微波強(qiáng)化酯化反應(yīng)制備生物柴油是一種非常高效的技術(shù),但目前微波反應(yīng)器的制備規(guī)模普遍較小、僅能滿足實(shí)驗(yàn)室研究所需。為了促進(jìn)生物柴油大規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn),有必要對(duì)微波反應(yīng)器進(jìn)行放大設(shè)計(jì)。本文根據(jù)傳統(tǒng)微波反應(yīng)器的特點(diǎn)并結(jié)合已有微波反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特征,提出了一種中試規(guī)模的帶夾層釜式微波反應(yīng)器。為了對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),本文將麥克斯韋方程、傳熱方程以及流動(dòng)方程等進(jìn)行耦合,以數(shù)值模擬的方式對(duì)電場、流場以及溫度場進(jìn)行仿真分析,通過研究各因素對(duì)微波加熱效果的影響提出對(duì)應(yīng)的改進(jìn)措施,最后根據(jù)其加熱的特點(diǎn)對(duì)微波加熱控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與搭建。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:（1）微波反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。將麥克斯韋方程與傳熱方程耦合進(jìn)行瞬態(tài)模擬,分析不同結(jié)構(gòu)反應(yīng)器的微波加熱效果,發(fā)現(xiàn)波導(dǎo)位置和夾層厚度對(duì)微波加熱效果的影響顯著,然后通過響應(yīng)面分析的方式,從加熱效率和加熱均勻性兩個(gè)方面考慮,得到最優(yōu)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)為波導(dǎo)高度344 mm、夾層厚度20 mm。（2）微波加熱效果影響因素的分析。通過優(yōu)化后的結(jié)構(gòu),探究物料介電特性、微波頻率、物料量等對(duì)微波加熱效果的影響,發(fā)現(xiàn)物料介電值高時(shí)微波加熱的效率高,物料介電值低、物料量大時(shí)微波加熱的... 

【文章來源】：江南大學(xué)江蘇省211工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

偶極子在電場中的調(diào)整方式

反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溶液與外部冷凝裝置相連，實(shí)現(xiàn)了微波常壓下的有機(jī)合成。李耀先等[33-34]對(duì)微波爐進(jìn)行了另一種改造，將反應(yīng)容器置于微波爐內(nèi)，在微波爐的頂部開孔，然后通過這個(gè)孔將反應(yīng)容器與攪拌裝置、分水裝置等聯(lián)系在一起進(jìn)行各種的反應(yīng)研究，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜工藝下微波輔助化學(xué)反應(yīng)的研究。針對(duì)常壓微波反應(yīng)器，Baghurt等[35]使用計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合光纖溫度傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)微波反應(yīng)器內(nèi)部溫度的檢測，程廣山等[36]利用熱偶計(jì)對(duì)微波反應(yīng)器內(nèi)等離子體的空間溫度分布進(jìn)行了測量。（a）內(nèi)壁有脊形凹槽（b）增加螺旋推進(jìn)裝置圖1-2微波反應(yīng)器結(jié)構(gòu)改進(jìn)隨著對(duì)微波反應(yīng)器研究的深入，人們逐漸意識(shí)到微波加熱的危害，于是微波加熱均勻性的改善成為微波反應(yīng)器的研究方向之一。鐘汝能等[37]提出了一種內(nèi)壁有脊形凹槽的微波反應(yīng)器，并通過模擬仿真的方法驗(yàn)證了這種結(jié)構(gòu)對(duì)微波加熱均勻性改善的有效性，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖1-2（a）所示。葉菁華等[38]在微波反應(yīng)器中加入螺旋推進(jìn)器，通過改變反應(yīng)器中物料的位置有效提升了微波加熱的均勻性，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖1–2（b）所示。黃卡瑪[39]在家用微波爐的基礎(chǔ)上描述了一套完整的微波反應(yīng)器系統(tǒng)（見圖1-3），該系統(tǒng)

第一章緒論5通過模式攪拌器對(duì)腔體內(nèi)的電場進(jìn)行攪拌，使電磁場的場強(qiáng)分布不斷隨時(shí)間發(fā)生改變，從而改善微波加熱的均勻性，并且系統(tǒng)還有測溫裝置，可以對(duì)物料溫度進(jìn)行檢測。圖1-3微波反應(yīng)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖目前的微波反應(yīng)器小型居多，大部分是在家用微波爐的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，但是這種微波反應(yīng)器在使用中難以解決其加熱不均勻的問題，而且由于反應(yīng)器較小，產(chǎn)量難以得到有效提升，可以滿足科研需求卻難以進(jìn)行大規(guī)模的推廣以及工業(yè)化的生產(chǎn)。1.3.2微波反應(yīng)器應(yīng)用中存在的問題微波反應(yīng)器是利用微波促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的重要載體，但在對(duì)其研究開發(fā)的過程中發(fā)現(xiàn)了諸多限制。物料的介電特性直接影響到微波加熱的效率和均勻性，而大量研究顯示，物料本身的濕度改變會(huì)使其介電特性相應(yīng)的發(fā)生改變，因此容易引起能源損失和蒸汽負(fù)荷[40-41]。介電特性是反映極性物質(zhì)將微波能量吸收轉(zhuǎn)化為熱能的能力，物料的相對(duì)介電常數(shù)越高，吸收轉(zhuǎn)化微波能量的能力越強(qiáng)，反之則越弱，因此這一特性在微波反應(yīng)器的設(shè)備設(shè)計(jì)階段必須予以考慮，而實(shí)際上目前大部分的研究都忽略了這一重要參數(shù)。微波加熱的不均勻性是制約微波反應(yīng)器推廣的一個(gè)重要因素。在化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的過程中，如果反應(yīng)物料受熱不均勻則有可能會(huì)導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)中斷、微波反應(yīng)器損壞等，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)䦟?dǎo)致反應(yīng)器發(fā)生爆炸，危機(jī)生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，改善微波加熱的均勻性也是很多學(xué)者[42]包括本文致力于解決的一個(gè)重要問題。微波場內(nèi)溫度的測量對(duì)化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行和安全有著至關(guān)重要的作用，但現(xiàn)有技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)對(duì)被加熱物料所有位置溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于微波的反射和折射特性，物料被加熱后冷熱點(diǎn)分布的規(guī)律性很差，細(xì)小工藝條件的改變就可以導(dǎo)致其位置的極大改變，通過試驗(yàn)很難對(duì)物料整體的溫度分布精準(zhǔn)把

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3645087