Continuous-Flow Microwave Reactor for High-Performance Heating of a Dynamic Chemical Reaction System

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作者
Fang Yang,Yan Xiao,Wenyan Tian,Kama Huang,Wencong Zhang,Shumeng Yin,Yang Yang,Huacheng Zhu
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:62 (46): 19459-19470 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.3c03294
摘要

Continuous-flow microwave reactors find widespread application in chemical production. However, dynamic changes in the dielectric constant of reactants result in a low microwave energy efficiency. This paper reveals a circular waveguide developed using a meta-surface unidirectional propagation of microwaves. This waveguide was integrated into a continuous-flow heating system that efficiently heats materials with varying dielectric constants. A multiphysics model incorporating electromagnetic, fluid heat transfer, and chemical engineering has been built to analyze the microwave heating performance under different loads. Based on simulation and experimental findings, the meta-surface can achieve an energy efficiency of over 90% for loads with dielectric constants from 10 to 80. Moreover, a continuous-flow heating experiment conducted for biodiesel production indicated that meta-surfaces can enhance the heating efficiency by over a quarter. This research presents a promising approach toward efficient continuous-flow microwave heating, which can potentially revolutionize large-scale chemical production in industry.
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