时，首先将圆形密封垫片126放置在介质容器122的内侧壁 上，随后放入承压介质123，承压介质123放置在圆形密封垫片126上，随后将 环形密封垫片127放置在承压介质123上，再将第一微波屏蔽条124放置在介 质容器122上的第一放置槽内，将盖体121的底面与介质容器122的顶面贴合， 再通过连接螺栓将盖体121和介质容器122连接固定，利用扭力扳手将连接螺 栓紧固至预设值，最后，将组装后的微波介质窗12安装在试验台上进行1.25倍 的承压试验。

在一个具体的实施例中，环形密封垫片127的材质可为膨体聚四氟乙烯、 聚四氟乙烯、橡胶中的至少一种。在进一步的实施例中，环形密封垫片127的 材质为橡胶材料，且环形密封垫片127的厚度为1-3mm。该实施例可进一步提 高该微波馈能装置10在高温高压的工况下的密封性能，同时更好地匹配微波的 传输性能。

在一个具体的实施例中，承压介质123的厚度低于凹槽1222的高度，例如 1-3mm，环形密封垫片127和圆形密封垫片126的厚度为1-3mm，环形密封垫 片127和圆形密封垫片126的材质均为膨体聚四氟乙烯，具有可压缩性，实际 安装时环形密封垫片127和圆形密封垫片126被压缩变形后补足承压介质123 与凹槽1222的高度差，从而确保盖体121与介质容器122之间没有空隙，保证 微波发生器11所产生的微波不会从盖体121的底面与介质容器122的顶面之间 大量泄漏。

在一个具体的实施例中，微波发生器11包括有磁控管111、一端与磁控管 111连通的激励腔112和波导113，激励腔112的另一端与波导113的一端连接 固定，波导113的另一端结合固定在盖体121的第一通孔1211边缘。其中，激 励腔112是一种同轴波导转换过渡装置，可以有效地将磁控管111产生的能量 传输给负载，激励腔112和波导113通过连接螺栓连接固定。波导113通过连 接螺栓连接固定在盖体121的第一通孔1211的边缘，波导113的内腔与盖体121 的第一通孔1211对应设置，以保证磁控管111产生的微波直接馈入到微波介质 窗12内。在一个具体的实施例中，波导113的长度为100-300mm，可有效减少 微波设备内部高温热量沿金属壁传导至磁控管的热量，降低高温对磁控管工作 状态和寿命的影响。

可理解的是，微波发生器11还包括有用于为磁控管111提供高压电，使得 磁控管111产生微波的开关电源(图中未显示)。同时微波发生器11还包括有 设置在波导113和激励腔112之间的密封片(图中未显示)。在一种具体的实 施方式中，该密封片的材质为聚四氟乙烯或者云母片，该密封片可用于实现激 励腔112和波导113之间的密封性。

如图2所示，该微波馈能装置10现场组装时，首先通过连接螺栓将微波发 生器11的波导113连接固定在微波介质窗12的盖体121的第一通孔1211的边 缘上，随后利用连接螺栓将激励腔112固定在波导113上，然后利用连接螺栓 将磁控管111组装在激励腔112上，在微波介质窗12的介质容器122背离盖体 的一侧表面的第二放置槽和第三放置槽内分别放置第二微波屏蔽条125和密封 圈30，最后将微波介质窗12的底面与连接法兰20的顶面贴合，再利用连接螺 栓将微波介质窗12和连接法兰20连接固定，即完成微波馈能装置10的装配过 程。

在一个实施方式中，反应釜釜体1底部设计有反应釜出料口4，反应釜测温 口5，反应釜测温口5设计在釜体1底部，一可以更精确的获得反应釜下部物料 的温度，二可以节省釜盖2的上部空间，便于安装微波馈能装置10；另外反应 釜设计有夹套6，利用夹套6可降低热传导，有助于反应釜的保温；或者可通入 高温介质辅助加热，有利于维持反应釜内部温度，增强微波处理物料的效果； 或者可在反应完成后，通入低温介质进行快速降温，缩短冷却时间。所述夹套6 上包括有夹套进液口61，夹套出液口62，夹套测温口63，夹套排气阀。可选地， 所述釜体1上还可另外设计耳座，用于固定釜体1。在实际工作中，首先开启反 应釜釜盖2上部的投料口(图中未显示)，将反应物料通过投料口加入釜体1 内，完毕后，关闭投料口。通过控制系统设定反应过程中的压力、温度、时间、 微波输出功率、搅拌频率等参数。启动工作后，微波馈能装置10将微波输出至 微波反应釜内部对反应物进行加热，通过反应釜测温口5检测反应物的温度， 并将检测信息反馈至控制系统，控制系统自动调整微波输出功率；待温度和压 力到达设定值，保持设定的时间后，控制系统自动关闭微波输出，停止加热， 根据后续工艺要求进行冷却降温后出料或直接出料等操作。

相较于现有反应釜本发明所提供反应釜承压能力更强，耐温性以及微波匹 配性更好。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并 非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述 说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施 方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动 仍处于本发明的保护范围之列。