CN101954266A - 一种化学反应设备及该设备在化学反应中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种化学反应设备，该化学反应设备包括微波辐照装置和化学反应装置，所述的微波辐照装置包括微波发生装置和微波辐照腔，所述化学反应装置包括槽体以及物料流动控制装置，所述槽体的至少一部分位于所述微波辐照腔中。还提供了该化学反应设备在化学反应中的应用。本发明提供的化学反应设备，可以适用于各种液体物料在其中进行化学反应，尤其适用于高粘度、半固态和容易形成结垢物料的化学反应以及多相反应和多相催化反应。同时，将本发明的化学反应设备应用于产生气体副产物的化学反应时，可以提高反应物的转化率和产品的收率。

Description

一种化学反应设备及该设备在化学反应中的应用

技术领域

本发明涉及一种化学反应设备，还涉及该化学反应设备在化学反应中的应用。

背景技术

微波是一种波长介于红外光波和无线电波的波长之间，即波长在1mm-100cm范围内的电磁波。

微波具有无温度梯度的“体相加热”特点，可以快速均匀加热物料，其特点是热效率高、无污染。此外，微波还具有直接作用于反应分子而引起的特殊的“非制热效应”。实验证明，微波能够改变化学反应的历程、降低反应活化能、加快合成速度、提高平衡转化率、减少副产物、改变产物立体选择性等特殊效应。正是由于微波对化学反应特殊的促进作用，使得微波应用于化学反应不仅具有重大的理论研究意义，同时还具有巨大的工业应用潜力。

由于微波的上述特点，近年来，微波作为一种高效、清洁的加热手段和化学反应手段得到了广泛研究与应用。但是，由于微波穿透距离短，在连续的微波照射下物料容易形成热点，反应温度不易控制；微波腔内的反应器对高粘度物料传送困难且混合均匀性差。上述原因导致目前应用于化学反应的微波装置无法实现大规模工业化而只能停留在实验室研究的阶段。

CN2821468Y公开了一种微波处理器，该微波处理器包括至少一个盒形腔体，盒形腔体的两相对的侧端面中间部位设置有管道接口，位于盒形腔体的另两相对的侧端面中的一个侧端面封闭，相对于该封闭端面的侧端面为法兰接口，该法兰接口与微波发生装置相接；供被加热流体通过的管道穿设于盒形腔体内，管道的两端从管道接口伸出。这种处理器可以多个(≤15个)相连，形成一个长的反应器，同时腔体中可以并列设置多根管道。这种装置虽然考虑到了微波的穿透距离短的问题，但是仍然未能解决在微波连续辐射的情况下，物料温度不可控性的问题，所以只能用来对流体进行加热，而不能应用于在连续微波照射下需要控制温度的化学反应中。

CN1091394C公开了一种流体处理专用工业微波炉，它包括设有微波输入口及流体进、出口和工作门的微波谐振腔，以及分别设于流体进口处和出口处的密封屏蔽器，谐振腔内设有专供流体在微波场中充分产生物化反应的流体环形器，谐振腔上部和下部分别设有与流体进、出口相连接的保证流体能按工艺要求连续给入和排出的装置。虽然该装置保证了物料的连续供给和连续排出，但只能对流体进行加热，同样不能应用于在连续微波照射下需要控制温度的化学反应中。

CN 2813090Y公开了一种微波反应器，该微波反应器能连续地进行有机化学合成；它利用微波发生器所产生的微波对谐振腔中有机混合物加热。谐振腔通过三个连接端法兰，其中一个法兰与能够使微波通过的隔板及微波发生器密封连接；另一个法兰与进料管相连；第三个法兰与盘管换热器密封连接。盘管换热器将多余的反应热量转移，保证反应在设定的温度、压力范围内进行。该反应器虽然一定程度上可以控制反应温度，但谐振腔体积较小，物料在微波照射下的时间比较短，不能保证反应的充分性和产物的收率。另外该反应器不适用于高粘度的物料。

CN 101400195A公开了一种微波加热装置，该装置包括微波照射腔、物料管和换热管。物料管穿设于微波照射腔中，换热管设置在物料管内，并且从物料管的管口或管壁进入和引出。该发明提供的微波加热装置可以在连续微波照射下控制物料管中的物料的温度，在一定程度上实现了温度控制。但是该反应体系难以适用于高粘度、半固态和容易形成结垢物料的化学反应，不能有效地应用多相催化反应，面临管道清垢和检修方面的问题；同时该反应体系在用于物料发生反应后产生气体副产物的化学反应时，不能及时排出所产生的气体，因而会影响产物的收率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种化学反应设备，该化学反应设备可以适用于各种液体物料在其中进行化学反应，尤其可以适用于高粘度、半固态和容易形成结垢的物料在其中进行化学反应，特别是，本发明的化学反应设备对于多相反应或多相催化反应也具有很好的适用性。

本发明提供了一种化学反应设备，该化学反应设备包括微波辐照装置和化学反应装置，所述的微波辐照装置包括微波发生装置和微波辐照腔，其中，所述化学反应装置包括槽体以及物料流动控制装置，所述槽体的至少一部分位于所述微波辐照腔中。

本发明还提供了本发明的化学反应设备在化学反应中的应用。

本发明提供的化学反应设备，适用于各种液体物料在其中进行化学反应，尤其适用于高粘度、半固态和容易形成结垢物料的化学反应以及多相反应和多相催化反应。同时，将本发明的化学反应设备应用于产生气体副产物的化学反应时，可以及时排出气体，降低槽体中反应副产物的浓度，因此可以推动化学反应平衡向产物方向移动，从而提高反应物的转化率和产品的收率。

附图说明

图1为本发明化学反应设备第一种实施方式的剖面示意图；

图2为本发明化学反应设备第二种实施方式的剖面示意图；

图3为本发明化学反应设备第三种实施方式的剖面示意图；

图4为槽体内设有多个第二突起物的剖面示意图；

图5为单螺杆驱动机构的螺旋叶片边缘以内设置第一突起物的示意图；

图6为采用3个微波辐照腔的示意图；

图7为应用本发明化学反应设备的反应系统的示意图。

具体实施方式

参照图1、图2和图3，本发明提供的化学反应设备包括微波辐照装置和化学反应装置，所述的微波辐照装置包括微波辐照腔3和微波发生装置(图中未示出)，所述化学反应装置包括槽体2以及物料流动控制装置，所述槽体2的至少一部分位于所述微波辐照腔3中。

微波辐照装置包括至少一个波导管4和微波发生器5，所述至少一个波导管4设置在所述微波辐照腔3的腔壁上，微波发生器5在微波辐照腔3的外部与所述波导管4连接，并向微波辐照腔3内发射微波。当波导管4为多个时，则多个波导管4优选均匀分布在微波辐照腔3的内壁上。所述多个波导管4可以设置在微波辐照腔的一个内壁上，也可以设置为分布在多个内壁上。

在所述微波辐照腔上，所述化学反应设备的所有部件在微波辐照腔上所穿过的部位均设置有密封装置7，例如微波辐照腔3上所述槽体2穿过的部位所设有的密封装置。所述密封装置可以为本领域技术人员已知的各种防止微波泄露的装置，例如采用反射微波的材料如金属材料制成的金属丝网，或者微波高温屏蔽胶等。上述金属材料例如不锈钢、铝、铝合金、铁、铜或银，更优选为不锈钢和铝合金。

所述微波辐照腔3由反射微波的材料制成，或者微波辐照腔的内壁镀覆有反射微波的材料层。

根据本发明提供的化学反应设备，所述槽体2为上部非封闭例如上部敞开的化学反应通道。槽体2可以为各种形状，只要可以使反应物料顺利通过即可，例如可以为直形、螺旋形或蛇形。其中，所述直形槽体即为所述槽体的轴线为直线的槽体，所述螺旋形槽体即为所述槽体的轴线为螺旋形线的槽体，所述蛇形槽体即为所述槽体的轴线为蛇形的槽体。所述槽体的截面形状以方便疏导反应物料为宜，例如可以为U形、弧形、半圆形、椭圆形或者方形。当槽体2为直形或蛇形时，槽体2可以为水平固定设置，也可以为倾斜固定设置，用以适应不同物料的不同流动状况。

当本发明提供的化学反应设备应用于反应较为剧烈、物料易发生飞溅的化学反应时，在优选情况下，为了防止物料发生飞溅，所述槽体顶部还可以设置有至少部分覆盖槽体的顶盖，即，该顶盖可以部分或全部覆盖槽体顶部。部分覆盖槽体顶部的顶盖可以为筛孔状的、也可以为间隔条状的。

根据本发明提供的化学反应设备，所述槽体2的材料可以为全反射微波的材料，也可以为全透射微波的材料，优选为各种全反射微波的材料。所述全反射微波的材料如上所述，所述全透射微波的材料为本领域技术人员公知的，例如聚酰亚胺及其改性物、聚醚醚酮及其改性物、聚四氟乙烯及其改性物、聚乙烯及其改性物、聚丙稀及其改性物、聚苯乙烯及其改性物、石英或玻璃。更优选采用聚四氟乙烯及其改性物和聚苯乙烯及其改性物。顶盖的材料可采用上面所述的全透射微波材料。

根据本发明提供的化学反应设备，在优选情况下，所述物料流动控制装置包括推动物料流动的装置。

图1示出了本发明化学反应设备的第一种实施方式，所述推动物料流动的装置包括调节槽体两端高度差的槽体调节装置。所述槽体调节装置可以为本领域技术人员所公知的各种可以调节槽体两端高度差的装置，例如所述槽体调节装置包括在微波辐照腔两个侧壁上槽体两端穿过其上的部位垂直设置的两个滑槽及固定旋钮，所述槽体的两端可各自沿滑槽上下滑动，从而可以调节槽体两端的高度差；还可以在微波辐照腔的地脚部分安装调节高度的螺丝，根据所需要的高度差调节整个微波辐照腔的倾斜度，以达到槽体两端的所需的高度差。根据槽体内反应物料所需要的流动状况，可以使用调节槽体两端高度差的槽体调节装置来调节槽体倾斜度。

图2示出了本发明化学反应设备的第二种实施方式，所述槽体为直形，所述推动物料流动的装置包括多块刮板8和传动装置9，所述多块刮板间隔地固定在所述传动装置9上，所述传动装置9的至少一部分设置在所述槽体2内，所述刮板8的形状优选与所述槽体2的截面相匹配；所述传动装置9可以为各种本领域技术人员公知的用于传动物料的装置，例如皮带传动装置或者链轮传动装置。当物料的粘度较大或物料为半固态时，可以使用上述实施方式，对反应物料进行推动，从而可以防止物料在槽体中滞留的状况。

所述刮板的材料可以为各种全透射微波的材料也可以为各种全反射微波的材料，全透射微波材料和全反射微波材料的例子如上所述。所述刮板优选采用全透射微波的材料。

图3示出了本发明化学反应设备的第三种实施方式，所述槽体为直形，所述推动物料流动的装置包括单螺杆驱动机构或多螺杆驱动机构，单螺杆驱动机构或多螺杆驱动机构位于槽体内，图3中示出了单螺杆驱动机构13。当物料的粘度较大或物料为半固态时，优选使用上述实施方式，对反应物料进行推动，从而可以防止物料在槽体中滞留的状况。

如图5所示，所述单螺杆驱动机构或多螺杆驱动机构的螺杆包括螺杆轴16和螺旋叶片15，所述单螺杆驱动机构或多螺杆驱动机构的螺旋叶片15表面上设置有一个或多个第一突起物20。设置第一突起物20，可以增加物料的径向流动，使物料实现更均匀地混合。

优选第一突起物20可以为各种形状的片状物，可以是表面弯曲的，也可以是表面平直的，该多个第一突起物20优选可以以相同的间隔分布于整个螺旋叶片15上。优选该一个或多个第一突起物20垂直设置于螺旋叶片15表面上。上述一个或多个第一突起物20可以设置在单螺杆驱动机构上、也可以设置在多螺杆驱动机构上。

在优选情况下，所述第一突起物沿螺杆径向至螺杆轴的最小距离为螺旋叶片外缘至螺杆轴的径向距离的1/5-4/5，所述第一突起物沿螺杆轴向的长度为螺距的1/5-4/5。优选情况下，所述第一突起物为多个时，各第一突起物沿螺杆径向至螺杆轴的最小距离相等，且沿螺杆轴向的长度也相等，而且各第一突起物的间距相等。所述间距的定义为，相邻两个第一突起物上距螺杆轴最近的、与螺杆轴的径向距离相等的两个点之间的距离。

所述单螺杆驱动机构或多螺杆驱动机构的材料可以为各种全透射微波的材料也可以为各种全反射微波的材料，全透射微波材料和全反射微波材料的例子如上所述。优选采用全透射微波的材料。

根据本发明提供的化学反应设备，在优选情况下，所述物料流动控制装置还包括改变物料流动状态的装置，该改变物料流动状态的装置可以单独设置、也可以与本发明的第一种实施方式组合设置。所述改变物料流动状态的装置为使物料流动由平流状态改为湍流状态或者使物料的湍流状态增强的、并由此可以促进反应物料的混合状态的装置，例如可以为阻碍物料流动的装置。

在优选情况下，所述改变物料流动状态的装置可以包括设置在所述槽体内的第二突起物。如图4所示，所述槽体2内设有多个第二突起物14。通过在槽体2内设置第二突起物14，可以提高反应物料的湍流状态和混合效果，有利于提高反应速率、并有利于反应过程中的气体副产物(如果产生气体副产物)的逸出。

在优选情况下，所述改变物料流动状态的装置包括设置在槽体内的一个固体颗粒物床层或沿槽体长度方向排列的多个固体颗粒物床层，所述物料能够穿过该固体颗粒物床层。所述一个或多个固体颗粒物床层可以独立设置、也可以与所述第二突起物组合设置。

所述固体颗粒物床层可以为在固定于槽体内的两个多孔隔板所隔出的空间内放置固体颗粒物而得到的床层，多孔隔板的孔径小于固体颗粒物的粒径；也可以为将盛装固体颗粒物的袋子固定于槽体内而得到的床层。该多孔隔板或者袋子都是对化学反应是惰性的。该固体颗粒物床层也可以用来促进反应物料的混合，这种固体颗粒物可以是与反应物料不发生任何化学作用的各种天然或合成的无机或有机的固体颗粒物。

当在本发明的化学反应设备内所进行的化学反应为需要使用催化剂的反应时，所述固体颗粒物可以为固体催化剂颗粒。此时，这种固体催化剂颗粒可以同时起到增强物料的混合以及催化化学反应的作用。

根据本发明提供的化学反应设备，在优选情况下，所述第二突起物的材料可以为各种全透射微波的材料，也可以为各种全反射微波的材料，全透射微波材料和全反射微波材料的例子如上所述。所述第二突起物优选采用全透射微波的材料。

根据本发明提供的化学反应设备，在优选情况下，所述化学反应设备还包括换热装置和温度测控装置。

所述换热装置包括物料换热装置和/或微波辐照腔换热装置，如图4所示，所述物料换热装置包括设置在所述槽体外侧的可通入换热介质的夹层22；所述微波辐照腔换热装置包括设置在所述微波辐照腔上的换气装置和/或设置在微波辐照腔内的换热器，如图1、2和3中所示，所述换气装置为排出气体装置6和/或通入气体装置11。

在优选情况下，如图4所示，所述夹层内22设置有多个第三突起物23，所述第三突起物23的形状可以为各种片状物，例如翅片。所述夹层与所述槽体共用至少一个表面，所述夹层内设置有多个第三突起物23，所述多个第三突起物23设置在所述共用的至少一个表面上。所述多个第三突起物23至少设置在与所述槽体共用的表面上，可以用来增加换热面积，从而可以对物料进行更充分的换热。优选情况下，所述多个第三突起物23还可以设置在夹层内的所有各表面上，以调节夹层内换热介质的流动状态，例如从平流状态改为湍流状态、或使湍流状态更为增强，从而可以进一步改善对物料的换热。

所述夹层的材料优选采用全反射微波的材料。夹层内以及换热器的换热介质可以采用本领域技术人员公知的各种换热介质，例如压缩气体、煤油、己烷、苯、甘油、水等。

在优选情况下，所述温度测控装置包括控制器、以及物料温度测量装置和/或微波辐照腔温度测量装置。

所述控制器接收物料温度测量装置测量的物料温度，并根据换热介质的温度和所测量的物料温度控制所述夹层中换热介质的流量；和/或接收微波辐照腔温度测量装置测量的微波辐照腔内的温度，并根据所测量的微波辐照腔温度控制所述通气装置的气体流量和/或根据换热器内换热介质的温度和所测量的微波辐照腔温度控制换热器内换热介质的流量。用于达到合理控制反应物料温度和/或微波辐照腔内温度的目的。对于所述夹层中换热介质及其温度的选择、以及微波辐照腔中换热器内换热介质及其温度的选择，本领域的技术人员可以根据具体化学反应的热量变化情况来选择合适的换热介质，并选择可调控化学反应的温度的换热介质的合适温度。

所述物料温度测量装置和微波辐照腔温度测量装置可以采用本领域技术人员公知的温度测量装置，例如该温度测量装置可以为温度传感器，如红外温度传感器或热偶传感器。用于测量反应物料温度的温度传感器可以设置多个，可以分别沿槽体轴向的多个位置设置，例如在槽体的长度方向每隔100-500厘米设置一个温度传感器，以精确测量整个槽体内部不同部位反应物料的温度。

所述控制器可以为单片机或PLC。控制器根据温度传感器所测量的温度来控制夹层中换热介质的流量。

当反应物料所发生的化学反应产生气体副产物时，可以使用排出气体装置6来及时排出气体，因而可以进一步推动化学反应平衡向产物方向移动，进一步提高反应物的转化率和产品的收率。当化学反应所排出的气体为有毒有害气体时，需要将其收集并处理，以防污染环境，因此在优选情况下，所述换气装置还包括收集装置12以及处理装置(图中未示出)。另外，为了合理利用热源，所述换气装置还优选包括换热器，对排出的气体副产物进行换热，将排出气体的热量再次利用。

当所述换气装置为通入气体装置11时，可以通过该装置11向微波辐照腔3内通入换热气体，从而调节该微波辐照腔3内的温度。

通过上述换气装置、微波辐照腔内的换热器与槽体夹层的配合作用，可以更有效的控制化学反应的温度以及微波辐照腔内的温度，使得即使微波辐照腔长时间连续工作后也能有效控制槽体内化学反应的温度。

根据本发明提供的化学反应设备，所述微波辐照腔和所述槽体各自独立地为多个；所述槽体串联或并联地设置在所述多个微波辐照腔中。

当所述槽体为多个时，它们可以在微波照射腔中并行设置，用于当所处理的物料量较大时，将物料分装于各槽体中。

当反应物料的化学反应时间较长时，或者化学反应为多步反应、需要在不同反应阶段陆续加入不同的反应物时，所述微波辐照腔可以为多个，并设置多个进料口，同时所述槽体也为多个，所述多个槽体分别设置在所述多个微波辐照腔中，所述多个槽体依次连通。微波辐照腔和槽体的数量例如可以为2-10个。如图6所示，采用了3个微波辐照腔，所述槽体依次通过该3个微波辐照腔。

本发明还提供了上述化学反应设备在化学反应中的应用。所述化学反应设备可以用于各种需要加热的液体反应物料的化学反应中，特别是当本发明提供的化学反应设备用于需要加热且反应过程中产生挥发性小分子如水、NH₃、HCl等的反应或者反应物料为高粘度、半固态和容易形成结垢的物料时，特别能体现本发明化学反应设备的优点。所述化学反应例如可以为加成反应、聚合反应或取代反应。具体的，所述取代反应可以为酯化反应、酯交换反应、醚化反应、缩合反应、水解反应、烷基化反应等。另外，还可以应用于开环反应、成环反应等。在应用本发明提供的化学反应设备时，所述微波的频率选用本领域技术人员公知的频率，例如915MHz和2450MHz。

图7示出了应用本发明化学反应设备的反应系统示意图。在该图中，反应物料在物料混合器1中混合均匀，然后通过槽体2进入微波辐照腔3中，通过调节微波的频率对反应物料进行加热，反应后所得到的产物进入产品槽10中。

下面采用具体的实施例的方式来详细描述本发明，但本发明不会因此而受到任何限制。

实施例1

本实施例采用图1所示的化学反应设备，其中，

微波辐照腔3采用不锈钢制成，尺寸为10m×1.5m×2m；槽体2的材料为不锈钢，截面为方型，宽度为100mm，高度为300mm；槽体2在微波辐照腔3内呈直形倾斜设置，总长度约为10m；槽体2在微波辐照腔3内的进口与出口高度差为1m；夹层22的厚度为20mm，夹层内设置200个翅片状突起物23，各突起物的间隔均为50mm，夹层由不锈钢制成；排出气体装置6为功率为200W的排气扇，该排出气体装置6在微波辐照腔3上的开口为半径为500mm的圆形。并设置有控制器单片机、以及物料温度测量装置，该温度测量装置为红外温度传感器，并在槽体上部以相同的间隔设置4个。

采用上述本发明的上述化学反应设备进行酯化反应合成植物甾醇乙酸酯。

反应方程式如下：

在本实施例中，将摩尔比为1∶14∶12的植物甾醇、乙酸酐和催化剂吡啶混合在一起并以混合物料的流量为5L/min送入化学反应设备中，用控制器和红外温度传感器一起控制反应温度为85℃，在微波功率为2450MHz的条件下辐照加热，反应的时间为6分钟。在产品槽中收集产品植物甾醇乙酸酯，该产品的收率达到97.5％。

对比例1

按照实施例1描述的方法合成植物甾醇乙酸酯，不同的是，采用加热套加热的方式进行反应，反应时间需要12小时，所得到的产品收率为90％左右。

从上述实施例1与对比例1可以看出，在实施例1的反应过程中，采用微波辐照加热，可以加快反应速率，同时由于流通反应物料的槽体上部敞开，并采用排出气体装置将反应的副产物乙酸有效排出，促使化学反应向产品方向转移，提高了产品收率。

实施例2

本实施例采用图2所示的化学反应设备，其中，各部分的尺寸按照实施例1中的化学反应设备的来设置，不同的是，槽体2截面为U形，宽度为100mm，高度为300mm，该槽体为水平设置，物料流动控制装置包括刮板8和皮带传动装置9，刮板8的材质为聚四氟乙烯，刮板8的形状与槽体2的截面形状相匹配，并且在槽体内每隔30cm设置一个。并设置有控制器单片机、以及物料温度测量装置，该温度测量装置为红外温度传感器，并在槽体上部以相同的间隔设置4个。

采用上述本发明的化学反应设备进行酯化反应合成植物甾醇硬脂酸酯。

反应方程式如下：

在本实施例中，将摩尔比为1∶1.3的植物甾醇和硬脂酸与催化剂硫酸氢钠和带水剂甲苯混合在一起，以混合物料的流量为3L/min送入化学反应设备中进行反应，皮带传动装置9的传动速度为17mm/秒，硫酸氢钠与植物甾醇的摩尔比为0.01∶1，甲苯与植物甾醇的摩尔比为1∶2，用控制器和红外温度传感器一起控制反应温度为140℃，在微波功率为2450MHz的条件下辐照加热，反应的时间为10分钟，得到产品植物甾醇硬脂酸酯，该产品的收率为97.5％。

对比例2

按照实施例2描述的方法合成植物甾醇硬脂酸酯，不同的是，采用加热套加热的方式进行反应，反应时间需要10小时左右，所得到的产品收率为90％左右。

由上述实施例2和对比例2可以看出，在实施例2的反应过程中，采用微波辐照加热可以加快反应速率，同时由于流通反应物料的槽体上部敞开，并采用排出气体装置将反应的副产物水有效蒸发并排出，促使化学反应向产品方向转移，提高了产品收率。

实施例3

本实施例采用图3所示的化学反应设备，其中，各部分的尺寸按照实施例1中的化学反应设备的来设置，不同的是，槽体2截面为U形，宽度为120mm，高度为300mm，该槽体为水平设置，物料流动控制装置为单螺杆驱动机构，该单螺杆驱动机构为聚四氟乙烯材料，螺杆轴的直径为50mm、长度为2000mm，螺旋叶片的外径为120mm，螺距为40mm。在整个螺旋叶片表面上设置有200个突起物20，各突起物的间距均为90mm(见图5)，该多个突起物20沿螺杆径向至螺杆轴的最小距离均为螺旋叶片外缘至螺杆轴的径向距离的3/5，沿螺杆轴向的长度均为螺距的3/5。并设置有控制器单片机、以及物料温度测量装置，该温度测量装置为红外温度传感器，并在槽体上部以相同的间隔设置4个。

采用上述本发明的化学反应设备进行大豆蛋白的水解反应。

在本实施例中，将重量比为10∶1的大豆蛋白和水与木瓜蛋白酶混合在一起，木瓜蛋白酶与大豆蛋白的重量比为1/20，以混合物料的流量为4.4L/min送入化学反应设备中进行反应，由于物料浓度很高，粘稠度大，开动单螺杆驱动机构来推动物料流动通过槽体，螺杆的转速为8转/分钟。用控制器和红外温度传感器一起控制反应温度为55℃，微波功率为2450MHz的条件下，辐照加热，反应的时间为1小时，使大豆蛋白进行水解反应，此时氨基酸的含量达到0.55g/L。

对比例3

按照实施例3描述的方法进行大豆蛋白的水解反应，不同的是，采用加热套加热的方式进行加热，若要达到同样的水解程度即氨基酸含量为0.55g/L，则反应时间需要9小时。

从上述实施例3和对比例3可以看出，在实施例3的反应过程中，采用微波进行加热可以加快反应速率，并且短时间内即可完成水解反应。由于在对比例3中长达9小时的反应时间不易保证木瓜蛋白酶的活性，因此在实施例3中可以保证催化用酶的活性。

实施例4

采用与实施例1相同的化学反应设备，不同的是，槽体2在微波辐照腔3内的进口与出口高度差为120mm，并且在槽体内设置8个固体催化剂床层，固体催化剂床层的高度与槽体的高度相同，各床层的间隔为50mm，该固体催化剂床层为在两个多孔隔板所隔出的空间内放置固体催化剂颗粒物而得到的床层，该两个多孔隔板之间的距离为150mm，多孔隔板的形状与槽体的截面相匹配，多孔隔板的孔径为2mm，孔分布为3个/cm²。固体催化剂颗粒的平均粒径为1.5mm。其中的固体催化剂颗粒为负载磷钨酸的活性炭颗粒，磷钨酸的负载量为20重量％。

采用上述本发明的化学反应设备进行杂多酸催化的缩羰基化反应，来合成季戊四醇单缩醛酮。

在本实施例中，采用N，N-二甲基甲酰胺为溶剂配制浓度为20重量％的季戊四醇溶液。使该季戊四醇溶液以流量为3L/min进入上述化学反应设备中通过固体催化剂床层，在催化剂的作用下，用控制器和红外温度传感器一起控制反应温度为75℃，微波功率为2450MHz的条件下，辐照加热进行缩羰基化反应，反应的时间约为12分钟。得到产品季戊四醇单缩醛酮产品，产品产率约为73％。

对比例4

按照实施例4中描述的方法来合成季戊四醇单缩醛酮，不同的是，采用加热套加热回流的方式进行杂多酸催化的缩羰基化反应合成季戊四醇单缩醛酮，反应时间需要10个小时，产品的产率为32％。

从上述实施例4和对比例4可以看出，在实施例4的反应过程中，采用微波进行加热可以加快反应速率，尤其对于多相催化反应显示了很强的促进作用。

实施例5

采用与实施例1相同的化学反应设备，不同的是，槽体2在微波辐照腔3内的进口与出口高度差为120mm。

采用上述本发明的化学反应设备进行4-氟苯腈与苯亚磺酸钠的偶联反应，来合成苯氰砜。反应方程式如下：

在本实施例中，将摩尔比为1∶2的4-氟苯腈与苯亚磺酸钠与催化剂碳酸钾和作为溶剂的水混合在一起，以混合物料的流量为4L/min进入上述化学反应设备中，碳酸钾与4-氟苯腈的摩尔比为1∶20，水与4-氟苯腈的重量比为1∶0.3，用控制器和红外温度传感器一起控制反应温度为90℃、微波功率为2450MHz下，辐照加热进行偶联反应，反应的时间为8分钟，得到产品苯氰砜。产品的收率为91％。

而制备产品苯氰砜的常规方法为，利用氧化剂对苯基硫醚进行氧化得到产品，常用的氧化剂为双氧水、过氧酸、高碘酸、铬氧化物等。此种合成方法的反应过程不易控制，并且原料芳基硫醚本身就是非易得原料，所以该方法工业化成本很高。

由此可见，而在本实施例的偶联反应过程中，采用微波进行加热可以加快反应速率，而且反应易于实现，同时反应原料易得，因此工业化的成本很低。

Claims (17)

1.一种化学反应设备，该化学反应设备包括微波辐照装置和化学反应装置，所述的微波辐照装置包括微波发生装置和微波辐照腔，其特征在于，所述化学反应装置包括槽体以及物料流动控制装置，所述槽体的至少一部分位于所述微波辐照腔中。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述槽体为直形、螺旋形或蛇形。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述槽体顶部设置有至少部分覆盖槽体的顶盖。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述物料流动控制装置包括推动物料流动的装置。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述推动物料流动的装置包括调节槽体两端高度差的槽体调节装置。

6.根据权利要求4或5所述的设备，其中，所述槽体为直形，所述推动物料流动的装置包括多块刮板和传动装置，所述多块刮板间隔地固定在所述传动装置上，所述传动装置的至少一部分设置在所述槽体内，所述刮板的形状与所述槽体的截面相匹配。

7.根据权利要求4或5所述的设备，其中，所述槽体为直形，所述推动物料流动的装置包括单螺杆驱动机构或多螺杆驱动机构，单螺杆驱动机构或多螺杆驱动机构位于槽体内。

8.根据权利要求7所述的设备，所述单螺杆驱动机构或多螺杆驱动机构的螺旋叶片表面上设置有一个或多个第一突起物；所述第一突起物沿螺杆径向至螺杆轴的最小距离为螺旋叶片外缘至螺杆轴的径向距离的1/5-4/5，所述第一突起物沿螺杆轴向的长度为螺距的1/5-4/5。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述物料流动控制装置还包括改变物料流动状态的装置。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述改变物料流动状态的装置包括设置在所述槽体内的第二突起物。

11.根据权利要求9或10所述的设备，其中，所述改变物料流动状态的装置包括设置在槽体内的一个固体颗粒物床层或沿槽体长度方向排列的多个固体颗粒物床层，所述物料能够穿过该固体颗粒物床层。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述固体颗粒物为固体催化剂颗粒。

13.根据权利要求1或4所述的设备，其中，所述化学反应设备还包括换热装置和温度测控装置。

14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述换热装置包括物料换热装置和/或微波辐照腔换热装置，所述物料换热装置包括设置在所述槽体外侧的可通入换热介质的夹层；所述微波辐照腔换热装置包括设置在所述微波辐照腔上的换气装置和/或设置在微波辐照腔内的换热器，所述换气装置为排出气体装置和/或通入气体装置；

所述温度测控装置包括控制器、以及物料温度测量装置和/或微波辐照腔温度测量装置；

所述控制器接收物料温度测量装置测量的物料温度，并根据换热介质的温度和所测量的物料温度控制所述夹层中换热介质的流量；和/或接收微波辐照腔温度测量装置测量的微波辐照腔内的温度，并根据所测量的微波辐照腔温度控制所述通气装置的气体流量和/或根据换热器内换热介质的温度和所测量的微波辐照腔温度控制换热器内换热介质的流量。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述夹层与所述槽体共用至少一个表面，所述夹层内设置有多个第三突起物，所述多个第三突起物设置在所述共用的至少一个表面上。

16.根据权利要求1或4所述的设备，其中，所述微波辐照腔和所述槽体各自独立地为多个；所述槽体串联或并联地设置在所述多个微波辐照腔中。

17.一种权利要求1-16中任意一项所述设备在化学反应中的应用。

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