CN105268388B - 一种循环式磁电感应反应系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种循环式磁电感应反应系统及其应用。该系统包括：主要由闭合铁芯、初级线圈、次级线圈、感应电压腔体组成的交变感应电压单元，以及主要由C形铁芯、初级线圈、磁场腔体组成的交变感应磁场单元，与所述交变感应电压单元及交变感应磁场单元中的初级线圈连接并向各初级线圈提供激励电压的低频电源，以及料液容器；所述次级线圈包括可供作为料液流通的绝缘管路，所述绝缘管路两端从所述感应电压腔体内露出并分别作为进料口和出料口；所述料液容器与所述交变感应电压单元和交变感应磁场单元内的料液流通管路连通而形成料液循环回路。本发明能实现连续流处理，并可避免电化学反应和离子极化，可大规模实施生产和加工，高效快速。
Description
技术领域
本发明涉及一种循环式磁电感应反应系统及其应用，例如在如下领域的应用，包括：天然高分子原料的辅助水解和改性，天然产物辅助提取，改变反应动力学参数或终端产物。
背景技术
生化反应系统是一种能为化学和生物反应提供适宜反应条件，并且在某一操作参数下可将原料转化成特定产品的系统装备，应用于化工、食品等轻工业部门。目前的液相反应器包括釜式反应器、水热合成反应器、真空反应器、光催化反应器、微波化学反应器、电化学反应器等。上述这些反应器的可控操作条件包括了温度、压力、真空度、搅拌速率、光源种类、光源功率、微波功率、电极形态、电极面积、电压强度等。但是这些反应器的控制参数较为单一，不能实现对反应体系的多维度控制，效果不好，不能满足生产需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种循环式磁电感应反应系统及其应用。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
在一些实施例中提供了一种循环式磁电感应反应系统，其包括：
交变感应电压单元，包括：
一闭合铁芯，
一初级线圈，绕制于所述闭合铁芯一侧，
一次级线圈，绕制于所述闭合铁芯另一侧并设于一感应电压腔体内，所述次级线圈包括可供作为料液流通的绝缘管路，所述绝缘管路两端从所述感应电压腔体内露出并分别作为进料口和出料口；
交变感应磁场单元，包括：
一C型铁芯，
一初级线圈，绕制于所述C型铁芯一侧，
一磁场腔体，从所述C型铁芯开口处穿过，所述磁场腔体内设有料液流通管路，所述料液流通管路；
低频电源，与所述交变感应电压单元及交变感应磁场单元中的初级线圈连接并向各初级线圈提供激励电压；
以及，料液容器，与所述交变感应电压单元和交变感应磁场单元内的料液流通管路连通而形成料液循环回路。
在一些较为优选的实施例中，所述低频电源能够发出频率范围在400～700Hz的正弦波或方波信号，信号的峰值电压0～1000V，输出功率0～2kW，方波占空比5％～90％。
在一些较为优选的实施例中，所述循环式磁电感应反应系统还包括用以调整所述料液温度的温控单元；
优选的，所述温控单元包括设于感应电压腔体内的恒温夹套层，所述恒温夹套层包裹所述绝缘管路，并且还经分布于所述感应电压腔体上的恒温循环浴进口和恒温循环浴出口与恒温循环浴连通；
和/或，优选的，所述温控单元包括设于磁场腔体内的恒温夹套层，所述恒温夹套层包裹所述料液流通管路，并且还经分布于所述磁场腔体上的恒温循环浴进口和恒温循环浴出口与恒温循环浴连通；
和/或，优选的，所述温控单元包括恒温浴，所述料液容器被置于所述恒温浴内。
较为优选的，至少一恒温循环浴与至少一恒温夹套层串联设置形成恒温循环回路。
在一些较为优选的实施例中，所述闭合铁芯或C型铁芯的材料至少选自镍钢，工作频率范围为400～700Hz；
优选的，绕制于所述闭合铁芯上的初级线圈与次级线圈的匝数之比为80～400：25～30；
优选的，绕制于所述闭合铁芯上的初级线圈和次级线圈的匝数分别为80～400和25～30匝；
和/或，优选的，绕制于所述C形铁芯上的初级线圈的匝数为500～600匝。
所述初级线圈的材料至少选自铜；
在一些较为优选的实施例中，和/或，所述绝缘管路包括玻璃弹簧；
优选的，所述玻璃弹簧内径为3～5mm；
和/或，优选的，所述感应电压腔体的长度小于或等于500mm；
和/或，优选的，所述磁场腔体内料液流通管路的直径为3～5mm；
和/或，优选的，所述磁场腔体的长度小于或等于300mm。
在一些较为优选的实施例中，所述感应电压腔体的料液管路和磁场腔体的料液管路之间经硅胶管连接。
在一些较为优选的实施例中，所述循环式磁电感应反应系统还包括用于驱使料液在所述料液循环回路内循环流动的装置；
优选的，所述料液循环回路内料液的流速为50μL/s～500mL/s。
在一些实施例中，所述料液容器与所述交变感应电压单元和交变感应磁场单元内的料液流通管路串联而形成料液循环回路。
较为优选的，所述料液循环回路内料液温度为-20～130℃。
在一些实施例中还提供了所述循环式磁电感应反应系统于天然高分子原料的辅助水解和改性，天然产物辅助提取，改变反应动力学参数或终端产物中的应用。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
1.本发明循环式磁电感应反应系统操作条件更为丰富，包括感应电压激励信号强度、感应电压激励信号种类、感应电压激励信号频率、交变磁场激励信号强度、交变磁场激励信号种类、交变磁场激励信号频率、温度、溶液流速。且反应溶液中的交变电场来源于感应电压，故装置不采用通电的极板或电极，这样就避免了极板或电极表面的电化学反应和离子极化，连续流处理则规模更大，速度更快。
2.本发明循环式磁电感应反应系统依靠流体水动力、交变电场力和交变磁场力来造成溶液体系中的不同荷质比的带电离子、带电化合物、带电粒子、带电蛋白质或酶类的特异性传质效果，有效影响并改变其化学反应动力学参数或终端产物。
3.本发明循环式磁电感应反应系统操作简单、方便，大大节约了人力，提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明一典型实施方案之中一种循环式磁电感应反应系统的结构示意图；
图2是本发明一典型实施方案之中一种循环式磁电感应反应系统感应电压腔体的结构示意图；
图3是本发明一典型实施方案之中一种循环式磁电感应反应系统磁场腔体的结构示意图。
附图标记说明：100—加工装置链，101—低频电源，102—蠕动泵，103—镍钢O型铁芯，104—感应电压初级线圈，105—恒温循环浴，106—交变磁场初级线圈，107—镍钢C型铁芯，108—硅胶管，109—恒温浴，110—反应溶液容器，200—感应电压腔体，201—玻璃弹簧，202—电场恒温夹套层，203—料液进口，204—料液出口，205—恒温循环浴进口，206—恒温循环浴出口，300—磁场腔体，301—磁场恒温夹套层，302—磁场恒温夹套层进料口，303—磁场恒温夹套层出料口，304—恒温循环浴进口，305—恒温循环浴出口。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明的一个方面涉及了一种循环式磁电感应反应系统，其包括：
交变感应电压单元，包括：
一闭合铁芯，
一初级线圈，绕制于所述闭合铁芯一侧，
一次级线圈，绕制于所述闭合铁芯另一侧并设于一感应电压腔体内，所述次级线圈包括可供作为料液流通的绝缘管路，所述绝缘管路两端从所述感应电压腔体内露出并分别作为进料口和出料口；
交变感应磁场单元，包括：
一C型铁芯，
一初级线圈，绕制于所述C型铁芯一侧，
一磁场腔体，从所述C型铁芯开口处穿过，所述磁场腔体内设有料液流通管路，所述料液流通管路；
低频电源，与所述交变感应电压单元及交变感应磁场单元中的初级线圈连接并向各初级线圈提供激励电压；
以及，料液容器，与所述交变感应电压单元和交变感应磁场单元内的料液流通管路连通而形成料液循环回路。
请参阅图1所示是本发明一典型实施方案之中一种循环式磁电感应反应系统的结构示意图，其主要由低频电源、初级线圈、铁芯、感应电压腔体、磁场腔体、硅胶管路、蠕动泵、温控单元等构成。
在本发明循环式磁电感应反应系统工作时，流动的反应溶液(料液)作为次级线圈导体且以绝缘管路(例如玻璃弹簧)作为支撑物，低频电源发出的信号激励初级线圈，则会在铁芯中生产相应变化规律的交变磁通，以此在反应溶液作为次级线圈导体的回路体系中生产交变感应电压，同时生成的交变磁场影响磁场腔体中流动的反应溶液，反应体系中运动的带电离子、带电粒子、带电有机化合物或带电蛋白质和酶类即受不同变化规律的感应电压即电场力和交变磁场即洛伦兹力的共同影响，最终改变生化反应速率或终端产物。
更具体的讲，本发明循环式磁电感应反应系统的原理主要在于：
变压器属于电能-磁能-电能转换设备，对单相变压器的初级线圈(Np)施加交变的激励电压Up，则会在铁芯中生产相应变化规律的磁通，其数值正比于线圈匝数，由式(1)可知：
式中：Up＝激励电压，Np＝初级线圈匝数，dφ＝磁通量微分，dt＝时间微分。
该电磁感应原理来源于安培环路定律，即在磁场区域中，对选定的磁场H的任意闭合线积分等于穿过闭合路径所界定面的传导电流的代数和，由式(2)和式(3)表征：
式中：H＝磁场强度，l＝闭合磁路长度，i＝闭合回路中的电流，N＝线圈匝数
铁芯磁路中的变化磁通，会在次级线圈(Ns)中生产同样变化规律的感应电压Es：
式中：Es＝感应电压，Ns＝次级线圈匝数，dφ＝磁通量微分，dt＝时间微分
各参数间的关系，即如下式(5)：
Ep/Es＝Up/Us＝Np/Ns (5)
可知，E，U分别为感应电压和终端电压，N为线圈匝数。在激励电压及初、次级线圈匝数比固定的情况下，感应电压为定值。由于次级线圈中存在内部阻抗，次级电路中的感应电压Es由外部载荷和线圈阻抗两部分共同承担。若以含有大量带电离子、带电化合物、带电粒子以及表面带电的蛋白质和酶类的电导性溶液为次级线圈导体，受交变磁通的影响，根据安培环路定律，在溶液中同样存在感应电压。
生化溶液体系中都含有一定量的带电离子、带电化合物、带电粒子以及表面带电的蛋白质和酶类，在流体水动力影响下会发生定向移动。与此同时，若它们再受电场影响时则还会发生相对位移，即带正电的离子、化合物、粒子、蛋白质或酶类向阴极运动，带负电的离子、化合物、粒子、蛋白质和酶类则向阳极运动。而带电离子、带电化合物、带电粒子、带电蛋白质和酶类做切割磁力线运动时也会受到磁场力即洛伦兹力的作用，造成其运动轨迹偏移。
通常溶液体系中的化学反应速率与活化能密切相关，温度升高则活化能降低，活化能越低反应速率越快。反应溶液在未受到流体水动力、交变感应电压和交变磁场影响时，溶液体系中的带电溶质做无规则的热力学运动。但是，当流动的反应溶液受到交变感应电场和交变磁场影响时，则其中的带电离子、带电化合物、带电粒子、带电蛋白质和酶类等则会受到周期性的交变电场力、交变磁场力作用，发生大规模的取向性运动，并影响体系的化学反应动力学参数或终端产物。
在一些实施例中，低频电源可发出频率范围在400～700Hz的正弦波或方波，信号的峰值电压0～1000V，输出功率0～2kW，方波占空比5％～90％，以此同时激励闭合铁芯和C型铁芯上的初级线圈来获得交变感应电压和交变磁场。
在一些实施例中，铁芯采用镍钢材料，工作频率范围400～700Hz，一只铁芯用于产生交变感应电压即呈现O型闭合状，另一只用于产生交变磁场即呈现C型非闭合状。
在一些实施例中，初级线圈为铜制线圈，缠绕在O型铁芯上初级线圈匝数80～400匝，缠绕在C型铁芯上的初级线圈匝数为500～600匝；
在一些实施例中，感应电压腔体中有玻璃弹簧，可作为反应溶液的进料口和出料口并从其两侧引出，它也是反应溶液作为次级线圈导体的支撑物，并缠绕在镍钢O型铁芯一侧，玻璃弹簧内径为3～5mm，匝数为25～30，玻璃弹簧之外是恒温夹套层，并在感应电压玻璃腔体两侧有恒温循环浴进口和恒温循环浴出口，用于通入不同温度的流体以保持玻璃弹簧中反应溶液的温度。
优选的，感应电压腔体长度不超过500mm。
优选的，感应电压腔体可采用感应电压玻璃腔体。
在一些实施例中，磁场腔体(例如磁场玻璃腔体)可以让反应溶液径直流通，流通管路内径优选为3～5mm，且反应溶液流通管路外侧有恒温夹套层并在磁场玻璃腔体两侧有恒温循环浴进口和恒温循环浴出口，用于通入不同温度的流体以保持流通管路中反应溶液的温度，磁场玻璃腔体长度优选不超过300mm，磁场玻璃腔体径直穿过C型铁芯的磁场区域，使其流动的反应溶液可受到交变磁场的影响。
在一些实施例中，使用耐腐蚀和耐高温硅胶管作为连接感应电压玻璃腔体和磁场玻璃腔体的管路，并在硅胶管上安置蠕动泵驱动反应溶液循环流动，体积流量为50μL/s～300mL/s。
在一些实施例中，可以根据加工温度要求将反应溶液容器置于恒温浴中并维持所需温度。
在一些实施例中，温控单元包括恒温循环浴和恒温浴，其中恒温循环浴与感应电压玻璃腔体和磁场玻璃腔体上的恒温夹套层的恒温循环浴进口和恒温循环浴出口串联接通，可保持料液温度为-20～130℃范围。
在图1所示典型实施方案之中，所述循环式磁电感应反应系统的工作过程包括：打开蠕动泵使料液循环流动，再通过恒温循环系统改变料液循环系统中料液的温度，再通过控制单元激励感应电压初级线圈和交变磁场初级线圈，实现感应电压腔体和磁场腔体对料液的加工。
本发明的一个方面还涉及了所述的循环式磁电感应反应系统的应用，例如于天然高分子原料的辅助水解和改性，天然产物辅助提取，改变反应动力学参数或终端产物中的应用。本发明主要是依靠流体水动力、交变电场力和交变磁场力来造成溶液体系中的不同荷质比的带电离子、带电化合物、带电粒子、带电蛋白质或酶类的特异性传质效果，进而影响并改变其化学反应动力学参数或终端产物。
较之现有技术，本发明中的循环式磁电感应反应系统操作条件更为丰富，包括感应电压激励信号强度、感应电压激励信号种类、感应电压激励信号频率、交变磁场激励信号强度、交变磁场激励信号种类、交变磁场激励信号频率、温度、溶液流速。另外，重要的是因为反应溶液中的交变电场来源于感应电压，故装置不采用通电的极板或电极，这样就避免了极板或电极表面的电化学反应和离子极化，连续流处理则规模更大，速度更快。
以下结合若干实施例对本发明的技术方案作更为具体的解释说明。
实施例1：甘蔗渣纤维素高效酸解的应用
下面以酸法高效水解甘蔗渣纤维素制备还原糖为例，进一步说明循环式磁电感应反应系统在天然高分子原料水解反应中的应用。
如图1～图3所示，在此实施例中，本发明提供了一种循环式磁电感应反应系统，其包括了加工装置链100，感应电压腔体200，磁场腔体300。
其中，参考图1，反应系统链100包括低频电源101，蠕动泵102，镍钢O型铁芯103，感应电压初级线圈104，感应电压腔体200，恒温循环浴105，交变磁场初级线圈106，镍钢C型铁芯107，磁场腔体300，耐腐蚀耐高温硅胶管108，恒温浴109，反应溶液容器110。其中低频电源101的2个输出端分别与感应电压初级线圈104和交变磁场初级线圈106接通，所使用的低频电源101可发出频率为400Hz～700kHz的正弦波、脉冲波，电压为0～1000V，输出功率0～2kW，脉冲波占空比5％～90％；感应电压初级线圈104为80～400匝，缠绕在镍钢O型铁芯103一侧，镍钢O型铁芯103工作频率范围400Hz～700kHz，额定功率2kW，铁芯的中心周长850mm，厚度20mm；同时，交变磁场初级线圈106为500～600匝，缠绕在镍钢C型铁芯107一侧，镍钢C型铁芯107工作频率范围400Hz～700kHz，额定功率2kW，铁芯的中心周长800mm，厚度20mm；镍钢O型铁芯103的另一侧穿入感应电压腔体200，这样保证其中的玻璃弹簧201缠绕在镍钢O型铁芯103上，玻璃弹簧201匝数为25～30，玻璃弹簧内径4mm。参考图2显示感应电压腔体200所含的玻璃弹簧201，恒温夹套层202，进料口203，出料口204，恒温循环浴进口205，恒温循环浴出口206。即玻璃弹簧201两端分别从感应电压腔体200的两端中引出作为料液的进口203和出口204，玻璃弹簧201之外是电场恒温夹套层202，并在感应电压腔体200两端有恒温循环浴进口205和恒温循环浴出口206，用于通入不同温度的流体以保持玻璃弹簧201中循环溶液的温度，感应电压腔体长度为500mm；
参考图3显示磁场腔体300，包括磁场恒温夹套层301，磁场恒温夹套层进料口302，磁场恒温夹套层出料口303，恒温循环浴进口304，恒温循环浴出口305，反应溶液从磁场恒温夹套层进料口302流进再从磁场恒温夹套层出料口303流出，其中包含的磁场恒温夹套层301在磁场腔体300两端有恒温循环浴进口304和恒温循环浴出口305，用于通入不同温度的流体以保持管路中循环溶液的温度，磁场腔体300长度为200mm，由于镍钢C型铁芯107上的交变磁场初级线圈106受到交变电压的激励，则会在镍钢C型铁芯107的开口端生成交变磁场，磁场腔体300径直穿过其交变磁场区域，保证反应溶液在流体水动力驱动下切割磁力线运动；
感应电压腔体200，磁场腔体300和反应溶液容器110，靠耐腐蚀和耐高温硅胶管108连接并形成串联回路；在硅胶管108上安置蠕动泵102可达到驱动反应溶液循环流动的目的，即溶液受到流体水动力的影响，体积流量为50μL～300mL，根据加工温度要求则反应溶液容器110需置于恒温浴109中并维持所需温度。
恒温循环浴105同时与感应电压腔体200和磁场腔体300上的电场恒温夹套层202和磁场恒温夹套层301上的恒温循环浴进口205和304以及恒温循环浴出口206和305接通，保持容器内部的温度范围为-20～130℃，即感应电压腔体200上的恒温循环浴出口206和磁场腔体300的恒温循环浴进口304相连接；
利用该系统进行甘蔗渣纤维素的高效酸水解反应，其包括如下步骤：
步骤一：取80目粉碎后的干燥甘蔗渣粉1000g于15L塑料杯110中，加入蒸馏水10L，混合摇匀，于60℃恒温浴109中搅拌40min预热，同时缓慢加入1L，浓度6.7％的盐酸溶液，料液再搅拌5min混匀；
步骤二：开启蠕动泵102，保证料液通过感应电压腔体200的玻璃弹簧201和磁场腔体300，并开始循环流动且体积流量为80mL/s，然后开启恒温循环浴105并设定温度为60℃；
步骤三：开启低频电源101选择正弦波，频率为400Hz，电压幅值500V，额定功率2kW，同时激励感应电压初级线圈104和交变磁场初级线圈106，此时，感应电压初级线圈104为200匝，交变磁场初级线圈106为500匝，400Hz时线圈的阻抗通过阻抗分析仪检测可知，感应电压初级线圈104阻抗为Z1＝404Ω，交变磁场初级线圈106阻抗为Z2＝704Ω，所以感应电压-初级线圈104电流为I1＝1.24A，交变磁场初级线圈106电流为I2＝0.71A，感应电压初级线圈104电路功率为P1＝620W，交变磁场初级线圈106电路功率为P2＝355W，玻璃弹簧201的匝数为25匝，即次级线圈25匝，匝数比为8:1，根据变压器电压分配原理，则玻璃弹簧201中料液的感应电压应为62.5V，而通过特斯拉计检测镍钢C型铁芯107开口处的交变磁场为940Gs，P1+P2＝620W+355W＝975W＜额定功率2000W，即该低频电源可使系统正常运行。
步骤四：循环处理7h后停止，排出料液，待到室温立即加入质量分数为1％的NaHCO3溶液，使其料液pH＝7，终止反应，再将料液于5000rpm下离心20min去掉沉淀物，得到含有还原糖的甘蔗渣粗水解液。
经检测，通过此循环式磁电感应反应系统处理并得到的甘蔗渣粗水解液还原糖含量为21.45％，与此相比，若其他反应条件均相同，但不施加低频激励电压于感应电压-初级线圈104和交变磁场初级线圈106时，最终得到的甘蔗渣粗水解液还原糖含量只为6.59％。
实施例2：乙醇-乳酸酯化合成的应用
利用实施例1所述的循环式磁电感应反应系统，以改变反应动力学参数为例，进一步说明该系统的使用方法。其包括如下步骤：
步骤一：取10mol/L的乳酸水溶液5000mL和10mol/L的乙醇水溶液5600ml混合，于25℃恒温浴109中搅拌20min预热,；
步骤二：开启蠕动泵102，保证料液通过感应电压腔体200的玻璃弹簧201和磁场腔体300，并开始循环流动且体积流量为80μL/s，然后开启恒温循环浴105并设定温度为40℃；
步骤三：开启低频电源101选择正弦波，频率为700Hz，电压幅值900V，额定功率2kW，同时激励感应电压初级线圈104和交变磁场初级线圈106，此时，感应电压初级线圈104为400匝，交变磁场初级线圈106为600匝，700Hz时线圈的阻抗通过阻抗分析仪检测可知，感应电压初级线圈104阻抗为Z1＝702Ω，交变磁场初级线圈106阻抗为Z2＝1001Ω，所以感应电压初级线圈104电流为I1＝1.28A，交变磁场初级线圈106为I2＝0.89A，感应电压初级线圈104电路功率为P1＝1152W，交变磁场初级线圈106电路功率为P2＝801W，玻璃弹簧201的匝数为20匝，即次级线圈20匝，匝数比为20:1，根据变压器电压分配原理，则玻璃弹簧201中料液的感应电压应为45V，而通过特斯拉计检测镍钢C型铁芯107开口处的交变磁场为1284Gs，P1+P2＝1152W+801W＝1953W＜低频电源额定功率2000W，即该低频电源可使系统正常运行。
步骤四：循环处理10h后停止，排出料液，待到室温后进行乳酸乙酯浓度分析。
经检测，通过此循环式磁电感应反应系统处理并得到的溶液中其乳酸乙酯浓度为0.25mol/L，与此相比，若其他反应条件均相同，但不施加低频激励电压于感应电压初级线圈104和交变磁场初级线圈106时，最终得到的溶液中其乳酸乙酯浓度为0.05mol/L。
实施例3：鱼骨可溶性钙高效提取的应用
利用实施例1所述的循环式磁电感应反应系统，以辅助提取天然产物为例，进行鱼骨可溶性钙的提取，进一步说明该系统的使用方法。其包括如下步骤：
步骤一：取120目的粉碎后的鱼骨粉1200g于15L塑料杯110中，加入蒸馏水12L，混合摇匀，于55℃恒温浴109中搅拌30min预热，同时缓慢加入1L，浓度7.8％的盐酸溶液，料液再搅拌5min混匀；
步骤二：开启蠕动泵102，保证料液通过感应电压腔体200的玻璃弹簧201和磁场腔体300，并开始循环流动且体积流量为50mL/s，然后开启恒温循环浴105并设定温度为55℃；
步骤三：开启低频电源101选择脉冲波，占空比45％，频率为500Hz，电压幅值800V，额定功率2kW，同时激励感应电压初级线圈104和交变磁场初级线圈106，此时，感应电压初级线圈104为300匝，交变磁场初级线圈106为500匝，500Hz时线圈的阻抗通过阻抗分析仪检测可知，感应电压初级线圈104阻抗为Z1＝554Ω，交变磁场初级线圈106阻抗为Z2＝801Ω，所以感应电压初级线圈104电流为I1＝1.44A，交变磁场初级线圈106为I2＝0.99A，感应电压初级线圈104电路功率为P1＝1152W，交变磁场初级线圈106电路功率为P2＝792W，玻璃弹簧201的匝数为25匝，即次级线圈25匝，匝数比为12:1，根据变压器电压分配原理，则玻璃弹簧201中料液的感应电压应为66.7V，而通过特斯拉计检测镍钢C型铁芯107开口处的交变磁场为1137Gs，P1+P2＝1152W+792W＝1944W＜低频电源额定功率2000W，即该低频电源可使系统正常运行。
步骤四：循环处理6h后停止，排出料液，待到室温立即加入质量分数为1％的NaOH溶液，使其料液pH＝7，终止反应，再将料液于5000rpm下离心20min并去除沉淀物，得到含有可溶性钙的鱼骨水解液，剩余溶液于55℃的鼓风干燥箱中干燥48h后得到乳白色的粗钙粉。
经检测，通过此循环式磁电感应反应系统处理并得到的粗钙粉为171.74g，与此相比，若其他反应条件均相同，但不施加低频激励电压于感应电压初级线圈104和交变磁场初级线圈106时，最终得到的粗钙粉只为41.74g。
实施例4：多孔大米淀粉制备的应用
利用实施例1所述的循环式磁电感应反应系统，以辅助天然高分子化合物改性为例，进行多孔大米淀粉制备，进一步说明该系统的使用方法。其包括如下步骤：
步骤一：取大米淀粉500g于15L塑料杯中，加入蒸馏水12L，混合摇匀得到淀粉乳液，加入10.7％的盐酸溶液，调节淀粉乳液的pH值为3.5，于40℃预热搅拌25min；
步骤二：开启蠕动泵102，保证料液通过感应电压腔体200的玻璃弹簧201和磁场腔体300，并开始循环流动且体积流量为220mL/s，然后开启恒温循环浴105并设定温度为63℃；
步骤三：开启低频电源101选择脉冲波，占空比25％，频率为600Hz，电压幅值800V，额定功率2kW，同时激励感应电压初级线圈104和交变磁场初级线圈106，此时，感应电压-初级线圈104为300匝，交变磁场初级线圈106为500匝，600Hz时线圈的阻抗通过阻抗分析仪检测可知，感应电压初级线圈104阻抗为Z1＝611Ω，交变磁场初级线圈106阻抗为Z2＝933Ω，所以感应电压初级线圈104电流为I1＝1.31A，交变磁场初级线圈106为I2＝0.86A，感应电压初级线圈104电路功率为P1＝1048W，交变磁场初级线圈106电路功率为P2＝688W，玻璃弹簧201的匝数为30匝，即次级线圈30匝，匝数比为10:1，根据变压器电压分配原理，则玻璃弹簧201中料液的感应电压应为80V，而通过特斯拉计检测镍钢C型铁芯107开口处的交变磁场为1137Gs，P1+P2＝1048W+688W＝1736W＜额定功率2000W，即该低频电源可使系统正常运行。
步骤四：循环处理5h后停止，排出料液，待到室温立即加入质量分数为2％的NaOH溶液，使其料液pH＝7，终止反应，再将料液于3000rpm下离心15min得到沉淀物，沉淀物于55℃的鼓风干燥箱中干燥3h后，得到改性的多孔大米淀粉。
经测量，通过循环式磁电感应反应系统处理并得到的多孔大米淀粉的吸油率为114.3％，与此相比，若其他反应条件均相同，但不施加低频激励电压于感应电压初级线圈104和交变磁场初级线圈106时，最终得到的多孔玉米淀粉吸油率仅为37.1％。
需要说明的是，本实施例的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明的实施例。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (19)
1.一种循环式磁电感应反应系统，其特征在于包括：
交变感应电压单元，包括：
一闭合铁芯，
一初级线圈，绕制于所述闭合铁芯一侧，
一次级线圈，绕制于所述闭合铁芯另一侧并设于一感应电压腔体内，所述次级线圈包括可供料液流通的绝缘管路，所述绝缘管路两端从所述感应电压腔体内露出并分别作为进料口和出料口；
交变感应磁场单元，包括：
一C型铁芯，
一初级线圈，绕制于所述C型铁芯一侧，
一磁场腔体，从所述C型铁芯开口处穿过，所述磁场腔体内设有料液流通管路，所述料液流通管路与所述交变感应电压单元内的绝缘管路连通；
低频电源，与所述交变感应电压单元及交变感应磁场单元中的初级线圈连接并向各初级线圈提供激励电压；
料液容器，与所述交变感应电压单元内的绝缘管路和所述交变感应磁场单元内的料液流通管路连通而形成料液循环回路；
以及，用以调整所述料液温度的温控单元，包括：
设于感应电压腔体内的恒温夹套层，所述恒温夹套层包裹所述绝缘管路，并且还经分布于所述感应电压腔体上的恒温循环浴进口和恒温循环浴出口与恒温循环浴连通；
设于磁场腔体内的恒温夹套层，所述恒温夹套层包裹所述料液流通管路，并且还经分布于所述磁场腔体上的恒温循环浴进口和恒温循环浴出口与恒温循环浴连通。
2.根据权利要求1所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：所述低频电源能够发出频率范围在400～700Hz的正弦波或方波信号，信号的峰值电压0～1000V，输出功率0～2kW，方波占空比5％～90％。
3.根据权利要求1所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：所述温控单元还包括恒温浴，所述料液容器被置于所述恒温浴内。
4.根据权利要求3所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：至少一恒温循环浴与至少一恒温夹套层串联设置形成恒温循环回路。
5.根据权利要求1所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：所述闭合铁芯或C型铁芯的材料至少选自镍钢，工作频率范围为400～700Hz。
6.根据权利要求1所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：绕制于所述闭合铁芯上的初级线圈与次级线圈的匝数之比为80～400：25～30。
7.根据权利要求1所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：绕制于所述闭合铁芯上的初级线圈、次级线圈的匝数分别为80～400匝、25～30匝。
8.根据权利要求1所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：绕制于所述C形铁芯上的初级线圈的匝数为500～600匝。
9.根据权利要求1所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：所述初级线圈的材料至少选自铜。
10.根据权利要求1所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：所述绝缘管路包括玻璃弹簧。
11.根据权利要求10所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：所述玻璃弹簧内径为3～5mm。
12.根据权利要求1所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：所述感应电压腔体的长度小于或等于500mm。
13.根据权利要求1所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：所述磁场腔体内料液流通管路的直径为3～5mm。
14.根据权利要求1所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：所述磁场腔体的长度小于或等于300mm。
15.根据权利要求1所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：所述感应电压腔体的料液管路和磁场腔体的料液管路之间经硅胶管连接。
16.根据权利要求1所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：所述循环式磁电感应反应系统还包括用于驱使料液在所述料液循环回路内循环流动的装置。
17.根据权利要求1所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：所述料液循环回路内料液的流速为50μL/s～500mL/s。
18.根据权利要求1所述的循环式磁电感应反应系统，其特征在于：所述料液循环回路内料液温度为-20～130℃。
19.如权利要求1-18中任一项所述的循环式磁电感应反应系统于天然高分子原料的辅助水解和改性，天然产物辅助提取，改变反应动力学参数或终端产物中的应用。
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