一种微波辅助搅拌球磨反应器的制作方法

本实用新型涉及化学工程技术、化学反应工程和粉体材料制备技术领域，具体涉及一种搅拌球磨反应器，尤其涉及一种微波辅助搅拌球磨反应器。该微波辅助搅拌球磨反应器所有固相参与的反应，如固液反应、气固反应和固固反应等，也适用于高质量粉末材料制备和特殊化学反应工程。

背景技术：

搅拌球磨机是一种常被用于例如在液相中粉碎或者分散固体的机械加工设备，广泛适用于生物、食品、化妆品、医药、陶瓷、材料及农药等行业中。在搅拌球磨机中，存在与驱动装置相连的搅拌轴，被填装在研磨内筒内的研磨球，通过搅拌机构而得以加速，从而使位于研磨球之间的研磨物料被粉碎或者分散，从而得出产物。

固相反应是指包含固相物质参加的化学反应，包括固-固相反应、固-气相反应和固-液相反应等，该反应广泛存在于工业生产和材料制备过程中。例如：固-固反应中制备硅酸盐和铝酸盐，粉末冶金中采用固固反应进行材料的机械合金化制备合金粉末和非晶材料；固-气相反应中包括金属及合金材料的氧化、还原，以及硫化、氮化等气相处理等；固-液反应中的溶解浸出过程、固体的腐蚀反应、粉体的合成反应等。但是，通常由固相参与的反应存在原子扩散速率慢、化学反应速率低等问题，使反应时间参加，生产成本增加之外，还存在反应不完全、不均匀等影响产品质量的问题。

目前能够适用于所有固相反应的设备和装置非常有限，其中反应釜是目前使用较为广泛的固液反应装置，其主要是通过对容器的结构设计与参数配置，实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配功能。高压反应釜是反应釜中较为常用的一种，它是目前进行高温、高压下的固液或者液液反应最为理想的装置，特别是进行易燃、易爆、有毒介质的化学反应，更加显示出它的优越性。其加热方式通常为夹套蒸气、夹套热油或者电加热等传统热传导加热方式，另外为了解决了泄漏问题一般采用磁力传动装置。但是，这里存在三个问题，首先传统高压反应釜热传导效率低，反应体系对温度的响应迟缓，造成控制精度低，产品可控性不强，重复率低的问题；其次传统高压反应釜热传导效率低，反应体系对压强的响应迟缓，造成控制精度低，产品可控性不强，重复率低的问题；再次是传统高压反应釜中的磁力传动装置仅仅对液相具有较好的搅拌效果，对于固相搅拌混合效果一般，随着固相组成比例的增加，同样会出现搅拌不均匀和不充分的问题。

众所周知，微波加热是利用微波的能量特征，对物体进行加热的过程。微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电磁波。被加热介质物料中的水分子是极性分子，它在快迅变化的高频电磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化，造成分子的运动和相互摩擦效应。此时微波场的场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，产生热化和膨化一系列物化过程而达到微波加热干燥的目的。微波对介质材料是瞬时加热升温，因此具有快速加热的特点。另一方面，微波的输出功率随时可调，介质温升可无惰性的随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要。然而目前还没有将微波应用到搅拌球磨反应器的相关装置。因此，对于本领域技术人员而言，如何开发一种微波辅助搅拌球磨反应器，这具有比较现实的意义。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种微波辅助搅拌球磨反应器，以解决背景技术存在的至少一个技术问题。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种微波辅助搅拌球磨反应器，包括球磨系统、微波辅助系统和控制系统，所述球磨系统包括驱动电机、搅拌杆、搅拌桨、球磨筒和置于球磨筒内的研磨球，所述微波辅助系统包括微波加热筒、保温透波层、微波馈口、微波发射源和微波电源，所述控制系统包括控制柜和设置在控制柜表面的控制面板，所述球磨筒置于所述微波加热筒内，所述微波加热筒侧壁的内表面沿周向包裹一层所述保温透波层，所述保温透波层位于所述微波加热筒和所述球磨筒之间，所述搅拌杆的上端穿过微波加热筒和球磨筒的顶壁与驱动电机连接，所述搅拌杆的下端伸至球磨筒中，所述搅拌杆于球磨筒内的部分装设所述搅拌桨，所述微波馈口、微波发射源和微波电源依次连接，所述微波馈口设置在微波加热筒的侧壁且与微波加热筒内腔封闭式紧固连接，所述微波电源与所述控制系统连接，所述球磨筒内设有用于检测所述球磨筒内部温度的温度传感器，所述温度传感器与所述控制系统连接。

作为上述微波辅助搅拌球磨反应器的进一步改进，所述温度传感器设置在所述搅拌桨上。

作为上述微波辅助搅拌球磨反应器的进一步改进，所述温度传感器为热电偶。

作为上述微波辅助搅拌球磨反应器的进一步改进，所述球磨筒内设有用于检测所述球磨筒内部压力的压力传感器，所述球磨筒的顶壁设有泄压口和置于泄压口内的控制阀门，所述压力传感器和所述控制阀门分别与所述控制系统连接。

作为上述微波辅助搅拌球磨反应器的进一步改进，所述搅拌杆与微波加热筒的接口处设有密封装置。

作为上述微波辅助搅拌球磨反应器的进一步改进，所述保温透波层材质为陶瓷。

作为上述微波辅助搅拌球磨反应器的进一步改进，所述保温透波层材质为莫来石纤维复合材料或刚玉莫来石复合材料。

作为上述微波辅助搅拌球磨反应器的进一步改进，所述球磨筒材质为陶瓷或玻璃或者树脂材料；所述微波加热筒为金属外壳；所述研磨球材质为陶瓷或者金属或者玛瑙球。

作为上述微波辅助搅拌球磨反应器的进一步改进，所述微波加热筒的里衬为光滑面，表面粗糙度小于3.0微米。

作为上述微波辅助搅拌球磨反应器的进一步改进，所述微波馈口的数量为多个，任意两个位于同一平面的微波馈口中心线与反应器轴线之间的夹角为90度的奇数倍。

本实用新型的微波辅助搅拌球磨反应器，可以应用于所有固相参与的反应，如固液反应、气固反应和固固反应等，能够在实现温度的较为精确控制的前提下，让固相参与的反应更加充分和均匀，也适用于高质量粉末材料制备和特殊化学反应工程的应用。此外，本实用新型具有绿色环保，环境友好，以电能二次能源为动力，不存在污染和高能耗的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型第一实施例的微波辅助搅拌球磨反应器的结构示意图；

图2为本实用新型第二实施例的微波辅助搅拌球磨反应器的部分结构示意图。

附图中：

1-驱动电机2-搅拌杆3-搅拌桨

4-球磨筒5-研磨球6-微波加热筒

7-保温透波层8-微波馈口9-微波发射源

10-微波电源11-控制柜12-控制面板

13-泄压口14-密封装置

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，出现的术语所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，否则对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1所示，一种微波辅助搅拌球磨反应器，包括球磨系统、微波辅助系统和控制系统，所述球磨系统包括驱动电机1、搅拌杆2、搅拌桨3、球磨筒4和置于球磨筒4内的研磨球5，所述微波辅助系统包括微波加热筒6、保温透波层7、微波馈口8、微波发射源9和微波电源10，所述控制系统包括控制柜11和设置在控制柜11表面的控制面板12，所述球磨筒4置于所述微波加热筒6内，所述微波加热筒6侧壁的内表面沿周向包裹一层所述保温透波层7，所述保温透波层7位于所述微波加热筒6和所述球磨筒4之间，所述搅拌杆2的上端穿过微波加热筒6和球磨筒4的顶壁与驱动电机1连接，所述搅拌杆2的下端伸至球磨筒4中，所述搅拌杆2于球磨筒4内的部分装设所述搅拌桨3，所述微波馈口8、微波发射源9和微波电源10依次连接，所述微波馈口8设置在微波加热筒6的侧壁且与微波加热筒6内腔封闭式紧固连接，所述微波电源10与所述控制系统连接。

上述的微波辅助搅拌球磨反应器包括球磨系统、微波辅助系统和控制系统；其中球磨系统包括驱动电机1、搅拌杆2、搅拌桨3、研磨球5和球磨筒4，微波辅助加热系统包括保温透波层7、微波加热筒6、微波馈口8、微波发射源9和微波电源10，微波发射源9通过微波馈口8对球磨筒4内的物料进行加热，微波发射源9的频率和功率可以调节；控制系统由控制柜11和控制面板12组成。

其中，利用微波对金属不起作用但容易通过陶瓷、塑料和纸制品的机理，球磨筒4、保温透波层7材质可以为玻璃或者陶瓷或者树脂材料，在一种优选实施例中，所述保温透波层7为透波陶瓷材料制成，优选为莫来石纤维复合材料或刚玉莫来石复合材料，为了避免微波泄露，所述微波加热筒6采用金属外壳。另外，研磨球5可以为金属、陶瓷或者玛瑙球材质。为了便于包裹保温透波层7，微波加热筒6里衬为光滑面，表面粗糙度小于3.0微米，这样设置，可以增加微波的反射率，即保证微波的加热效率。

上述实施例中，所述控制系统用于通过温度传感器和微波辅助系统控制球磨筒4内的反应温度，温度传感器可以为热电偶。所述控制器根据温度传感器的检测信号，再通过微波电源10控制微波发射源9的输出功率，从而达到控制球磨筒4内的反应温度的目的。

由上述内容可知，本实用新型的微波辅助搅拌球磨反应器，可以应用于所有固相参与的反应，如固液反应、气固反应和固固反应等，能够在实现温度的较为精确控制的前提下，让固相参与的反应更加充分和均匀，也适用于高质量粉末材料制备和特殊化学反应工程的应用。

本实用新型的微波辅助搅拌球磨反应器，主要具有以下几方面的有益效果：

一、结构简单、使用方便，制造和维护成本低；

二、适用范围广，能够使用于所有具有固相参与的反应中；

三、使用条件广，既可以是常温常压下的反应，也可以是高温高压下的反应；

四、充分利用微波加热的特点，微波对介质材料是瞬时加热升温，微波加热具有加热均匀、加热速度快、热量损失小、操作方便、折叠控制及时、反应灵敏等特点，同时微波的输出功率随时可调，介质温升可无惰性的随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要，因而能够使得球磨筒4内的温度更均匀，温度控制反应更灵敏；

五、本实用新型具有绿色环保，环境友好，以电能二次能源为动力，不存在污染和高能耗的问题。

在一种优选实施例中，所述温度传感器设置在所述搅拌桨3上。更为优选的，所述温度传感器为热电偶，所述搅拌桨3为热电偶，即搅拌桨3和温度传感器是一体，搅拌桨3就是温度传感器，温度传感器也是搅拌桨3，搅拌桨3实现搅拌的同时又可以监控温度。

为了避免球磨筒4内压力过大，所述球磨筒4内设有用于检测所述球磨筒4内部压力的压力传感器，所述球磨筒4的顶壁设有泄压口13和置于泄压口13内的控制阀门，所述压力传感器和所述控制阀门分别与所述控制系统连接，所述控制系统根据压力传感器的检测值控制控制阀门的开启，当然也可以在泄压口13处直接设置安全阀，当压力超过预设值时，安全阀自动开启。该实施例中，球磨筒4为压力容器，可以调节压力，上面有泄压口13，能够在同时实现温度和压强两个参数较为精确控制的前提下，让固相参与的反应更加充分和均匀，适用于高质量粉末材料制备和特殊化学反应工程的应用。

具体可选的，所述搅拌杆2与微波加热筒6的接口处设有密封装置14，密封装置14用于密封搅拌杆2与微波加热筒6的接口连接处，该密封装置14可以为密封圈。具体可选的，所述球磨筒4通过沿其侧壁外侧周向设置的固定架固定于微波加热筒6内。本实用新型结合了微波加热的特点以及固相参与反应的特点，设计了一种不仅在常温常压下，也可以在高温高压环境下，较为精确的控制反应温度和压强等关键技术参数，又能保证密封良好前提下反应的充分进行，为生产过程的顺利进行和产品质量的稳定提高提供重要的硬件基础。

为了提高球磨筒4内微波场强的均匀性，如图2所示，所述微波馈口8的数量为多个，且任意两个位于同一平面的微波溃口中心线与反应器轴线或者微波加热筒6之间的夹角为90度的奇数倍，如此设置的好处是可以减少微波之间的相互干扰，使微波效率大幅提升。其中，需要说明的是，微波馈口8的数量为多个，微波发射源9和微波电源10的数量可以为一个，也可以为多个，当微波发射源9和微波电源10为一个时，一个微波发射源9和微波电源10对应连接多个微波馈口8，当微波发射源9和微波电源10为多个时，微波馈口8、微波发射源9和微波电源10之间可以为一一对应关系，也可以为一对多、或者多对多的对应关系，当微波电源10为一个时，微波发射源9和微波馈口8为多个时，一个微波电源10对应连接多个微波发射源9，微波馈口8、微波发射源9之间可以为一一对应关系。另外，两个微波溃口8位于同一平面是指两个微波溃口8之间的位置高度一致，即两个微波溃口8位于同一水平面上。

综上，本实用新型的微波辅助搅拌球磨反应器，可以应用于所有固相参与的反应，如固液反应、气固反应和固固反应等，能够在实现温度的较为精确控制的前提下，让固相参与的反应更加充分和均匀，也适用于高质量粉末材料制备和特殊化学反应工程的应用。此外，本实用新型具有绿色环保，环境友好，以电能二次能源为动力，不存在污染和高能耗的问题。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。