CN1663674A - 一种气流增效连续微波辐射固相合成反应方法与装置 - Google Patents
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Abstract
一种气流增效连续微波辐射固相合成反应方法与装置，涉及微波辐射固相合成技术领域。本方法为在微波能场内，反应物料在传送带上受连续微波辐射，喷射垂直气流透过传送带网面作气流增效，使反应物料进行固相合成反应的方法。本装置包括带有多个微波源的一个反应腔体，内置作水平机械运动承载反应物料的传送带，气流经传送带网面进入反应腔，对反应物料进行垂直气流增效和连续微波辐射固相合成反应，由排气孔回收气体。本装置能够使微波均匀地辐射到反应物，防止副产物强酸及局部积热造成的焦化反应，使常规微波条件下难以实现的反应得以完成，降低能量成本，并加快反应速度、提高产物纯度与微波合成效率。
Description
技术领域
一种气流增效连续微波辐射固相合成反应方法与装置，涉及一种能在微波能场内进行气流携载增效微波辐射固相合成技术领域。
背景技术
微波对物质的加热从物质分子出发，被称为“内加热”。自然界中物质是由大量的一端带正电，另一端带负电偶极子组成，在自然状态下，偶极子作杂乱无章的运动和排列。当介质处于电场中时，随意取向的偶极子会按电场方向同一取向，当电场方向每秒钟改变数亿次时，处于电场中的偶极子取向排列也随之急剧变化，造成分子间相互碰撞，从而产生热量，在较短的时间内达到较高温度。在室温或近室温下的一般条件下，固相反应较难进行。Hedvall1912年，发现固体粉末CoO和ZnO可以直接发生化学反应，这一发现激起了固相化学反应研究的热潮。由于大多数无机固体，如硅酸盐、氧化物、金属合金等，熔点较高，它们一般具有三维网络结构、原子间隙小、化学键牢固，通常合成反应多在高温下进行。1904年，Pfeifer等发现加热[Cr(en)3]Cl3或[Cr(en)3](SCN)3分别生成cis-[Cr(en)2Cl2]Cl和tran-[Cr(en)2-(SCN)2]SCN。Tscherniajew等(1963)首先用K2[PtI6]与KCN固-固反应，制取了稳定产物K2[Pt(CN)6]。微波辐射条件下，蒋才武等(1999)研究了乙酸锌与苯氧乙酸、甘氨酸在微波辐射及室温条件下的固-固相配位化学反应，通过固相反应一步合成了苯氧乙酸锌和甘氨酸锌。在二茂铁肟的制备中，Caddick(1995)发现使用微波辐射下可以得到热力学稳定的产物，在20秒内就达到了97％的产率。此外，采用微波反应装置，可以在不到1分钟的时间内合成出铑、铱二烯类络合物，而传统加热则需几个小时。由于固体化学反应的特殊性，人们已经做了大量工作，微波法(Microwave)是其中的一种有效手段。
自发现微波加热能够促进化学反应以来，各国化学家都在积极研制微波化学反应设备。1986年，Gedye等人首次将微波引入密闭有机合成技术，其研制的设备不能有效地对反应进行检测和控制。1991年，Mingos等人经过改进，设计了可以调节反应釜内压力的密封罐式反应器。同年，英国科学家Villemin等人将吸附在无机载体上的反应物置于密闭的聚四氟乙烯管中，在微波炉内进行反应，揭开了干法技术研究的序幕。1992年，我国台湾大学Hui-Ming Yu等人设计了一种微波干法反应实验装置，并用此装置成功地合成了一些常规方法难以合成的肽，和Bram等人的工作相比，Hui-Ming Yu等人的装置有了较大的进步。吉林大学的李耀先(1995)等采用常压反应器，用微波干法技术合成出了L-四氢噻唑-4-羧酸，反应达到85％的产率，反应速率较常规法提高了近290倍。但以上介绍的微波反应设备都是间歇式的，最早建立连续微波技术的是台湾大学Chen等人(1990)。1994年，Cablewski等人在前人研究的基础上研制出一套微波连续技术(CMR)反应装置，装有自动控制系统，系统总体积为50ml，盘管长约3米，加工速率约1L/h，停留时间约为1～2min，能在200℃、1400kPa下运转，但它不能进行固体和高粘度液体的加料反应。一般来讲液体加热沸腾，随着泡的逸出，液相体系内部热量得以释放而不会过量积累。微波加热由于微波能量在被加热体系内部直接转化，若被加热体系内部积聚的热量无法有效释放，微波加热就容易导致温度失控，出现“高温焦化点”的过热现象。
现有的大型工业微波处理设备一般采用连续传送箱式微波化学反应器，其处理量大，但它是非封闭系统，只适于物料静态物理加热，且持续的“内加热”作用可使反应体系内部热量积累，形成高温焦化点，造成温度瞬间失控，另外，强酸盐酸根游离，同样会导致反应物及产物的融化甚至焦糊。急需开发连续微波辐射合成设备与方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种气流增效连续微波辐射固相合成反应方法与装置，而气流携载增效微波固相反应，使一些在常规微波条件下难以实现的反应得以实现。
本发明的技术方案：本方法为在微波能场内，将有机物、无机物、或有机物和无机物的混合物所组成的固-固相反应物料置于传送带上，通入气体，开启微波，对特定的合成反应按指定的时间，以连续或间歇方式作水平机械运动，反应物料在传送带上受连续微波辐射，喷射垂直气流透过传送带网面，使反应物料作辅助非机械运动气流增效，使反应物料进行固相合成反应的方法。
本装置包括带有多个微波源的一个反应腔体，内置作水平机械运动承载反应物料的传送带，传送带为密布微孔、透气的聚四氟乙烯或微孔陶瓷网面材料，可调速传送反应物料，传送带边缘与下槽送风槽紧配合，使气流经网面进入反应腔，对反应物料进行垂直气流增效和连续微波辐射固相合成反应，由排气孔回收气体。
微波功率源设有1-6个，采用微波频率为2450MHz，功率0.5-10Kw可调。另外，还配有微波传输系统及其它附属设施，如气流喷射、冷却、产物收集槽、传送带清洗槽等。反应物料为有机物、无机物或两者的混合物所组成的固-固相。传送带为密布微孔的聚四氟乙烯或微孔陶瓷网面材料，可调速传送反应物料。
在微波反应腔体内，传送带与下槽送风槽紧配合，送风槽中设有气体输送管道和多排气体喷嘴、平行于传送带下，喷射角度45°到135°可调，气体从网面通过，使反应物料搅动、悬浮，使微波均匀地辐射到反应物，加快反应速度。喷射的气流防止反应剧烈反应，带走反应过程产生的气体。反应使用的气流包括压缩空气、蒸气、氮气、或氩气等。反应腔体内部有一个抽气系统，能将通入与反应产生的气体回收。
在进行微波辐射固态合成反应时，首先由料槽在传送带上铺入一定厚度的粉末状物料，料槽底部设有加料滚筒，可调节物料厚度，并使反应物料均匀分布于传送带上。通入气流，开启微波，对特定的合成反应按指定的时间，传送带采用连续或间断方式按箭头所指方向运动，反应产物在出料口卸下。传送带继续运转，经清理、在水洗槽中刷洗，干燥、继续装料、连续反应生产。
本发明的有益效果：通过气流的进入增效微波辐射固相合成反应，垂直气流搅动反应物增加反应物分子的活性，提高反应分子平均能量和碰撞频率，显著提高化学反应速度。同时携带、去除反应中副产物，稳定反应体系中的温度过热，防止反应物及产物的融化甚至焦糊，使一些在常规微波条件下难以实现的反应得以实现，并加快反应速度、提高产物纯度、降低能量成本。
附图说明
图1为气流增效连续微波辐射固相合成反应装置正视示意图。
1.加料槽，2.微波源，3.反应腔体，4.排气口，5.传送带，6.输出微波抑制器，7.产物槽，8.清洗槽，9.驱动轮，10.气流喷射系统，11.加料滚筒，12.送风槽。
具体实施方式
本发明权利要求不局限以下实施例。实施例为在微波能场内，辐射有机物、无机物或两者的混合物等反应，生成相应的化合物。
实施例1
在图1中，加料槽(1)，加料槽底部装有加料滚筒(11)，加料槽经加料滚筒与反应腔体(3)的前端相接通，反应腔体上部装有微波源(2)，反应腔体内置一作水平机械运动的传送带(5)，在反应腔体的尾端装有输出微波抑制器(6)，在输出微波抑制器前的反应腔体上部设一排气口(4)，传送带为不吸收微波、密布微孔、耐200℃透气网带构成，传送带边缘与下槽送风槽(12)紧配合，传送带由驱动轮(9)传动，传送带通过输出微波抑制器后出反应腔体，产物槽(7)装在出反应腔体的传送带末端下部，供收集传送带上的反应产物，传送带运动通过清洗槽(8)后，返回经加料滚筒，重新进入反应腔体，气流由送风槽中的气体输送管路和与传送带平行的多排气体喷嘴组成的气流喷射系统(10)送入，经传送带透气网作垂直气流增效，气流与反应产生的气体由排气口排出。
实施例2.合成微量元素氨基酸螯合物(络合物)
1.将蛋氨酸与硫酸亚铁分别粉碎至180目，蛋氨酸与铁离子以1∶1或1∶2摩尔比均匀混合，装入加料槽，调节料厚1cm，传送带铺送物料后，开启气体阀，打开微波开关，同时真空泵吸出反应气体，反应12分钟，传送带将反应产物运至产物槽，即为产物，产品螯合率可达到91％。
2.将甘氨酸与硫酸亚铁分别粉碎至180目，甘氨酸与铁离子以1∶1或1∶2摩尔比均匀混合，装入加料槽，调节料厚1cm，传送带铺送物料后，开启气体阀，打开微波开关，同时真空泵吸出反应气体，反应9分钟，传送带将反应产物运至产物槽，即为产物，产品螯合率可达到92％。
3.将蛋氨酸与硫酸铜分别粉碎至180目，蛋氨酸与铜离子以1∶1或1∶2摩尔比均匀混合，装入加料槽，调节料厚1cm，传送带铺送物料后，开启气体阀，打开微波开关，同时真空泵吸出反应气体，反应9分钟，传送带将反应产物运至产物槽，即为产物，产品螯合率可达到93％。
4.将蛋氨酸与硫酸锌分别粉碎至180目，蛋氨酸与锌离子以1∶1或1∶2摩尔比均匀混合，装入加料槽，调节料厚1cm，传送带铺送物料后，开启气体阀，打开微波开关，同时真空泵吸出反应气体，反应8分钟，传送带将反应产物运至产物槽，即为产物，产品螯合率可达到92％。
实施例3.低聚糖的合成
1.在葡萄糖粉末中，加入15％的水与微量的杂多酸混合均匀，装入加料槽，调节料厚1.8cm，传送带铺送物料后，开启压缩气体阀，打开微波开关，反应12分钟，传送带将反应产物运至产品料槽，冷却粉碎即为产品，低聚糖含量可达到82％。
2.在蔗糖粉末中，加入10％的水与微量杂多酸，混合均匀，装入加料槽，调节料厚1.8cm，传送带铺送物料后，开启气体阀，打开微波开关，同时真空泵吸出反应气体，反应12分钟，传送带将反应产物运至产物槽，冷却粉碎即得到产品，低聚果三糖含量可达到75％。
3.在蔗糖与半乳糖粉末中，加入10％的水与微量杂多酸，混合均匀，装入加料槽，调节料厚1.8cm，传送带铺送物料后，开启气体阀，打开微波开关，同时真空泵吸出反应气体，反应12分钟，传送带将反应产物运至产物槽，冷却粉碎即为产品，低聚果三糖含量可达到75％。
Claims (9)
1.一种气流增效连续微波辐射固相合成反应方法，其特征是在微波能场内，将有机物、无机物、或有机物和无机物的混合物所组成的固-固相反应物料置于传送带上，通入气体，开启微波，对特定的合成反应按指定的时间，以连续或间歇方式作水平机械运动，反应物料在传送带上受连续微波辐射，喷射垂直气流透过传送带网面，使反应物料作辅助非机械运动气流增效，使反应物料进行固相合成反应的方法。
2.用于权利要求1方法的一种气流增效连续微波辐射固相合成反应装置，其特征是包括加料槽(1)，加料槽底部装有加料滚筒(11)，加料槽经加料滚筒与反应腔体(3)的前端相接通，反应腔体上部装有微波源(2)，反应腔体内置一作水平机械运动的传送带(5)，在反应腔体的尾端装有输出微波抑制器(6)，在输出微波抑制器前的反应腔体上部设一排气口(4)，传送带为不吸收微波、密布微孔、耐200℃透气网带构成，传送带边缘与下槽送风槽(12)紧配合，传送带由驱动轮(9)传动，传送带通过输出微波抑制器后出反应腔体，产物槽(7)装在出反应腔体的传送带末端下部，供收集传送带上的反应产物，传送带运动通过清洗槽(8)后，返回经加料滚筒，重新进入反应腔体，气流由送风槽中的气体输送管路和与传送带平行的多排气体喷嘴组成的气流喷射系统(10)送入，经传送带透气网作垂直气流增效，气流与反应产生的气体由排气口排出。
3.根据权利要求2所述的装置，其中的加料滚筒可调节物料厚度，并使反应物料均匀分布于传送带上。
4.根据权利要求2所述的装置，其中的传送带可通过驱动轮调节运动速度，使反应物料在反应腔体内的停留时间可调节。
5.根据权利要求2所述的装置，其中的传送带为密布微孔的聚四氟乙烯或微孔陶瓷网面材料。
6.根据权利要求2所述的装置，其中的气流喷射系统为多排气体喷嘴、平行于传送带下，喷射角度45°到135°可调。
7.根据权利要求2所述的装置，其中的反应腔体设有排气孔，可回收反应气体。
8.根据权利要求2所述的装置，其中的微波源设有1-6个，微波源功率是可调节的。
9、根据权利要求2所述的装置，其中所用的气流使反应物料搅动、悬浮，气体种类包括压缩空气、蒸气、氮气或氩气。
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