微波强化酯化反应制备生物柴油是一种非常高效的技术,但目前微波反应器的制备规模普遍较小、仅能满足实验室研究所需。为了促进生物柴油大规模、产业化的生产,有必要对微波反应器进行放大设计。本文根据传统微波反应器的特点并结合已有微波反应器的结构特征,提出了一种中试规模的带夹层釜式微波反应器。为了对反应器进行优化设计,本文将麦克斯韦方程、传热方程以及流动方程等进行耦合,以数值模拟的方式对电场、流场以及温度场进行仿真分析,通过研究各因素对微波加热效果的影响提出对应的改进措施,最后根据其加热的特点对微波加热控制系统进行设计与搭建。主要研究内容和结论如下:(1)微波反应器的结构优化。将麦克斯韦方程与传热方程耦合进行瞬态模拟,分析不同结构反应器的微波加热效果,发现波导位置和夹层厚度对微波加热效果的影响显著,然后通过响应面分析的方式,从加热效率和加热均匀性两个方面考虑,得到最优反应器结构为波导高度344 mm、夹层厚度20 mm。(2)微波加热效果影响因素的分析。通过优化后的结构,探究物料介电特性、微波频率、物料量等对微波加热效果的影响,发现物料介电值高时微波加热的效率高,物料介电值低、物料量大时微波加热的均匀性好;微波频率高时微波加热的效率高、均匀性好,频率低时相反。(3)搅拌对微波加热均匀性的影响。在电磁热模型的基础上对流动方程进行耦合,探究不同因素对搅拌器功耗及加热均匀性的影响。通过响应面分析发现搅拌对微波加热效果产生影响因素的主次顺序为搅拌转速>叶轮直径>离底间隙,且不同因素间存在交互关系;从搅拌功耗和加热均匀性两个方面考虑,叶轮直径133.6 mm、离底间隙55.0mm、搅拌转速300.0 rpm时的搅拌效果最好。(4)微波加热控制系统的设计与搭建。基于釜式微波反应器的加热特点,设计了一套PLC温度控制系统,经实验调试,系统可以实现对反应器内物料加热并恒温控制的目的。