器后，人们逐渐发现微波可用于物料的反应、加热、干燥等方面，目前已在多个领域开展了相关研究与 应用，涉及多种物料状态。微波处理方式已成为提高物料和产品指标的关键
[1]
。基于计算机仿真技术
（CST ）仿真软件，完成了微波发生器、
微波馈入单元、微波反应器和微波屏蔽的电磁仿真设计，实现了对液态物料的处理并确保微波泄露值满足相关标准要求。 永城市第一小学1
相关背景
1.1
微波效应概述
微波在现代科技中有着广泛的应用，可用于点
对点通讯、无限网络、雷达卫星等通信系统[2]。此外，微波对物质具有加热效应，人们利用其良好的加热性发明了微波炉[3]。经过半个世纪，食品微波炉已经普及至千家万户。近年来，随着微波化学效应研究不断取得进展，国外开始研制工业应用的特种微波化工设备和装置，国内相关行业也基于工业订单展开特种微波设备的研制，有些已经得到成功应用。
中国海洋渔船图集
微波对物料的作用具有整体性、选择性、快速高效等特点，可用于物料的反应、加热、干燥、杀菌、保鲜等方面，已在有机合成、高分子聚合、化学萃取、物料膨化、陶瓷烧结等单元操作中得到研究和应用[4]。国外已在精细化工、食品、烟草、机械、陶瓷、木材、环保、生物化学、分析测试等行业开展微波效应的研究
与应用，研究对象涉及液态、固态、液体固化、流态颗粒烧结等，几乎每一类物料状态中都存在多种适宜
微波处理的物料。国际上，在某些高品质材料以及由高品质材料制备高新技术产品的研制过程中，微波
布艺产品处理方式已成为提高物料和产品品质的关键。1.2
基于CST 的电路设计
CST 由德国开发，是当前微波设计中普遍使用的商业化三维电磁仿真软件。基于CST 可以进行各
种仿真模块的开发[5]。根据边界和微波端口，可给出模拟区域的电磁场分布，适用于对射频、无线通信、封装及光电子产品新功能的开发提供有效的研究手
段，能够计算任意形状无源结构的S 参数、全波电磁场。在微波反应装置设计过程中，
利用多台计算机工作站和三维图形系统工作站，基于电磁仿真软件（CST MWS ）、三维粒子模拟软件(MAGIC 和CHIPIC)
及有限元分析软件（ANSYS ），完成了电磁仿真设计。2
主体设计
2.1
模块化设计
基于已有的装置设计经验和电磁仿真设计知
识，确定设计思路为：采用单元+模块+电路的模块化方式、逐层搭建、构成整体电路。（1）单元：
由独立的供电电路、高压发生器、微波管、
控制信号等组成，可独立地产生和控制微波。单元输出微波功率为1
kW ，其基本结构如图1所示。（2）模块：10个单元组
合在一起成为一个模块。模块中每个单元的控制信
基于CST 仿真软件的微波反应装置设计
杨欣昱
唐钰佳
电子科技大学（四川成都
611731）
摘
要
酒石酸钠微波具有良好的选择加热性和穿透性，在物料的反应、加热、干燥等方面有广泛的应用。基于计算机仿真技术（CST ）仿真软件设计了单个模块为10kW 、6个模块总计60kW 的微波反应装置，包括微波产生单元的微波馈入、供电和控制电路设计，微波发生模块中的微波产生单元布置，微波反应容器设计，以及微波发生电路的总体布置和控制设计。
关键词微波反应装置
模块化设计CST 仿真软件微波加热
中图分类号
TN015
麦双尾蚜第一作者简介：
杨欣昱女
1996年生
本科在读
第43卷第2期2018年2月
上海化工
Shanghai Chemical Industry
31··
微波装置设立3种工作方式：
（1）一个10kW 的微波发生模块，不考虑微波加热对微波化学反应的负作用，将微波产生的热能
通过容器壁传递给大气
；
图360kW 微波液体处理装置结构
图1基本组成单元
（1kW 微波管）工作流程号均连接至装置的中央控制器，且各个单元的控制
信号互相独立。（3）装置：由6个10kW 模块进行组合，形成一个整体的微波装置。设置中央控制系统，可对装置中所有的微波管工况进行互为独立的监测和调控，与物料处理情况的具体参数相连接并进行反馈，妥善地调控微波工况。
2.2
单元（1kW 微波管）的供电电路
单元的核心是1kW 微波管，拟选型号为
M24FB-210A ，
输出微波功率为1kW ，频率为2450MHz ，
用电功率为1.4kW 。微波管需要由4kV 的高压驱动，因此配设将220V 转换为4kV 的高压包。图2为1kW 微波管单元的供电电路。
3写眞
控制设计
3.1
各单元独立的供电电路
每个单元有独立的供电电路，利用220V 电压
转换而来的4kV 高压（见图1和图2）为1kW 微波管独立供电，每个单元的供电电路要接收该模块提
供的控制信号。为了避免各个单元之间相互干扰，由控制信号为220V 的继电器直接控制供电电路的输
入馈电。3.2
每个模块独立工作
每个模块10个单元独立工作（独立接收控制信号），有1个独立的控制系统，该控制系统接收到的
控制信号是小信号（如温度），要将其转换为220V 的电压信号，然后输出到10个单元的控制端，
控制输入馈电的继电器。3.3
整体设计
项目选用M24FB-210A 型微波管作为微波产
生单元，由此，
由10个单元构成一个具有相应功能的10kW 微波发生模块，
最后形成一套60kW 的微波液体处理装置，
如图3所示
。来自模块的
控制信号
图2
单元
（1kW 微波管）供电电路上海化工第43卷
32··
（2）2个10kW 的微波发生模块，考虑微波加
热，针对不同温度下的微波化学反应；（3）3个10kW 的微波发生模块，考虑高温下的微波化学反应。
4
微波反应器设计
4.1
单管馈入设计
装置中的核心器件是微波管（型号为M24FB-210A ，
输出功率为1kW ，频率为2450MHz ，用电功率为1.4kW ），产生的微波通过一个模式转换器进入微波反应器，为被处理物料吸收。
图4所示为微波管馈入单元的结构，其中微波辐射窗（材料为聚四氟乙烯）实现微波反应容器同微波管之间的隔离。
图5为微波管馈入单元的安装图。
4.2十管馈入设计
由于微波反应器的直径（=100cm ）
和深度（100cm ）均大于微波管辐射的微波波长（=12.2
cm ）
，因此在理论上，微波反应器对于微波管馈入单元是开放空间，即微波管通过馈入单元向微波反应器传送微波是无障碍的。
利用CST 研究了微波管在中心位置时向微波
反应器传送微波的物理过程，
微波场分布见图6。在图6所示结构中，被处理物料的直径为50
cm ，
厚度为20cm ，对应的体积是4伊104cm 3，如果被处理物料是水，则一次的处理量是40kg 。
4.3
物料微波反应均匀化设计
根据CST 仿真结果进行微波反应器上馈入单
元的安装布置设计，具体如图7所示，1个微波反应器上安装10个微波单元（微波管和微波馈入结构）。
考虑到微波作用区很难完全均匀，且微波作用过程
与物料吸收微波的过程相互耦合、相互影响，也会使微波的分布均匀性变差，因此需采取图3所示的物
料摆动方式，
克服微波场的不均匀性。5屏蔽设计
依照相关微波泄露标准[1]，
微波屏蔽设计主要包括以下几个方面:
（1）绝大部分微波沿着设计的路线进入反应
器，多数直接被液态物料吸收，少量达到器壁（特殊
材质）后被反射回物料中进行二次吸收，经过多次反射后可以被完全吸收。这种情况可以不考虑微波泄
露和屏蔽
。
图4微波管馈入单元的结
构
图5微波管馈入单元的安装图
图6
微波管在中心位置时向微波反应器传送微波的
物理
过程
图7微波反应器上馈入单元安装
图
杨欣昱等：基于CST 仿真软件的微波反应装置设计
第2期33··
图8微波屏蔽设计示意
图
李士根.微波的新应用和安全标准[J].电子工程信息，1997，2（3）：59-61.
KUMAR S ，SHUKLA S.Concepts and applications of mi 原crowave engineering[M].PHI Learning Pvt.Ltd,2014：3.Cooking with Short Waves [J].Short Wave Craft,1933,4(7):394.
牟英，李贤军.微波加热技术的应用与研究进展[J].物理,2004,33(6):438-442.
张敏，王红丽，孙佳伟.基于CST 软件的专用仿真平台的开发[C]//中国电子学会.2007年全国微波毫米波会议论文集（上册）.宁波：2007.
收稿日期：2017年7月
[1][2][3][4]
[5]
Design of Microwave Reactor Based on CST Simulation Software
YANG Xinyu TANG Yujia
Abstract:Microwave has been widely applied to the reaction,heating,drying and other aspects of materials due to
its good performance of selective heating and penetrability.A 60kW microwave reactor composed of 6modules with each of 10kW output power was designed based on computer simulation technology (CST)software.The content involved the feed -in,power supply and controlling circuit design of the microwave generating unit,the arrangement of microwave
generating units within the microwave generating module,the design of microwave reactor,as well as the general layout and control design of the microwave generating circuit.
Key words:Microwave reactor;Modular design;CST simulation software;Microwave heating
上海化工第43卷
叶氏化工宣布收购德家朗骆驼涂料业务
叶氏化工集团有限公司2018年1月3日宣布，向德家朗骆驼（香港）有限公司及相关公司以人
民币1.07亿元加存货价值(可调整)收购旗下Camel (骆驼)、Aquapro 及Viva 等品牌，
在中国香港、中国澳门及中国的装饰涂料、建筑涂料及工业涂料业务，以及相
关技术、应收款项及存货等资产。另外，叶氏化工也将于存货估值完
成后，进一步付款收购相关存货。叶氏化工对是次收购的长期
前景充满信心。叶氏化工联席行政总裁叶子轩先生表示：“我们对中国涂料市场的前景充满信心，将继
续推动涂料业务的增长，本次收购正好充分配合此战略方向。”
（Grace ）
（2）少部分微波残留在微波管上，为了避免对外释放，设计一个屏蔽罩来消除这部分泄露微波，屏蔽罩侧面增加铁氧体涂敷层来吸收微波，并避免谐振（如图8所示）。屏蔽后的微波泄露量低于空气本底值，完全满足相关标准的要求。
6结语
利用CST 模拟软件解决了1kW 的微波馈入和
10kW 微波馈入之间的相互干扰问题，
使用1kW 的微波管合成出一个10kW 的微波反应模块，不仅降低了成本，而且从技术上大大减轻了10kW 微波发生器的开发困难，使微波化学反应装置在生产上成为可能，同时引入模块（10kW 模块）概念，解决大规模、多重化学工艺的技术困扰。下一步的工作是同相关化学工艺紧密结合，将该类装置推向实用化。
参考文献：34··
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