微波強化酯化反應制備生物柴油是一種非常高效的技術(shù),但目前微波反應器的制備規(guī)模普遍較小、僅能滿足實驗室研究所需。為了促進生物柴油大規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn),有必要對微波反應器進行放大設(shè)計。本文根據(jù)傳統(tǒng)微波反應器的特點并結(jié)合已有微波反應器的結(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器。為了對反應器進行優(yōu)化設(shè)計,本文將麥克斯韋方程、傳熱方程以及流動方程等進行耦合,以數(shù)值模擬的方式對電場、流場以及溫度場進行仿真分析,通過研究各因素對微波加熱效果的影響提出對應的改進措施,最后根據(jù)其加熱的特點對微波加熱控制系統(tǒng)進行設(shè)計與搭建。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:（1）微波反應器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。將麥克斯韋方程與傳熱方程耦合進行瞬態(tài)模擬,分析不同結(jié)構(gòu)反應器的微波加熱效果,發(fā)現(xiàn)波導位置和夾層厚度對微波加熱效果的影響顯著,然后通過響應面分析的方式,從加熱效率和加熱均勻性兩個方面考慮,得到最優(yōu)反應器結(jié)構(gòu)為波導高度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、物料量等對微波加熱效果的影響,發(fā)現(xiàn)物料介電值高時微波加熱的效率高,物料介電值低、物料量大時微波加熱的... 

【文章來源】：江南大學江蘇省211工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

偶極子在電場中的調(diào)整方式

反應器內(nèi)的反應溶液與外部冷凝裝置相連，實現(xiàn)了微波常壓下的有機合成。李耀先等[33-34]對微波爐進行了另一種改造，將反應容器置于微波爐內(nèi)，在微波爐的頂部開孔，然后通過這個孔將反應容器與攪拌裝置、分水裝置等聯(lián)系在一起進行各種的反應研究，實現(xiàn)了復雜工藝下微波輔助化學反應的研究。針對常壓微波反應器，Baghurt等[35]使用計算機技術(shù)結(jié)合光纖溫度傳感器實現(xiàn)了對微波反應器內(nèi)部溫度的檢測，程廣山等[36]利用熱偶計對微波反應器內(nèi)等離子體的空間溫度分布進行了測量。（a）內(nèi)壁有脊形凹槽（b）增加螺旋推進裝置圖1-2微波反應器結(jié)構(gòu)改進隨著對微波反應器研究的深入，人們逐漸意識到微波加熱的危害，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器，并通過模擬仿真的方法驗證了這種結(jié)構(gòu)對微波加熱均勻性改善的有效性，反應器結(jié)構(gòu)如圖1-2（a）所示。葉菁華等[38]在微波反應器中加入螺旋推進器，通過改變反應器中物料的位置有效提升了微波加熱的均勻性，反應器結(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通過模式攪拌器對腔體內(nèi)的電場進行攪拌，使電磁場的場強分布不斷隨時間發(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，可以對物料溫度進行檢測。圖1-3微波反應器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖目前的微波反應器小型居多，大部分是在家用微波爐的基礎(chǔ)上進行改造，但是這種微波反應器在使用中難以解決其加熱不均勻的問題，而且由于反應器較小，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微波反應器應用中存在的問題微波反應器是利用微波促進化學反應進行的重要載體，但在對其研究開發(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使其介電特性相應的發(fā)生改變，因此容易引起能源損失和蒸汽負荷[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，物料的相對介電常數(shù)越高，吸收轉(zhuǎn)化微波能量的能力越強，反之則越弱，因此這一特性在微波反應器的設(shè)備設(shè)計階段必須予以考慮，而實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器推廣的一個重要因素。在化學反應進行的過程中，如果反應物料受熱不均勻則有可能會導致化學反應中斷、微波反應器損壞等，嚴重時甚至會導致反應器發(fā)生爆炸，危機生命財產(chǎn)安全。因此，改善微波加熱的均勻性也是很多學者[42]包括本文致力于解決的一個重要問題。微波場內(nèi)溫度的測量對化學反應的順利進行和安全有著至關(guān)重要的作用，但現(xiàn)有技術(shù)很難實現(xiàn)對被加熱物料所有位置溫度的實時監(jiān)控。由于微波的反射和折射特性，物料被加熱后冷熱點分布的規(guī)律性很差，細小工藝條件的改變就可以導致其位置的極大改變，通過試驗很難對物料整體的溫度分布精準把

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3645087