本发明专利技术公开了一种微波辐射加速化学反应的双螺杆挤出机反应器，利用微波发生器通过金属材质波导管与挤出机法兰连接将微波耦合馈入双螺杆挤出机内部所需的反应区，挤出机与波导管法兰之间用高强度、高纯度透波陶瓷密封，微波频率为国际规定的ISM频率2.45GHz，固体物料从常规加料口喂入，液体物料或溶剂从侧面加料口计量泵注入，螺杆长度根据反应条件要求如加料区、混合区、反应区、高压区、真空区、排气区、计量挤出区等需要设计。其优点在于同时利用了双螺杆挤出机的特点及微波辐射可以极大地加速化学反应的优势，使得双螺杆挤出机演变成为一种优秀的反应器可以快速完成高分子材料熔体聚合、卤化、接枝及其它有机合成等化学反应。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新型化工设备领域，尤其涉及利用微波辐射加速化学反应的双螺杆挤 出机反应器。
技术介绍
众所周知，化学反应一般发生在固态、液态、气态或等离子态，化学反应过程伴随 着反应物原子核外电子的交换、共享及其电子云的重新分布，结果形成了新的物质。对于有 机合成及高分子材料聚合的化学反应由于其参与反应物及生成物分子多数情况比较大，一 般地比无机化学反应时间长，尤其高分子材料聚合过程中伴随着分子链的增长而引起的粘 度的巨大变化，为了避开高粘度反应过程，促进高分子聚合反应完全和均匀，常用溶剂将单 体配成稀溶液进行聚合反应，这样的工艺虽然促成了聚合，但是化工过程中需要的溶解、蒸 发、分离、提纯等的能耗加大及废气、废液排放等环保性缺陷日渐显示出问题，为此人们一 直在寻求可以不需要溶剂且能适应高粘度化学反应的理想化学反应器。 挤出机起源于18世纪，Joseph Bramah(英格兰）于1795年制造的用于无缝铅管 的手动活塞式压出机被认为是世界上第一台挤出机。从那时起，在19世纪前50年期间，挤 出机基本上只适用于铅管的生产、通心粉以及其它食品的加工、制砖及陶瓷工业。在作为一 种制造方法的发展过程中，第1次有明确记载的是R. Brooman在1845年申请的用挤出机 生产固特波胶电线的专利，固特波公司的H. Bewlgy随后对该挤出机进行了改进，并于1851 年将它用于包覆在Dover和Calais公司之间的第1根海底电缆的铜线上。1879年英国人 M. Gray取得第一个采用阿基米德螺线式螺杆挤出机专利，在此后的25年内，挤出方法逐渐 引起重视，并且由电动操纵的挤出机迅速替代了以往的手动挤出机。十九世纪中叶发展起 来的合成聚合物工业，促进了高分子材料挤出加工的应用，1925年挤出了各种型式的聚氯 乙稀，1935年由德国机械制造商Paul Troestar制造成功专门为热塑性塑料设计的第一台 单螺杆挤出机，标志着现代挤出工艺的开始，从第一台单螺杆挤出机发展到今天机型众多 的单螺杆和双螺杆挤出机，挤出机经历了 70年的发展历程。双螺杆挤出机发展过程可以分 为三个阶段，第一阶段1950年-I960年，双螺杆挤出机作为一种新的设备，功能上不完善； 第二个阶段I960年-1970年，性能优异的、成本高的双螺杆挤出机；第三个阶段1970年以 后注意加工设备的经济合理性的双螺杆挤出机。双螺杆挤出机按两根螺杆的相对位置，可 以分为啮合型和非啮合型两种，按两根螺杆的结构形状可分为平行双螺杆挤出机和锥形双 螺杆挤出机，按两根螺杆的旋转方向不同，分为同向旋转和异向（反向）旋转两大类。目前， 单螺杆挤出机主要应用于高分子材料挤出加工，同向旋转啮合式平行双螺杆挤出机由于物 料摩擦产生的热量较少、物料所受到的剪切比较均匀、螺杆的输送能力较大、挤出量比较稳 定、物料在机筒内停留时间长、混合均匀，比单螺杆挤出机有更好的混炼、排气、反应和自洁 功能的特点，除挤出加工外还大量用于高分子材料改性及一般接枝等反应挤出。 从化学反应要求来讲，同向旋转啮合式平行双螺杆挤出机比较符合理想反应器的 条件，但是因为挤出机的制造工艺、材料性能等限制了挤出机的长度不能做的太长，较短的 挤出机考虑到速度、产量符合成本要求，其允许物料的停留时间也不能太长，一般在15分 钟以内，而多数高分子材料聚合及有机合成化学反应时间则一般较长，数小时、数十小时均 比较常见，反应时间的限制是挤出机成为理想反应器的希望一直未能实现，如果解决了反 应时间这个问题，双螺杆挤出机作为反应器就应该可以实现人们的这个理想了。 -般地，缩短化学反应时间常用方法是加入催化剂，催化剂参与化学反应过程，在 降低反应活化能的同时促进化学反应，反应时间可以较大的缩短，但是，催化剂一般具有高 度选择性，不同物质的化学反应需要不同的催化剂，而催化剂的寻找也是实验化学家们经 过无数次实验才能得到的，找到一款能适合大多数化学反应的万能催化剂基本上是不可能 的工作，况且，因为催化剂参与化学反应过程，产品中就会有催化剂残留，影响产品的使用、 环保等问题，催化剂的生产、分离、再生、处理等一系列化学过程也是影响成本的一大因素。 然而，1986年以来，科学家们研宄发现微波可以显著地缩短化学反应时间，通常可 以将化学反应时间从数天或数小时缩短至几分钟或几秒钟！ 微波是频率范围从0. 3~300GHz的电磁波，其波长范围为Icm~lm，微波频段位 于红外线和无线电波频率之间。波长在1~25cm之间的电磁波被用于雷达发射，其余波长 范围的电磁波则被用于无线电通讯，为了不干扰无线电通讯，用于家用微波炉和利用微波 进行化学反应的微波频率一般确定为2. 45GHz，相应的波长为12. 25cm，这也是国际上协定 的可以用于工业、科学及医学的ISM频段（Industrial Scientific Medical)，该频率下的 微波辐射能量（〇.〇〇16eV)与高分子化合物中的各种共价键的键能（> 3eV)相比比较低， 远不足以断开这些共价键，因此不用担心该能量的微波辐射造成高分子化合物的分解。 20世纪40年代，微波能量最早由Percy Spencer用来加热食品，80年代，微波被用 于有机合成。1986年，Richard Gedye研宄组首次报道利用微波加热可以用来加速有机化 学转化，微波福射具有偶极距的极性分子时，微波电磁场的电磁振荡使得极性分子的偶极 子振荡，当米用频率为2. 45GHz的微波福射极性分子时，极性分子的偶极子振荡、重排的时 间，难以及时跟上微波中2. 45亿次/秒交变电磁场的变化，这种运动产生分子间的摩擦、能 量交换和介电损失，能量以热的形式被消耗，极性分子于是被加热，由于微波可以对极性介 质内外同时加热，加热均匀、速度快成为其特点。另一方面，极性分子的高速振荡速率2. 45 亿次/秒使得极性分子间可以反应的原子之间的碰撞几率大大增加，高速的熵变使产生化 学反应的几率就以成百上千倍的速度增加，根据普朗克公式中粒子能量E与其频率V的关 系E = nh V，微波振荡所携带的能量交换到可反应的原子后极大地降低了参与化学反应分 子的活化能，缩短了分子、原子间化学反应的时间，起到了如同催化剂的催化作用加速了化 学反应。但是，因为微波的穿透深度有限，如对85°C下的水的穿透深度才4cm(穿透深度是 指微波功率衰减到36.8% (Ι/e)时的距离），应用于有机合成化学反应时，大容积的釜式设 备显得局限，反应时间及均匀性没有多大优势，所以长期以来，利用微波在常规化学反应设 备上进行有机合成或高分子聚合的规模化生产一直进展缓慢。笔者在专利CN101544758B 《聚酰胺的微波辐射聚合方法》及CN201227587《微波双螺杆挤出机反应器》中率先将微波 引入双螺杆挤出机反应器用于有机合成或高分子聚合，由于双螺杆挤出机反应器内的小体 积解决了微波的穿透深度问题，高剪切混合能力解决了高粘度物料的均匀搅拌问题，饥饿 式喂料使其挤出机物料不足的充盈度可以有效更新反应物料的表面积使其反应更快的进 行，不同区段间的密封间隔允许不同的压力、真空可以实现高压反应、真空排除小分子气体 等副产物有利反应完全，啮合自清理本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用微波辐射加速化学反应的双螺杆挤出机反应器，其特征在于：向双螺杆挤出机内耦合馈入微波加速化学反应使双螺杆挤出机成为一种优秀的适合固体、半固体、高粘度物料的反应器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：肖金亭，任广鸿，
申请(专利权)人：肖金亭，
类型：发明
国别省市：河南;41
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