聂国宇,金光远*,吴雁泽,崔政伟

(1.江苏省食品先进制造装备技术重点实验室,江苏 无锡 214122; 2.江南大学机械工程学院,江苏 无锡 214122)

微波辐射可以强化化学反应中介质的活化能,加快反应速度,提高反应的转化率[1],而且与传统加热相比,微波加热速度快、效率高[2],因此微波技术被快速地应用于微波化学领域。 微波化学的核心是微波反应设备,随着科技的发展,学者们虽然也设计研发了很多类型的微波反应器,但其应用仍然还存在着很多的问题[3],其中一个重要的问题就是微波加热过程中会出现不可控的冷热点,具有明显的加热不均匀性。 目前国内外针对微波反应器的加热效率和加热均匀性的优化有很多,有通过改变微波反应器局部结构如在腔体壁上设置凹凸面[4-5]、在反应器内设计转盘或者搅拌器[6-10]等改善加热均匀性,有在能量馈入方面如功率[11]、频率[12]、馈口位置和数量设置[13]等改善加热均匀性,还有在被加热物体的位置、形状等[14]方面改善加热均匀性。

但以上研究的反应器被加热物体尺寸较小,仅限于实验室研究使用,而且被加热区域仅占微波腔体的一小部分。 基于此,为满足酯化反应制备生物柴油的工艺要求,本研究在借鉴前人经验的基础上,将微波反应器周围的空间压缩为薄夹层,并与反应釜相结合设计了一种中试规模的带夹层釜式微波反应器。 运用多物理场仿真的方法,通过改变波导位置和夹层厚度研究反应器加热效率和加热均匀性的变化规律,并根据仿真结果,得出一系列可用于提升釜式微波反应器加热效率和加热均匀性的结论,为反应器的最终搭建提供理论依据。……