Интенсификация химических процессов воздействием микроволнового излучения

• Автор: Шавшукова, Светлана Юрьевна
• Шифр специальности: 07.00.10, 02.00.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Краткая история применения микроволнового излучения

в различных областях науки и промышленности

1.1 . Основы микроволнового нагрева

1.2. Начало и развитие работ по созданию микроволновых установок

для лабораторных исследований и промышленных процессов

1.2.1. Микроволновая спектроскопия

1.2.2. Лабораторные микроволновые установки для химического эксперимента

1.2.2.1. Применение в химическом эксперименте бытовых микроволновых печей

1.2.2.2. Совершенствование микроволновой техники для химического эксперимента

1.2.2.2.1. Установка непрерывного действия
1.2.2.2.2. Установка периодического действия
1.2.2.3. Использование в химическом эксперименте микроволновых минерализаторов
1.2.2.4. Микроволновые установки для пробоподготовки
1.2.2.5. Реакционные сосуды и средства измерения для химического эксперимента
1.2.3. Микроволновые реакционные устройства для процессов химии и нефтехимии
1.2.3.1 Сушильные микроволновые установки и установка регенерации цеолитов
1.2.3.1.1. Микроволновая установка для сушки минеральных солей
1.2.3.1.2. Реактор для регенерации цеолитов
1.2.3.2. Термокаталитические процессы с применением микроволнового излучения
1.2.3.3. Микроволновая установка для обжига известняка
1.2.3.4. Процессы испарения и подготовки пара с использованием энергии микроволн
1.2.3.4.1. Устройство для испарения жидких сред
1.2.3.4.2. Устройство для подготовки перегретого пара
1.2.4. Микроволновая обработка грунтов
Глава 2. Микроволновое излучение и интенсификации химических реакций
2.1. Методы микроволнового органического синтеза
2.1.1. Микроволновый синтез в условиях атмосферного давления
2.1.2. Микроволновый синтез в условиях повышенного давления
2.1.3. Твердофазные реакции и реакции с носителями
2.1.4. Метод активатора
2.2. Обзор микроволновых органических реакций
2.3. Микроволновый синтез металлорганических и неорганических соединений
2.3.1. Металлорганический синтез
2.4. Обсуждение микроволновых эффектов Глава 3. Экспериментальная часть
3.1. Синтез 4фенил и 4метил4фенил1,3диоксана
3.2. Синтез 1фенилпропан1,3Диола
3.3. Синтез ацетата коричного спирта Выводы
Список цитируемой литературы


В ней рассматриваются практические приемы использования микроволновой энергии для нагрева реакционных смесей, приводятся систематизированные по типам превращений примеры микроволновых реакций, обсуждаются причины ускорения реакций в условиях микроволнового нагрева. ГЛАВА 1. Для традиционных термических способов нагрева характерна передача тепла в объем вещества с его поверхности посредством теплопроводности и конвекции. Нагрев вещества традиционными способами при противопоставлении его микроволновому называют термическим, что не совсем корректно, так как микроволновый нагрев по сути тоже является термическим, однако терминология в этой области еще недостаточно отработана и не найдено термина для обозначения традиционного способа нагрева. Если теплопроводность объекта низка, что имеет место у диэлектриков, то нагрев происходит очень медленно, с локальным перегревом поверхности. В случае воздействия МВИ на диэлектрик нагрев происходит изнутри одновременно по всему объему образца за счет создания эффекта диэлектрических потерь. Поэтому нагрев МВИ называют также диэлектрическим нагревом. Не вдаваясь подробно в сложное математическое описание теории диэлектрического нагрева, остановимся на основных ее положениях для понимания сути явлений, происходящих при нагреве диэлектриков в микроволновом поле. В отсутствии внешнего электрического поля молекулы диэлектрика находятся в хаотическом движении. При наложении внешнего электрического поля электростатические силы будут стремиться выровнять дипольные молекулы вдоль силовых линий поля. Термин потери неточен, поскольку он обозначает полезное тепло, полученное при нагреве микроволнами. Релаксационные потери связаны с ориентацией дипольных молекул по направлению силовых линий электрического поля 6. При частоте излучения МГц поле пульсирует 29 разс и ответные колебания диполей, которые стремятся следовать за переменным электрическим полем и которым приходится преодолевать сопротивление других молекул и сталкиваться с ними, приводят к повышению температуры. Таким образом, нагрев происходит одновременно по всему объему вещества с учетом глубины проникновения МВИ в диэлектрик табл. I 7, 8. Данный вид поляризации оказывает наибольшее влияние на процесс микроволнового нагрева, так как время релаксации диэлектрической поляризации имеет тот же порядок, как и период колебаний электромагнитного поля микроволнового диапазона. Кроме диэлектрической ориентационной поляризации при наложении высокочастотного электрического поля различают атомную, электронную и структурную виды поляризации. Атомная поляризация обусловлена смещением электронов относительно атома, электронная смещением атомов относительно друг друга. Вклад этих составляющих в суммарный диэлектрический нагрев незначителен, так как время релаксации данных видов поляризации меньше периода колебания МВИ. Структурная поляризация эффект МаксвеллаВагнера имеет место на границе раздела неоднородных сред 1,9. В настоящее время в литературе можно найти данные по глубинам проникновения для наиболее простых и распространенных веществ. МВИ в различные среды . Способность вещества запасать потенциальную энергию под действием электрического поля характеризуется диэлектрической постоянной е. Коэффициент диэлектрических потерь с выражает эффективность, с которой поглощенная энергия трансформируется в тепло. Величина тангенс угла диэлектрических потерь или коэффициент рассеяния является удобным параметром для сравнения способности различных материалов трансформировать микроволновую энергию в тепло при данной частоте излучения и температуре. Величины и зависят от частоты электромагнитного излучения и температуры 1. У большинства диэлектриков величина имеет максимум в микроволновом диапазоне. Темп микроволнового нагрева определяется уравнением 2, из которого видно, что при фиксированной частоте излучения он определяется электрофизическими характеристиками вещества и мощностью налагаемого поля. Диэлектрические характеристики множества диэлектриков, наиболее широко применяемых в науке и промышленности, приводятся в справочниках, например в . Примеры диэлектрических характеристик ряда растворителей приведены в табл. Ср теплоемкость вещества, кДжкрК.