一種新型微波化學(xué)反應(yīng)器的研究.pdf

1、四川大學(xué)碩士學(xué)位論文一種新型微波化學(xué)反應(yīng)器的研究無線電物理專業(yè)研究生杜國宏指導(dǎo)老師黃卡瑪教授摘要微波化學(xué)是研究在化學(xué)中應(yīng)用微波的一門新興的前沿交叉學(xué)科，而微波化學(xué)反應(yīng)器則是整個微波化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的關(guān)鍵，它的設(shè)計(jì)既是一個涉及多學(xué)科交叉的問題，也是一個復(fù)雜的工程問題。目前已有的大功率微波化學(xué)反應(yīng)器大多使用昂貴的大功率磁控管，也有的反應(yīng)器采用兩個小功率磁控管，但需要昂貴的大功率隔離器件，這些都大大提高了系統(tǒng)成本，從而制約了微波應(yīng)用在化工領(lǐng)域的大

2、規(guī)模推廣。針對這些問題，本文提出了利用微波非相干功率合成技術(shù)采用多個小功率磁控管實(shí)現(xiàn)大功率微波化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方法，并對該方法進(jìn)行了深入的研究。根據(jù)反應(yīng)物容量的實(shí)際大小、模式數(shù)最多和帶寬內(nèi)模式譜線分布最均勻的原則確定了腔體的尺寸。采用時域有限差分法(FDTD)分析了腔體內(nèi)電磁場分布以及兩個饋口間的隔離度隨饋口極化方式與位置的變化。結(jié)果表明極化方向互相垂直的兩饋口間的隔離度遠(yuǎn)大于極化方向相平行的兩饋口間的隔離度極化方向相平行的兩饋口位置的

3、變化會對隔離度產(chǎn)生一定的影響，但不顯著。本文還采用了FDTD方法計(jì)算了單源激勵和兩源激勵的場分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩源工作時腔體內(nèi)場強(qiáng)明顯強(qiáng)于單源激勵時的場強(qiáng)。為合理設(shè)計(jì)微波化學(xué)反應(yīng)器，我們需要了解具體化學(xué)反應(yīng)的復(fù)等效介電常數(shù)隨時間的變化，從而可以得知化學(xué)反應(yīng)過程中整個反應(yīng)系統(tǒng)對微波功率的吸收和反射特性。本文采用取樣方法對12一二苯乙烷生成反應(yīng)過程中的復(fù)等效介電常數(shù)進(jìn)行了跟蹤測量，由計(jì)算得到了復(fù)等效介電常數(shù)的實(shí)部和虛部。測量結(jié)果表明，該化學(xué)反應(yīng)

4、的復(fù)等效介電常數(shù)的實(shí)部隨時間變化不大，但虛部隨時間的變化非常M.S.DThesisStudyonaNovelMicrowaveChemicalReactorMajor:RadioPhysicsGraduateStudent:DuGuohongProfHuangKamaMicrowavechemistryisoneofthefastestgrowingchemicaldesignofreactorplaysanimportantrolei

5、nmicrowavescientificfields.Microwavechemicalengineering.Themicrowavechemicalreactorisacomplicatedengineeringproblemandneedsnotonlymicrowavetechniquesbutalsochemicaltheories.SofarduetoexpensivehighpowermagnetronsandmagicT

6、mostofhighpowermicrowavechemicalreactorsaretoocostlytobewidelyappliedinchemicalindustry.Inthispaperanovellowcostmicrowavechemicalreactorwithmultimagnetronbasedonnoncoherentpowersynthesisispresented.Theshapeandthevolumeof

7、thecavityareobtained.Thenseveraldiferentreactormodelsareconstructedaccordingtothevolumeofreactantsandthebasicdesignprinciple.Thenthevariationofelectromagneticfielddistributionwithrespecttothepolarizationandlocationofthem

8、ultifeedsissimulatedusingfinitediferentialtimedomain(FDTD)method.Simulationresultsshowthatthecouplingbetweenthetwofeedswithpolarizationverticaltoeachotherisweakerthanthatofthosewithpolarizationparalleltoeachother.Moreove

9、rthepowerdensityinthecavitywithtwomagnetronsworkingsimultaneouslyismuchhigherthanthatwithonlyasinglemagnetron.Itisimportanttolearnthevariationofpermitivitywithtimeduringthechemicalreactionswhichwillhelpustoknowthepropert

10、iesofmicrowavepowerabsorptioninthereactants.Inthispaperthemeasurementoftheefectivepermitivityofthe12DPEsynthesisisinvestigated.Thereflectioncoefficientismeasuredduringthereactioninasamplingwayandtherealpartandtheimaginar