一種具有攪拌槳的微波夾層反應釜內多物理場特性研究

鄒鵬程,金光遠,崔政偉,聶國宇,韓太柏,祝玉蓮

(江蘇省食品先進制造裝備技術重點實驗室,江南大學機械工程學院,江蘇 無錫 214122)

微波加熱速度快、效率高[1],因此微波反應器被應用于輔助化工生產中[2-4]。然而,微波加熱過程中會出現不可控的冷熱點,具有明顯的加熱不均勻性[5,6],限制了微波加熱化學反應的高效性[7]。

國內外許多學者都在研究方案改善微波加熱效果,鐘汝能等[8]利用有限元法驗證了微波反應器腔體內壁設置脊形凹槽能改善加熱均勻性;Geedipalli等[9]采用有限元軟件仿真發現轉盤能提高微波爐內加熱均勻性約40%;Meng等[10]利用COMSOL仿真計算微波爐內攪拌器旋轉的加熱過程。除了通過改進微波反應器的結構和加入攪拌器等輔助元件,還可以利用流體攪拌技術進一步加強微波加熱效果,Peiter等[11]通過實驗發現較高的攪拌速度可以在反應的第一分鐘內獲得較高的生物柴油產量;Louhasakul等[12]設計了一個帶有攪拌槳的2L反應槽生產生物柴油,發現當攪拌速度為1 000 r·min-1時獲得最高的生物柴油產量;郭智君等[13]通過多物理場耦合計算驗證了錨式攪拌槳可以改善去離子水的微波加熱均勻性。

為提高微波加熱化學反應的轉化率和改善加熱效果,研究在前期試驗設計的一種微波夾層反應釜內引入流體攪拌槳[14],對釜內物料使用COMSOL仿真軟件進行電磁場、溫度場和流場的多物理場耦合計算,探究物料介電特性、微波功率和攪拌槳參數對微波加熱特性的影響,為未來微波化學反應器的制備提供理論依據。……