專利名稱：用微波熔融有機(jī)產(chǎn)品的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用微波的設(shè)備和方法。
微波爐為眾所周知，它們由金屬外殼與微波源組成，微波源有時稱作“磁控管”。要加熱或熔融的產(chǎn)品放入外殼內(nèi)的絕緣容器中。放在金屬外殼中盛放產(chǎn)品的容器不可是金屬的。
應(yīng)用有機(jī)材料的工業(yè)，特別是塑料工業(yè)中經(jīng)常要熔融盛放在金屬容器內(nèi)的有機(jī)產(chǎn)品，例如制造聚氨基甲酸乙酯的工藝過程就是這樣。加工時，預(yù)聚合物以固態(tài)形式送進(jìn)金屬容器內(nèi)進(jìn)行聚合，然后還需要對這些產(chǎn)品再次進(jìn)行加熱以將它們?nèi)廴?。但是這種加熱必須謹(jǐn)慎進(jìn)行，如果預(yù)聚合物的溫度超過了預(yù)定值，例如75℃，加熱時間又太長，這些產(chǎn)品就會發(fā)生降解，形成脲基甲酸酯。這是應(yīng)當(dāng)避免的。因此，人們不得不采用逐漸地、有限制的加溫方式。
這種加熱可以在爐內(nèi)進(jìn)行，但加熱的時間太長，例如一個200升的容器需要加熱72小時。再者能源的消耗也很可觀。
本發(fā)明的目的是避免上述缺點。為此，本發(fā)明提供了一種用微波熔融有機(jī)產(chǎn)品的方法，該方法具有下述特征a)在容納初始有機(jī)產(chǎn)品的金屬容器上固定至少一個波導(dǎo)管。
b)上述一個或數(shù)個波導(dǎo)管引導(dǎo)微波，使微波的電磁場直接與固體產(chǎn)品的自由上表面相接觸，電磁場使固體的上部熔融，從而形成一個上部液體層。
c)產(chǎn)品的仍然保持固態(tài)并與液體層相接觸的那部分被磨蝕，成為懸浮在液體中的固體產(chǎn)品的顆粒，并攪拌該懸浮液。
d)磨蝕與攪拌過程隨著產(chǎn)品的熔融一直進(jìn)行到容器的底部，至少在一段熔融時間中讓電磁場繼續(xù)與液體的自由表面相接觸。
e)當(dāng)產(chǎn)品完全熔融后，從容器中取出。
本發(fā)明還提供了一種用微波熔融有機(jī)產(chǎn)品的設(shè)備，該設(shè)備具有下述特征a)至少包括一個微波波導(dǎo)管，以及能使上述一個或數(shù)個波導(dǎo)管固定到盛有初始固態(tài)有機(jī)產(chǎn)品的金屬容器上的裝置。
b)上述一個或數(shù)個波導(dǎo)管的布置使其引導(dǎo)微波，讓微波電磁場直接與固體產(chǎn)品的自由表面接觸，使固體的上部熔融，形成一上部液體層。
c)包括可使產(chǎn)品的與液體接觸但仍保持固態(tài)的那部分受到磨蝕的裝置，用該裝置可以得到懸浮于液體中的固態(tài)產(chǎn)品顆粒。
d)具有攪拌該懸浮液的裝置。
e)具有一個裝置，能在熔融過程中使磨蝕向容器底部發(fā)展并使攪拌裝置向容器底部移動;設(shè)備的配置使波導(dǎo)管至少在一段熔融時間內(nèi)仍繼續(xù)引導(dǎo)電磁場與液體的自由表面相接觸，同時進(jìn)行上述移動。
f)具有使產(chǎn)品在完全熔融后從容器中排出的裝置。
借助于下述的非限制性實施例及相應(yīng)的示意性附圖，本發(fā)明將容易被理解。
附圖中
圖1是本發(fā)明的具有一個磨蝕頭的設(shè)備的垂直剖視圖;
圖2是圖1設(shè)備中的磨蝕頭的底視圖，該磨蝕頭上帶刮片;
圖3是圖2中的磨蝕頭的局部垂直剖視圖，該磨蝕頭上有刮片，刮片上有齒，圖3是沿圖2中Ⅲ-Ⅲ線的剖面圖;
圖4是圖3所示刮片的垂直剖面圖，圖4是沿圖3中Ⅳ-Ⅳ線的剖面圖。
圖1表示出本發(fā)明的設(shè)備1，該設(shè)備1有一平板2，其上設(shè)置有鼓狀金屬容器3。在容器3內(nèi)盛有有機(jī)物4，這些有機(jī)物的初始狀態(tài)為固態(tài)。兩個微波發(fā)生器5各自向外伸出波導(dǎo)管6。在這個非限制性的圖示實施例中，微波頻率的變化范圍是875兆赫至2450兆赫。這兩個波導(dǎo)管6與蓋7固定連接，后者安裝在容器3的上部8上。容器3原來的蓋已事先移去。容器3用于裝填制品4，而產(chǎn)品4在容器中就地固結(jié)成團(tuán)，形成一個固體塊。蓋7和波導(dǎo)管6可以由不銹鋼等材料制成。
微波經(jīng)由波導(dǎo)管6引入容器，微波電磁場直接與初始狀態(tài)的固體產(chǎn)品4的自由表面9相接觸。該電磁場熔融產(chǎn)品4的上部10，形成了上部液層11。
設(shè)備1包括磨蝕裝置12，用于剝蝕該產(chǎn)品4。該磨蝕裝置包括一個磨蝕頭13，后者與一個豎直軸14相連。
該軸14的豎直軸線XX'與圓筒3的軸線相一致，圖1即為沿軸線XX'剖開的垂直剖視圖。電機(jī)15驅(qū)動軸14繞軸線XX'旋轉(zhuǎn)，而軸14又驅(qū)動磨蝕頭13繞XX'線旋轉(zhuǎn)。圖2為磨蝕頭13的底視圖。該直徑為D的磨蝕頭13包括一錐形部分16，其錐面向下。在錐形部分16上固定有三條相同的刮片17。
圖3是沿軸線XX'剖開的、帶有刮片17的錐形部16的局部垂直剖視圖。每條刮片17具有平板狀的上部170，在垂直方向上與錐形部16相連。該上部170的平分平面P17(圖2中以虛線表示)表示出相應(yīng)刮片17的總體取向，并且平面P17通過軸線XX'，該軸線在圖2中表示為一點X。任何兩個相鄰的豎直平面P17都構(gòu)成一個120°的角α。上述刮片17具有齒18，在圖3中連接齒18的頂點180的虛直線L18離開軸線XX'向上方延伸。舉例來說，該線L18可以與圖3剖面中錐形部16上的相應(yīng)直線L16相平行。該線L16與軸線XX'構(gòu)成銳角β，該角β即為錐度(圖3)。也就是說，線L18與相交的豎直線構(gòu)成一個開口向上的銳角。刮片17的數(shù)量可以不是三個，α角也可以不是120°。齒18的數(shù)量可以在每條刮片17的寬度范圍內(nèi)變化。
圖4是圖3所示刮片17的垂直剖面圖，該截面平行于軸線XX'，但垂直于上述刮片的平面P17。從圖4中可以看出，與上部170相連的齒18與平面P17夾角γ。這些齒18在圖4中度量出的長度為1。
角β與γ可以作為液體11的粘性的函數(shù)，在大范圍內(nèi)變動，β角的最佳值為70°至90°，而γ角的最佳值在30°至60°之間。齒18可以根據(jù)需要而直接安裝于錐形部16上，此時部件170不存在。
在磨蝕頭13旋轉(zhuǎn)時，其上的齒18磨蝕與液體11相接觸的產(chǎn)品4的固態(tài)表面19，以及該表面19附近的固體4的上部20。由于齒18的磨蝕作用，產(chǎn)生了固態(tài)顆粒21，這些顆粒21與液體11共同形成懸浮液22。由于齒18的傾斜取向，磨蝕頭13還可以對該懸浮液起攪拌作用。傾角γ使懸浮液22朝容器頂部運動，這有利于顆粒21與熱液體11相接觸，從而得以熔融。這樣，磨蝕頭13同時起磨蝕和攪拌兩作用。
由于微波的熔融作用與熱機(jī)械作用共同對固體4進(jìn)行磨蝕或“啃咬”，設(shè)備1制備出被攪拌的懸浮液22。
在熔融過程中，即當(dāng)固體表面19逐漸向底部下降時，磨蝕頭13沿箭頭F所示方向向下運動。為了使磨蝕頭13能豎直運動，電機(jī)15可沿導(dǎo)桿23作豎直運動。在這一豎直位移過程中，軸14在蓋7的開口24中滑動。使電機(jī)15作豎直位移的裝置是已知的，例如是一個齒條系統(tǒng)。為簡化起見，該裝置在圖中未畫出。
當(dāng)產(chǎn)品4完全熔融后，閥25即打開，使液化的產(chǎn)品4流入使用容器26中。
圖1表示的是熔融過程的中途階段，固體表面19位于初始固體表面9和容器3的底部27之間。在至少一段熔融時間內(nèi)，波導(dǎo)管6繼續(xù)引導(dǎo)微波電磁場與產(chǎn)品4的液態(tài)自由表面9接觸。
本發(fā)明的設(shè)備1可以設(shè)計成具備熔融過程控制能力。為此，蓋7上設(shè)有金屬管28，該管28可在豎直方向上滑動，與液層11的上部相接觸。管28用導(dǎo)熱率高的材料例如銅制成。溫度探頭29設(shè)在管28內(nèi)部，測量液體層11上部的溫度。探頭29由于金屬管的屏蔽作用而不會受到微波的干擾。
掌握了上述溫度參數(shù)，就可以用手控或自動控制的方法來調(diào)節(jié)熔融過程。這些調(diào)節(jié)裝置本身是公知的，為簡化起見，在附圖中未予顯示。當(dāng)探頭29檢測到的溫度達(dá)到預(yù)定的最大值時，控制裝置可以中斷或減弱微波源輻射的微波量。這樣，液層11上部的溫度、即產(chǎn)品4總體溫度的最大值，在任何時候都基本上保持與預(yù)定的臨界值相等，從而避免或限制了產(chǎn)品4的降解。
這種控制可以擴(kuò)展到磨蝕和攪拌過程中，磨蝕頭13的轉(zhuǎn)速及其豎直位移量都可以作為探頭29所測溫度的函數(shù)，手動或自動地被修正。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點盛裝產(chǎn)品4的金屬容器3可以直接用于熔融工作，就在該盛裝產(chǎn)品的金屬容器中直接進(jìn)行熔融工作;
-熔融迅速;
-能耗低，使用時微波可以調(diào)節(jié)，例如間斷地停止微波輻射，使其在使用過程中具有很大的靈活性。在整個熔融操作過程中，攪拌也是可以調(diào)節(jié)的;
-熔融實際上不會導(dǎo)致材料的降解，因為磨蝕與懸浮液的攪拌使熱能得以良好分布，盡管電磁場對液體的作用大于對固體的作用。
實例按照本發(fā)明的例1與隨后的對照例2相比較，可以使人更好地理解本發(fā)明。
例1設(shè)備1用于熔融200升聚酯預(yù)聚合物TDI(AKZO公司的NOURYTHANE A9)，該產(chǎn)品4用于生產(chǎn)聚氨基甲酸乙酯。
設(shè)備1和微波發(fā)生器5的特征參數(shù)如下微波源5頻率2450兆赫，每個波源的功率為1200瓦。
磨蝕裝置12電機(jī)15的功率為1100瓦;磨蝕頭13的直徑D為350mm;錐角β為80°;齒18數(shù)量為每條刮片17上設(shè)15個;齒的長度1為30mm;齒的傾角γ為45°。
初始產(chǎn)物4的特征熔點60℃異氰基(NCO)含量4.24%熔融過程中，間斷地開啟微波源5，以避免產(chǎn)品4的溫度超過72℃。磨蝕頭13的轉(zhuǎn)速在80rpm至195rpm之間變化，其豎直移動速度為11cm/hour。
完全熔融需7.4小時，總能耗30.14千瓦小時，即微波源5以4000瓦的功率運行5.5小時，裝置12以1100瓦的功率運行7.4小時。
在熔融過程中，產(chǎn)品4的溫度高于40℃而低于72℃。
在產(chǎn)品熔融終了時，產(chǎn)品的NCO濃度為4.05%。由于熔融引起的NCO濃度的相對變化約為4.5%。
例2在本例中，不按照本發(fā)明。采用與例1相同的產(chǎn)品(NOURYTHANE A9)200升，以同樣的方式裝入金屬圓筒容器中加以熔融。熔融在熱空氣爐中進(jìn)行。
熔融需花72小時，耗能350千瓦小時。這種用爐進(jìn)行的熔融處理引起的NCO濃度的相對變化量為3.2%。
因此，本發(fā)明的熔融過程顯著地節(jié)約了時間和能源，特別是與已知的熔融過程相比，對產(chǎn)品并無任何不利影響。
當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于上述的實施例。
本發(fā)明適用于任何可由微波熔融的有機(jī)產(chǎn)品或有機(jī)產(chǎn)物的混合物。這些產(chǎn)品應(yīng)用于例如化學(xué)工業(yè)、制藥工業(yè)、香水制造業(yè)、食品工業(yè)、攝影器材工業(yè)及塑料工業(yè)。這些產(chǎn)品可以是熱熔體、糖蜜、樹脂及固溶體。
權(quán)利要求
1.用微波熔融有機(jī)產(chǎn)品(4)的方法，該方法的特征在于a)在容納初始有機(jī)產(chǎn)品(4)的金屬容器(3)上安裝至少一個波導(dǎo)管(6)；b)上述一個或數(shù)個波導(dǎo)管(6)引導(dǎo)微波，使微波的電磁場直接作用于固體產(chǎn)品的自由上表面(9)；電磁場使固體(4)的上部(10)熔融，形成一個上部液體層(11)；c)磨蝕產(chǎn)品(4)中仍然保持固態(tài)并與液體(11)相接觸的那部分產(chǎn)品，制得懸浮在液體中的固態(tài)產(chǎn)品(4)的顆粒(21)，攪拌該懸浮液；d)磨蝕與攪拌過程隨著產(chǎn)品(4)的熔融一直進(jìn)行到容器(3)的底部，至少在一段熔融時間內(nèi)，讓電磁場繼續(xù)與液體(11)的自由表面(9)相接觸；e)當(dāng)產(chǎn)品(4)完全熔融后，使其從容器(3)中流出。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征是磨蝕與攪拌使得懸浮液(22)向容器(3)頂部運動。
3.按權(quán)利要求1或2中任何一項所述的方法，其特征是測量液層(11)上部的溫度，并且微波輻射量作為溫度的函數(shù)而被調(diào)節(jié)。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征是磨蝕和攪拌作為上述溫度的函數(shù)而被調(diào)節(jié)。
5.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征是朝向容器底部的磨蝕進(jìn)度及攪拌進(jìn)程作為溫度的函數(shù)而被調(diào)節(jié)。
6.用微波熔融有機(jī)產(chǎn)品(4)的設(shè)備(1)，該設(shè)備的特征在于a)至少包括一個微波波導(dǎo)管(6)，以及能使一個或數(shù)個波導(dǎo)管(6)固定到盛有初始固態(tài)有機(jī)產(chǎn)品(4)的金屬容器(3)上的固定裝置;b)上述一個或數(shù)個波導(dǎo)管(6)的布置，使其引導(dǎo)微波，讓微波電磁場直接與固體產(chǎn)品(4)的自由表面(9)接觸，使固體(4)的上部(10)熔融，形成一層上部液體層(11);c)包括磨蝕裝置(12)，可使產(chǎn)品(4)中與液體(11)接觸但仍保持固態(tài)的那部分受到磨蝕，用該裝置可獲得懸浮于液體中的固態(tài)產(chǎn)品顆粒(21);d)具有用于攪拌該懸浮液(22)的裝置(12);e)具有能使磨蝕和攪拌裝置(12)在熔融過程中向容器(3)的底部移動的裝置;該設(shè)備(1)配置使至少在一段熔融時間內(nèi)波導(dǎo)管(6)能繼續(xù)引導(dǎo)電磁場在上述位移過程中與液體的自由表面(9)相接觸;f)具有使產(chǎn)品(4)在完全熔融后從容器(3)中流出的裝置(25)。
7.按權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征是包括可以使懸浮液(22)朝容器(3)頂部運動的裝置(13)。
8.按權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征是磨蝕裝置(12)包括一個帶有齒(18)的頭部(13)，裝置(14，15)能驅(qū)動上述頭部(13)繞一豎直軸線XX'轉(zhuǎn)動，還有裝置能驅(qū)動上述頭部(13)沿豎直方向移動。
9.按權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征是齒(18)是若干刮片(17)的一部分，每個刮片(17)總體上為豎直取向，每個刮片(17)上的齒(18)與相應(yīng)刮片(17)走向上的豎直平面(P17)構(gòu)成一個角度γ。
10.按權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征是每個刮片(17)上的齒(18)的尖端(180)排列在一條直線(L18)上，該直線與相交的豎直線構(gòu)成一個開口朝上的銳角β。
11.按權(quán)利要求6到10中任一項所述的設(shè)備，其特征是包括測量裝置(28，29)，能測出液層(11)的上部的溫度。
12.按權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征是上述用于測量溫度的裝置(28，29)包括一個金屬管(28)和一個設(shè)在上述管(28)中的測溫探頭(29)。
13.按權(quán)利要求11或12中任一項所述的設(shè)備，其特征是包括調(diào)節(jié)裝置，將微波幅射量作為上述溫度的函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
14.按權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征是包括調(diào)節(jié)裝置，可以根據(jù)上述溫度調(diào)整磨蝕和攪拌裝置(12)。
15.按權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征是包括可以根據(jù)上述溫度向容器(3)的底部移動磨蝕和攪拌裝置(12)的裝置。
16.用權(quán)利要求1到5中任一項所述方法制得的熔融產(chǎn)品(4)。
17.用權(quán)利要求6至15中任一項所述設(shè)備制得的熔融產(chǎn)品(4)。
18.用微波對容器內(nèi)的固態(tài)有機(jī)材料進(jìn)行完全熔融的設(shè)備，包括置于容器上部開口的蓋;至少一個波導(dǎo)管，提供從微波源至容器內(nèi)固體有機(jī)材料的微波通道，使有機(jī)材料從容器頂部開始向底部逐漸熔融;磨蝕裝置與固體有機(jī)材料相接觸，使其破碎，并形成懸浮于熔融的有機(jī)材料中的顆粒，制成懸浮液，該磨蝕裝置還能攪拌該懸浮液;從上述磨蝕裝置向上延伸還設(shè)有支承和位移裝置，在熔融過程中它使上述磨蝕裝置向下移動，不斷與固體有機(jī)材料保持磨蝕接觸。
19.按權(quán)利要求(18)所述的設(shè)備，其特征是上述磨蝕裝置包括一個可與固體有機(jī)材料相接觸的、可旋轉(zhuǎn)的、帶齒的攪拌器;上述向上延伸的裝置包括一個插入上述蓋中的可作轉(zhuǎn)動和軸向運動的傳動軸。
20.按權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征是磨蝕裝置具有一個與固體有機(jī)材料相接觸的錐面，使懸浮液中的顆粒向上流動。
21.用微波在容器內(nèi)對固體有機(jī)材料進(jìn)行完全熔融的方法，其步驟包括把微波從微波源導(dǎo)向容器中固體有機(jī)材料的暴露的上表面，使固體有機(jī)材料從容器的頂部開始向底部逐漸熔融;保持磨蝕裝置與固體有機(jī)材料的上表面接觸，破碎固體有機(jī)材料，形成懸浮于熔融的有機(jī)材料中的顆粒，制成懸浮液;磨蝕裝置從容器的頂部向底部逐漸移動，從而維持上述接觸;旋轉(zhuǎn)該磨蝕裝置，以攪拌該懸浮液。
22.按權(quán)利要求21所述的方法，其特征是磨蝕裝置是一個可旋轉(zhuǎn)的齒狀攪拌器，它從容器的頂部向下部區(qū)域逐漸移動。
全文摘要
用微波熔融有機(jī)產(chǎn)品(4)的方法和設(shè)備，設(shè)備(1)包括至少一個微波波導(dǎo)管(6)，該波導(dǎo)管固定在盛放初始固體有機(jī)產(chǎn)品(4)的金屬容器(3)上。微波使固體(4)熔融形成一上部液層(11)。裝置(12)可以磨蝕產(chǎn)品(4)中仍處于固體狀態(tài)并與液體(11)接觸的那部分。
文檔編號B29C45/03GK1055236SQ9110172
公開日1991年10月9日 申請日期1991年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月28日
發(fā)明者雅克斯·古特貝西斯, 阿蘭·格梅恩 申請人:密西林·密西林和西企業(yè)總公司