本发明涉及化工生产的领域，具体涉及一种微波管式反应装置。
背景技术：
1、管式反应器具有结构简单、操作方便、返混小、容积效率高等特点，广泛应用于化工行业。传统管式反应器主要通过传导或对流的方式由外向内供给热量，往往造成反应管内温度分布不均匀，反应管床层内部存在温度梯度。采用层间换热的方式，可以减小催化剂床层整体的温度变化，但无法减小径向的温度梯度。通过减小管径增强传热效果，但是管径过小会引起明显的壁效应。cn106008188b提出一种新型微波管式反应装置，利用微波体加热、选择性加热等特点，提高反应管内催化剂床层温度分布的均匀性，有效提高产物得率和催化剂稳定性。
2、为满足微波管式反应装置的工业化应用，需要对微波反应器进行放大研究。张文聪通过在标准波导后添加一个锥型波导，从而将单模反应腔体积放大，然而反应腔内仍只能放置单根反应管，实际放大效果有限（zhang w, et al., chemical engineeringjournal , 2022, 472: 131898）。cn104667849b、cn210787284u将多根反应管串联或并线使用实现反应装置的放大，但目前研究主要采用改进反应管或波导管结构的方式实现微波反应装置生产能力的提高。基于单模腔结构的反应器可以一定程度上提高装置的生产能力，但受到电磁场分布模式的限制难以用于列管式结构。cn114904287a提出一种微波加热列管式蒸发器，可以均匀加热sic列管，但是单根反应管轴向温度分布不均匀，且反应管内部填料仍存在一定的温度梯度。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种微波管式反应装置。
2、本发明是目的是通过如下技术方案来完成的：
3、一种微波管式反应装置，包括微波发生器、环形器、波导裂缝天线、波导、红外探头、温控仪和反应器壳体，反应器壳体内部的上下端分别设置有一个金属管板，两个金属管板之间的反应器壳体内均匀间隔设置多块水平的金属隔板，金属隔板将反应器壳体内部空间分隔为多个相同的反应腔，每个反应腔的相对两侧侧壁的中间位置对称设置有波导，波导呈两侧对称分布，同一侧的波导与一根波导裂缝天线连接，波导裂缝天线中各个裂缝通过波导与对应的反应腔相通，波导裂缝天线再通过环形器与微波发生器连接；
4、所述反应器壳体内阵列排布若干反应管和金属管，金属管排布在反应管之间，反应管和金属管分别垂直穿过金属隔板，且它们的两端均固定设置在两个金属管板上；
5、反应器壳体的侧部设置测温口，红外探头通过测温口测量反应腔内部的温度，红外探头再通过温控仪与微波发生器信号连接；
6、其中所述反应管采用透波材质。
7、进一步地，反应器壳体进料类型为气体和/或液体，当进料类型包括气体时，反应管的两端均设置为开口，反应器壳体下端设置有气体进口、顶部设置有气体出口，气体进料直接利用气体进口喷入反应器壳体下部的腔内后进入反应管，然后汇集于反应器壳体上部的腔内后从气体出口排出；当进料类型包括液体时，反应器壳体的顶部和底部分别设置有液体进口和液体出口，经液体进口通入的液体能够进入反应管且最后从液体出口排出。
8、更进一步地，所述进料类型包括液体，反应管的两端均设置为开口，所述反应器壳体的上端内部设置有液体分布器，液体分布器的进液端与所述液体进口连接，液体分布器底部设置多个排液管，排液管的排布与反应管位置相对应，排液管设于反应管上端开口的正上方，使经液体分布器滴落而下的液体能够均匀进入各个反应管中。
9、更进一步地，所述反应管内部中心可内置换热管，换热管与反应管内壁之间形成供物料通过的环隙空间，换热管下端从反应管下端开口穿出并连接至换热流体进液总管上，换热管从反应管上端开口穿出并连接至换热流体出液总管上，所述换热流体进液总管的一端和换热流体出液总管的一端分别从反应器壳体的侧壁穿出，通过向换热管内通入换热流体，以控制反应管中的反应温度。
10、更进一步地，所述进料类型包括液体，反应管的两端均设置为开口，多个反应管的开口相互之间通过管道串联连接，第一个反应管的上端开口通过管道连接所述液体进口，最后一个反应管的下端开口通过管道连接所述液体出口，使经液体进口通入的液体能够从第一个反应管流至最后一个反应管，最后从所述液体出口排出。
11、进一步地，所述波导的侧部钉入有金属销钉，通过调节金属销钉在波导的侧部位置及钉入深度，使对应反应腔内形成多个均匀分布的强微波场，并且在强微波场之间存在弱微波场，所述强微波场和弱微波场在波导的长度延伸所在方向依次排列出现，以波导传输微波的方向记为其长度延伸所在方向；其中，所述金属销钉的材质是能够反射微波的不锈钢材料，金属销钉水平设置且与波导的长度延伸方向相垂直。
12、更进一步地，所述波导为长方腔体结构，金属销钉设置于波导竖向侧面的竖向中间位置，通过调节金属销钉相较于波导裂缝天线的裂缝的水平距离以及其钉入深度，使对应反应腔内形成多个均匀分布的强微波场。
13、通过设置金属销钉能够调节使反应腔内电场分布更为均匀，这是因为：当微波系统的输入阻抗和输出阻抗不匹配时，会导致反射和能量损失，金属销钉可以通过改变系统的阻抗来实现阻抗匹配的调节，插入金属销钉后，可以调整系统的等效阻抗，使其更接近所需的匹配值，从而减少反射，提高微波能量的传输效率。因此通过不同层波导之间调节销钉的伸入深度，调整不同层的反应腔的等效阻抗保持一直，从而使得各层电场均匀分布。
14、进一步地，所述反应器壳体、金属管板、金属隔板、金属管、波导裂缝天线以及波导的材质是能够反射微波的不锈钢材料。
15、进一步地，反应管和金属管成排平行设置，每排反应管或金属管所在直线与波导的长度方向相垂直，以波导传输微波的方向记为其长度延伸所在方向；反应管和金属管分别成排布置于所述强微波场所在区域位置以及弱微波场所在区域位置对应的反应器壳体中；本发明利用金属具有反射电磁波的特性，通过在反应腔内合理的设置金属管的位置等参数，能够破坏反应腔内干扰模式的谐振条件，从而减小干扰模式对腔体内电场分布的影响。
16、进一步地，所述反应管采用列管式排布，由石英或聚四氟乙烯的透波耐高温材质制成，根据进料物质极性不同，反应管内部填充吸波材料或者透波材料，吸波材料是碳化硅、活性炭或者具有吸波能力的催化剂，透波材料是玻璃或者陶瓷。
17、进一步地，每个反应腔的高度为1个微波波长的0.4-0.9倍，915mhz下微波的波长约为0.328 m。较高的反应腔高度为多种不同的电磁场模式提供了空间，不同的模式具有不同的场分布特点，当反应腔高度超过一个微波波长时，在高度方向上更容易激发多种模式同时存在，从而导致电场分布不均匀。
18、与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：
19、1.本发明的新型微波管式反应装置采用金属隔板将反应腔体均匀分成多个相同的反应腔，采用带金属销钉的波导裂缝天线将微波能均匀馈入到每个反应腔中，从而能够显著提高反应装置内电磁场分布以及反应管内温度分布的均匀性，同时金属管可以减小干扰模式的影响，金属销钉通过改变腔体谐振频率调节每个反应腔内电磁场分布，从而能够减小操作条件变化对电磁场分布和温度分布的影响，有利于实现微波管式反应装置的工业放大。
20、2.本发明的新型微波管式反应装置将反应管设置在微波场强度较高且均匀的位置，从而提高能量利用效率，实现反应过程强化。
21、3.本发明的新型微波管式反应装置中，反应管内部可以全部填充填料或在填料中内置换热结构，使得反应装置能够适用于不同热效应的反应体系，另外反应管可以并联独立使用或串联使用，使得反应装置能够适用于不同停留时间的反应体系，从而提高了反应装置的通用性。
1.一种微波管式反应装置，其特征在于包括微波发生器（8）、环形器（7）、波导裂缝天线（4）、波导（5）、红外探头（2）、温控仪（3）和反应器壳体（1-1），反应器壳体（1-1）内部的上下端分别设置有一个金属管板（1-3），两个金属管板（1-3）之间的反应器壳体（1-1）内均匀间隔设置多块水平的金属隔板（1-4），金属隔板（1-4）将反应器壳体（1-1）内部空间分隔为多个相同的反应腔，每个反应腔的相对两侧侧壁的中间位置对称设置有波导（5），波导（5）呈两侧对称分布，同一侧的波导（5）与一根波导裂缝天线（4）连接，波导裂缝天线（4）中各个裂缝通过波导（5）与对应的反应腔相通，波导裂缝天线（4）再通过环形器（7）与微波发生器（8）连接；
2.如权利要求1所述的一种微波管式反应装置，其特征在于反应器壳体（1-1）进料类型为气体和/或液体，当进料类型包括气体时，反应管（1-5）的两端均设置为开口，反应器壳体（1-1）下端设置有气体进口（1-9）、顶部设置有气体出口（1-10），气体进料直接利用气体进口（1-9）喷入反应器壳体（1-1）下部的腔内后进入反应管，然后汇集于反应器壳体（1-1）上部的腔内后从气体出口（1-10）排出；当进料类型包括液体时，反应器壳体（1-1）的顶部和底部分别设置有液体进口（1-7）和液体出口（1-8），经液体进口（1-7）通入的液体能够进入反应管（1-5）且最后从液体出口（1-8）排出。
3.如权利要求2所述的一种微波管式反应装置，其特征在于所述进料类型包括液体，反应管（1-5）的两端均设置为开口，所述反应器壳体（1-1）的上端内部设置有液体分布器（1-2），液体分布器（1-2）的进液端与所述液体进口（1-7）连接，液体分布器（1-2）底部设置多个排液管，排液管的排布与反应管（1-5）位置相对应，排液管设于反应管（1-5）上端开口的正上方，使经液体分布器（1-2）滴落而下的液体能够均匀进入各个反应管（1-5）中。
4.如权利要求3所述的一种微波管式反应装置，其特征在于所述反应管（1-5）内部中心可内置换热管，换热管与反应管（1-5）内壁之间形成供物料通过的环隙空间，换热管下端从反应管（1-5）下端开口穿出并连接至换热流体进液总管上，换热管从反应管（1-5）上端开口穿出并连接至换热流体出液总管上，所述换热流体进液总管的一端和换热流体出液总管的一端分别从反应器壳体（1-1）的侧壁穿出，通过向换热管内通入换热流体，以控制反应管（1-5）中的反应温度。
5.如权利要求2所述的一种微波管式反应装置，其特征在于所述进料类型包括液体，反应管（1-5）的两端均设置为开口，多个反应管（1-5）的开口相互之间通过管道串联连接，第一个反应管（1-5）的上端开口通过管道连接所述液体进口（1-7），最后一个反应管（1-5）的下端开口通过管道连接所述液体出口（1-8），使经液体进口（1-7）通入的液体能够从第一个反应管（1-5）流至最后一个反应管（1-5），最后从所述液体出口（1-8）排出。
6.如权利要求1所述的一种微波管式反应装置，其特征在于所述波导（5）的侧部钉入有金属销钉（6），通过调节金属销钉（6）在波导（5）的侧部位置及钉入深度，使对应反应腔内形成多个均匀分布的强微波场，并且在强微波场之间存在弱微波场，所述强微波场和弱微波场在波导（5）的长度延伸所在方向依次排列出现，以波导（5）传输微波的方向记为其长度延伸所在方向；其中，所述金属销钉（6）的材质是能够反射微波的不锈钢材料，金属销钉（6）水平设置且与波导（5）的长度延伸方向相垂直。
7.如权利要求6所述的一种微波管式反应装置，其特征在于所述波导（5）为长方腔体结构，金属销钉（6）设置于波导（5）竖向侧面的竖向中间位置，通过调节金属销钉（6）相较于波导裂缝天线（4）的裂缝的水平距离以及其钉入深度，使对应反应腔内形成多个均匀分布的强微波场。
8.如权利要求1所述的一种微波管式反应装置，其特征在于所述反应器壳体（1-1）、金属管板（1-3）、金属隔板（1-4）、金属管（1-6）、波导裂缝天线（4）以及波导（5）的材质是能够反射微波的不锈钢材料。
9.如权利要求1所述的一种微波管式反应装置，其特征在于反应管（1-5）和金属管（1-6）成排平行设置，每排反应管（1-5）或金属管（1-6）所在直线与波导（5）的长度方向相垂直，以波导（5）传输微波的方向记为其长度延伸所在方向；反应管（1-5）和金属管（1-6）分别成排布置于所述强微波场所在区域位置以及弱微波场所在区域位置对应的反应器壳体（1-1）中；
10.如权利要求1所述的一种微波管式反应装置，其特征在于每个反应腔的高度为1个微波波长的0.4-0.9倍。
