專利名稱：利用微波的化學(xué)反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種將微波作為加熱源的化學(xué)反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
微波是電磁波的1種，將頻率為0.3至30GHz、波長(zhǎng)為1cm至1m的范圍領(lǐng)域稱為微波，至今為止使用在雷達(dá)、通信機(jī)器方面。而且，如見(jiàn)于家庭用電子微波爐，作為烹飪器具，廣泛地使用在尤其為食品加工領(lǐng)域及物質(zhì)干燥等。而且，微波是遠(yuǎn)比可見(jiàn)光及紅外線能量弱的電磁波能量，至目前為止的化學(xué)領(lǐng)域中，主要廣泛地使用在磁共振裝置(NMR)等化學(xué)物質(zhì)的分析用途方面。
然而，最近使用微波而進(jìn)行有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)向日漸高漲。這是利用微波的電磁能量被電介質(zhì)(具有電偶極子(electric dipole)的物質(zhì))吸收而損失熱能(介電損失或介電加熱)的現(xiàn)象，特別優(yōu)選應(yīng)用于具有電偶極子的有機(jī)化合物的反應(yīng)。該有機(jī)化合物吸收微波，且由于以分子等級(jí)急速加熱、升溫而明顯地促進(jìn)反應(yīng)。其結(jié)果，在相比于以往的外部加熱法的情況，所需的反應(yīng)時(shí)間大幅度地縮短，可減少能源的耗費(fèi)，而成為擔(dān)任有助于地球環(huán)保的綠色化學(xué)一員的可能性日漸提高。
近來(lái)對(duì)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)用例可列舉如專利文獻(xiàn)1所示聚酯樹(shù)脂的制造、或?qū)＠墨I(xiàn)2所示酞菁藍(lán)的制造等。
然而，這些僅為實(shí)驗(yàn)室的階段，現(xiàn)階段尚未開(kāi)發(fā)出反應(yīng)效率佳、且可在工業(yè)規(guī)模中實(shí)施的微波化學(xué)反應(yīng)裝置。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)2003-292594
專利文獻(xiàn)2特開(kāi)2003-4544發(fā)明內(nèi)容作為以往已知的微波化學(xué)反應(yīng)裝置如專利文獻(xiàn)1以及2所記載的裝置，然而這些僅為實(shí)驗(yàn)的間歇式系統(tǒng)的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，始終并未成為可應(yīng)用于工業(yè)上大量生產(chǎn)的裝置。因此要求開(kāi)發(fā)可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的微波化學(xué)反應(yīng)裝置。
當(dāng)微波照射在反應(yīng)液時(shí)，微波被反應(yīng)液吸收而發(fā)熱。然而，在最開(kāi)始照射到微波的部分因吸收大量微波，使得微波無(wú)法在反應(yīng)液中遠(yuǎn)傳。而且，在大型反應(yīng)容器的情況下，化學(xué)反應(yīng)如為放熱反應(yīng)時(shí)，則難以控制溫度而易使反應(yīng)失控。由此可認(rèn)為如經(jīng)微波照射則難以進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的大量生產(chǎn)。在此，本發(fā)明人考慮為了將微波中的化學(xué)反應(yīng)運(yùn)用在工業(yè)規(guī)模就必須開(kāi)發(fā)反應(yīng)溫度控制系統(tǒng)，經(jīng)各種研究的結(jié)果，除了根據(jù)反應(yīng)溶液的溫度邊控制輸出功率而照射微波之外，同時(shí)進(jìn)行外部強(qiáng)制冷卻，亦即，發(fā)現(xiàn)通過(guò)同時(shí)進(jìn)行微波的強(qiáng)制加熱與強(qiáng)制冷卻并進(jìn)行反應(yīng)，可精密地控制反應(yīng)溫度，從而完成本發(fā)明，如依照本發(fā)明，并不會(huì)引起如置于以往的化學(xué)反應(yīng)裝置中產(chǎn)生的反應(yīng)溶液溫度的上下波浪式的擺動(dòng)現(xiàn)象，而可精密地控制反應(yīng)溫度。更具體而言，除了將微波照射窗設(shè)于反應(yīng)容器中使得可以直接照射在反應(yīng)容器內(nèi)以外，并且具備原料供給口和有別于原料供給口的可取出另外的反應(yīng)產(chǎn)物的取出口，還可以連續(xù)反應(yīng)，另外，除了連續(xù)測(cè)定反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)物的溫度，根據(jù)其與該目標(biāo)設(shè)定溫度的偏差自動(dòng)控制微波的輸出功率，同時(shí)設(shè)置于該容器的外側(cè)可強(qiáng)制冷卻的裝置，例如設(shè)置可將液體介質(zhì)等強(qiáng)制循環(huán)的外殼等，使反應(yīng)容器可由外部強(qiáng)制冷卻，即使在高溫的放熱反應(yīng)等之中，通過(guò)可將反應(yīng)物的溫度精密地自動(dòng)維持在預(yù)定溫度之內(nèi)，例如預(yù)定溫度的±3℃、優(yōu)選±2℃、更優(yōu)選±1℃以內(nèi)，而可連續(xù)反應(yīng)，利用比較小型的反應(yīng)容器，例如以有效內(nèi)裝容量約0.5至約5升，優(yōu)選為約1至約3升的反應(yīng)器亦可作為大量生產(chǎn)的系統(tǒng)。
亦即，本發(fā)明是有關(guān)1.一種微波化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征在于，具有可根據(jù)反應(yīng)溶液的溫度控制輸出功率而照射微波的反應(yīng)溶液的加熱裝置，以及可從外部強(qiáng)制冷卻該反應(yīng)溶液的裝置，而可進(jìn)行反應(yīng)溫度的精密控制；2.如上述2所記載的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征在于，用液體介質(zhì)來(lái)進(jìn)行外部強(qiáng)制冷卻；3.如上述1或2所記載的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，包括(1)化學(xué)反應(yīng)容器，具備可投入原料的原料供給口、有別于原料供給口而設(shè)置的可取出反應(yīng)產(chǎn)物的取出口、為使連續(xù)測(cè)定反應(yīng)液的溫度且能以該測(cè)定的溫度作為信號(hào)傳送到微波輸出功率控制裝置而連接的溫度測(cè)定裝置、可攪拌容器內(nèi)的反應(yīng)物的攪拌裝置、可將微波照射至反應(yīng)容器內(nèi)的微波照射窗以及可從外部進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的裝置；以及(2)微波發(fā)生裝置，具備與上述溫度測(cè)定裝置連接且依據(jù)該測(cè)定裝置所連續(xù)測(cè)定的溫度與目標(biāo)設(shè)定溫度的偏差控制微波的輸出功率以使反應(yīng)溫度成為預(yù)先設(shè)定的溫度的微波輸出功率控制裝置、以及為使微波可照射至化學(xué)反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)液而將微波導(dǎo)入至上述微波照射窗的微波導(dǎo)波路；4.如上述1至3所記載的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，其中，化學(xué)反應(yīng)容器具備第1原料供給口、及有別于第1原料供給口的第2原料供給口、以及預(yù)備容器，且將該預(yù)備容器連接至原料供給口以使在該預(yù)備容器預(yù)備處理過(guò)的原料可供給至該反應(yīng)容器內(nèi)；5.如上述3或4所記載的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，其中，將取出口與上述3所記載之外的其它微波化學(xué)反應(yīng)容器的原料供給口連接，而且，根據(jù)需要，以同樣方式連接多個(gè)微波化學(xué)反應(yīng)裝置；6.如上述1至5所記載的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征在于，化學(xué)反應(yīng)容器具備強(qiáng)制循環(huán)可對(duì)該容器進(jìn)行加熱、保溫以及冷卻的液體介質(zhì)的裝置；7.如上述1至6所記載的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征在于，是使微波可相對(duì)于反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)液的液面斜向照射；8.一種利用微波的化學(xué)反應(yīng)方法，其特征在于，在外部對(duì)化學(xué)反應(yīng)容器進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，同時(shí)根據(jù)反應(yīng)液溫，控制輸出功率而照射微波使反應(yīng)液溫度成為預(yù)定溫度，以將反應(yīng)溶液的溫度正確地維持在預(yù)定溫度而進(jìn)行反應(yīng)。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，并不會(huì)引起如以往化學(xué)反應(yīng)裝置中反應(yīng)溶液的溫度上下波浪式的擺動(dòng)現(xiàn)象，而可精密控制反應(yīng)溫度，并以較小型的反應(yīng)裝置便可有效地進(jìn)行反應(yīng)，而且由于不僅可以間歇式，還可連續(xù)化進(jìn)行，因此，即使為小型裝置也能以工業(yè)規(guī)模進(jìn)行生產(chǎn)。


圖1是表示本發(fā)明的微波化學(xué)反應(yīng)裝置的一例，最先的反應(yīng)容器具有預(yù)備容器(溶解或熔融槽)，且連接3個(gè)微波化學(xué)反應(yīng)裝置單元，以使之可進(jìn)行3階段的連續(xù)反應(yīng)。
圖2是作為預(yù)備容器的一例構(gòu)造。
圖3是表示本發(fā)明的微波化學(xué)反應(yīng)裝置單元的一例構(gòu)造。
圖4是表示微波輸出功率變化與反應(yīng)溶液溫度的控制狀態(tài)。
圖5是表示使微波斜照的本發(fā)明微波化學(xué)反應(yīng)裝置單元的一例構(gòu)造。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明A 預(yù)備容器(溶解或熔融槽)B、C、D微波化學(xué)反應(yīng)裝置的單元1，13 原料供給口(置入孔)2、14 溶劑蒸氣凝縮用的冷凝器3、15 溫度傳感器插入用噴嘴4、16 惰性氣體導(dǎo)入用噴嘴5 預(yù)備處理原料的取出口或噴嘴6 定量泵7、18 可變速(旋轉(zhuǎn)數(shù))馬達(dá)
8、20 攪拌葉片9、26 使熱媒或冷煤流通的外殼10、27加熱器11、28泵12、29冷熱媒循環(huán)裝置17取出口19旋轉(zhuǎn)軸21、22連接管23微波導(dǎo)波路管24微波照射窗25微波發(fā)生器4-1 反應(yīng)溶液溫度變化4-2 微波輸出功率變化具體實(shí)施方式
以下，更詳細(xì)說(shuō)明有關(guān)本發(fā)明的微波化學(xué)反應(yīng)裝置。
本發(fā)明的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征在于，具有可根據(jù)反應(yīng)溶液的溫度控制輸出功率而照射微波的反應(yīng)溶液的加熱裝置，以及可從外部強(qiáng)制冷卻反應(yīng)溶液的裝置，從而可精密控制反應(yīng)溫度，且只要兩裝置能同時(shí)進(jìn)行，對(duì)于該裝置并無(wú)特別限制。
作為可根據(jù)反應(yīng)溶液的溫度控制輸出功率而照射微波的反應(yīng)溶液加熱裝置，可列舉例如包含微波發(fā)生裝置以及使該微波發(fā)生裝置所產(chǎn)生的微波可照射至反應(yīng)液的導(dǎo)波路的裝置，其中微波發(fā)生裝置是具備連續(xù)測(cè)定反應(yīng)液的溫度且能以該測(cè)定的溫度作為信號(hào)傳送到微波輸出功率控制裝置而連接的溫度測(cè)定裝置、及與上述溫度測(cè)定裝置連接且根據(jù)該測(cè)定裝置所連續(xù)測(cè)定的溫度與目標(biāo)設(shè)定的溫度偏差來(lái)控制微波的輸出功率，以使反應(yīng)溫度成為預(yù)先設(shè)定的溫度的微波輸出功率控制裝置。另外，根據(jù)情況，在無(wú)導(dǎo)波路的情況下，亦可由微波發(fā)生裝置直接照射反應(yīng)液。
而且，作為可從外部強(qiáng)制冷卻反應(yīng)溶液的裝置，可列舉例如包覆反應(yīng)容器周圍的容器，如在外殼(jacket)及冷卻蛇管(coil)等中使熱傳導(dǎo)介質(zhì)如液態(tài)的熱傳導(dǎo)介質(zhì)強(qiáng)制循環(huán)等的裝置?？赏獠繌?qiáng)制冷卻的裝置優(yōu)選具有冷卻能力為化學(xué)反應(yīng)容器內(nèi)該化學(xué)反應(yīng)的最大發(fā)熱量以上的冷卻能力者。通過(guò)一邊同時(shí)進(jìn)行以該化學(xué)反應(yīng)的最大發(fā)熱量以上的能力進(jìn)行外部強(qiáng)制冷卻，以及控制輸出功率以使反應(yīng)溫度成為設(shè)定的溫度進(jìn)行微波照射加熱，通過(guò)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，便可將反應(yīng)液的溫度正確地維持在預(yù)定溫度而進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。亦即，通過(guò)一邊不斷進(jìn)行反應(yīng)發(fā)熱量以上的強(qiáng)制冷卻，一邊以照射微波補(bǔ)充不足的熱量，這種以冷卻優(yōu)先方式進(jìn)行強(qiáng)制冷卻同時(shí)以微波直接加熱分子，便可進(jìn)行以往所未有的反應(yīng)溫度的精密控制。而且，本發(fā)明中所謂的外部強(qiáng)制冷卻用語(yǔ)是指，通過(guò)熱傳導(dǎo)介質(zhì)(例如冷媒，且優(yōu)選液態(tài)冷媒)等而進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。
更具體的一例，可列舉如上述所記載的包括以下(1)及(2)的微波化學(xué)反應(yīng)裝置。
(1)化學(xué)反應(yīng)容器，具備可投入原料的原料供給口、有別于原料供給口而設(shè)置的可取出反應(yīng)產(chǎn)物的取出口、連續(xù)測(cè)定反應(yīng)液的溫度且為使可依該測(cè)定的溫度作為信號(hào)傳送到微波輸出功率控制裝置而連接的溫度測(cè)定裝置、可攪拌容器內(nèi)的反應(yīng)物的攪拌裝置、可將微波照射至反應(yīng)容器內(nèi)的微波照射窗以及可從外部進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的裝置；以及(2)微波發(fā)生裝置，具備與上述溫度測(cè)定裝置連接且根據(jù)該測(cè)定裝置所連續(xù)測(cè)定的溫度與目標(biāo)設(shè)定溫度的偏差來(lái)控制微波的輸出功率，以使反應(yīng)溫度成為預(yù)先設(shè)定的溫度的微波輸出功率控制裝置、以及為使微波可照射至化學(xué)反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)液將微波導(dǎo)入至上述微波照射窗的微波導(dǎo)波路。
以下更具體說(shuō)明上述裝置。以下的說(shuō)明僅說(shuō)明一具體例，本發(fā)明并不限定于此。
如為達(dá)成該目的而將原料供給口、反應(yīng)液取出口設(shè)置于反應(yīng)容器時(shí)，對(duì)于位置以及數(shù)量并無(wú)特別限制，如有需要，原料供給口以及反應(yīng)液取出口可為多個(gè)。
原料供給口雖可僅有一個(gè)，然而，如考慮到與預(yù)備容器如原料溶解容器的連接或連續(xù)反應(yīng)時(shí)，作為一種優(yōu)選的形態(tài)是優(yōu)選含有2個(gè)供給口，即，可在反應(yīng)容器中投入最初的原料的第1原料供給口(亦稱為置入孔)、以及可由預(yù)備容器或其它的反應(yīng)容器供給原料或反應(yīng)溶液的第2原料供給口的。如欲將復(fù)數(shù)的原料化合物連續(xù)地供給直接反應(yīng)容器時(shí)，可裝設(shè)多個(gè)第2原料供給口。一般的原料供給口可設(shè)在反應(yīng)容器的上部或側(cè)部的上側(cè)。如具有第1以及第2二個(gè)原料供給口的情況，該設(shè)置處只要能達(dá)成目的即可，而無(wú)特別限定，但優(yōu)選將第1原料供給口設(shè)置在反應(yīng)容器的上部，將第2原料供給口設(shè)置在反應(yīng)容器的上部或側(cè)部的任何位置。為了以溢流方式使用而將多個(gè)反應(yīng)器連接的情況時(shí)，則優(yōu)選設(shè)置在側(cè)部的上側(cè)。并且，設(shè)于側(cè)部時(shí)，設(shè)置于側(cè)面以直角或側(cè)部圓周的切線方向等的任一種均可，但從所供給原料的混合效率等方面而言，優(yōu)選側(cè)部圓周的切線方向。
在單獨(dú)使用反應(yīng)容器時(shí)，或者經(jīng)復(fù)數(shù)連接而進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)時(shí)的最后反應(yīng)容器中，反應(yīng)液的取出口只要是能取出反應(yīng)溶液的任何取出口均可，但如為以復(fù)數(shù)連接使用時(shí)的最后反應(yīng)容器以外的反應(yīng)容器的情況時(shí)，為使除了可取出反應(yīng)液以外，同時(shí)可提供作為下面的反應(yīng)容器的原料，而優(yōu)選可連接下面的反應(yīng)容器的原料供給口。通常優(yōu)選設(shè)于反應(yīng)容器的上部或側(cè)部。并且，如考慮以連續(xù)式使用時(shí)，則優(yōu)選離原料供給口有有些距離，例如如在單方的側(cè)部圓周的切線方向設(shè)有供給口時(shí)，而優(yōu)選設(shè)于與其對(duì)面方向側(cè)的側(cè)部圓周的切線方向。另外，在側(cè)部圓周的切線方向設(shè)有供給口或取出口是指，將這些口設(shè)置成為橫向的橢圓形，并將所供給的原料沿反應(yīng)容器內(nèi)的圓周的切線方向排出。
連續(xù)測(cè)定反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)液溫度，作為將該測(cè)定的溫度作為信號(hào)使之能傳達(dá)到微波的輸出功率控制裝置所連接的溫度測(cè)定裝置，只要是可測(cè)定反應(yīng)液的溫度，并可將此以電等信號(hào)傳送到輸出功率控制裝置并無(wú)特別限制，可使用紅外線放射溫度計(jì)、光纖溫度計(jì)或熱電偶溫度計(jì)等的溫度計(jì)。本發(fā)明中，優(yōu)選可直接測(cè)定反應(yīng)液溫度的熱電偶溫度計(jì)或光纖溫度計(jì)等。即使出現(xiàn)熱電偶溫度計(jì)等受微波影響的材料，若反應(yīng)液對(duì)微波具有充分的吸收性時(shí)，便可使用熱電偶溫度計(jì)。
作為可攪拌容器內(nèi)的反應(yīng)物的攪拌裝置，一般化學(xué)反應(yīng)裝置所使用的攪拌器均可使用，即使微波的照射僅為單向，而為了使反應(yīng)液的溫度盡量平均，盡量?jī)?yōu)選效率優(yōu)異的攪拌器。通常優(yōu)選具有引起渦流的螺旋槳式或葉輪式攪拌葉片者。攪拌可為任意的攪拌，使反應(yīng)液的溫度均勻且宜為旋轉(zhuǎn)順暢者為佳，尤其，優(yōu)選反應(yīng)液的攪拌渦在圓周方向中對(duì)于原料供給口成為逆流方向、在深度方向成為卷入方向的攪拌。該攪拌器只要安裝在反應(yīng)器中可有效率地?cái)嚢璺磻?yīng)液即可，可任意裝設(shè)。通常是設(shè)置于反應(yīng)容器的上部中心附近。
可使微波照射在反應(yīng)容器內(nèi)的微波照射窗，只要在反應(yīng)液中可照射微波即可。其大小尺寸以及位置可依微波的波長(zhǎng)以及輸出功率等而適當(dāng)決定。而且，照射窗可依需要為多個(gè)。通常裝設(shè)在反應(yīng)容器的側(cè)面或上部等。當(dāng)微波照射窗設(shè)在反應(yīng)液沾濕部分時(shí)，需要用不吸收微波的微波穿透性材料裝設(shè)窗，并加以密封而使反應(yīng)液不滲出。作為微波穿透性材料，可列舉如石英玻璃板或PTFE(聚四氟乙烯)等。密封材料優(yōu)選耐高溫者，可列舉如PTFE、石英棉等密封包裝(glandpacking)等。
當(dāng)微波照射窗裝設(shè)于反應(yīng)容器上部時(shí)，雖并不一定需要密封，但優(yōu)選微波穿透性材料隔開(kāi)反應(yīng)容器與導(dǎo)波路管的間隙。微波對(duì)反應(yīng)液可由任意方向照射，優(yōu)選從反應(yīng)液的液面上方斜照液面。優(yōu)選的照射角雖依反應(yīng)液的種類等的不同而無(wú)法一概而論，但通常以由垂直液面的線的角度為約10°至約85°，優(yōu)選約20°至約80°，更優(yōu)選約30°至約70°，最優(yōu)選約40°至約65°，因此，連接照射窗的導(dǎo)波路管優(yōu)選能使微波以上述的角度照射液面而連接者。
本發(fā)明中的微波化學(xué)反應(yīng)容器除了上述之外，優(yōu)選具有連接第2原料供給口的預(yù)備容器。該預(yù)備容器是使反應(yīng)容器中的反應(yīng)能順利進(jìn)行，而將原料施予預(yù)備處理的情況下，因?qū)⒃瞎┙o反應(yīng)容器，當(dāng)連續(xù)反應(yīng)時(shí)，優(yōu)選可將原料由該預(yù)備容器持續(xù)地供給反應(yīng)容器。預(yù)備的處理雖無(wú)特別限定，而一般可列舉如溶解、混合、加熱、熔融以及除氣等的處理。該預(yù)備容器具備一般原料供給口、以及連接上述反應(yīng)容器的原料供給口，可提供經(jīng)預(yù)備處理原料的預(yù)備處理原料取出口，尤其，可依需要具備該預(yù)備處理的必要裝置，例如反應(yīng)時(shí)有必要熔融時(shí)，具備可使原料熔融的加熱裝置或依照情況也可以具備冷卻裝置以及依需要的攪拌裝置等必要裝置。
作為加熱裝置只要達(dá)到其目的即可，而無(wú)特別限制?？闪信e如經(jīng)熱媒加熱套等的外部加熱裝置或/及經(jīng)微波照射的直接加熱裝置等。
并且，根據(jù)其它、反應(yīng)等，如有必要，亦可具備溶劑蒸氣凝結(jié)用冷凝器、容器內(nèi)溫度檢測(cè)用裝置、惰性氣導(dǎo)入用噴嘴與氣體等的排放口、以及用以順暢地將適當(dāng)且適量(例如持續(xù)的定量或必要時(shí)每次的需要量)的預(yù)備處理原料供給上述反應(yīng)容器的送液泵等。作為送液泵可列舉如定量性高且可在高溫中使用的齒輪泵或莫諾泵(moineau pump)。
例如在溶劑存在下進(jìn)行加熱處理時(shí)，優(yōu)選具備溶劑蒸氣凝結(jié)用冷凝器等。并且，在進(jìn)行熔融處理時(shí)，優(yōu)選具備容器內(nèi)溫度檢測(cè)用裝置。又，在預(yù)備處理中，如在無(wú)氧氣狀態(tài)下的處理的情況下，優(yōu)選為具備惰性氣體導(dǎo)入用噴嘴可使容器內(nèi)取代為惰性氣體。
本發(fā)明中的微波化學(xué)反應(yīng)容器，其材質(zhì)等只要不妨礙所使用的反應(yīng)即可，并無(wú)其它限制。通常，作為優(yōu)選的反應(yīng)容器的材質(zhì)可列舉如具耐熱性、耐蝕性的高強(qiáng)度不銹鋼、聚四氟乙烯、石英。
并且，優(yōu)選具有可加熱、保溫以及冷卻的外殼。該外殼優(yōu)選可以經(jīng)強(qiáng)制循環(huán)可能的液態(tài)介質(zhì)而加熱、保溫以及冷卻者。該液態(tài)介質(zhì)并無(wú)特別限定，只要能做為熱傳導(dǎo)介質(zhì)者均可使用。而該液體必須為當(dāng)需要以微波高溫加熱時(shí)，即使在該溫度中亦可保持液體形態(tài)者。通常，可加熱至250℃左右的液態(tài)介質(zhì)，一般優(yōu)選油類，可列舉如松村石油股份有限公司制造的BARREL THERM(商品名)類、綜研化學(xué)股份有限公司制造的KSKoil(商品名)類、四乙二醇等的聚亞烷基二醇、尤其為硅酮油類等。該外殼通常優(yōu)選包覆反應(yīng)容器中至反應(yīng)液的高度的側(cè)面以及底部者。外殼內(nèi)的液態(tài)介質(zhì)優(yōu)選直接接觸反應(yīng)容器的外側(cè)使之能直接進(jìn)行對(duì)反應(yīng)容器的熱傳導(dǎo)者。例如高溫反應(yīng)中，該外殼的主要作用通常為反應(yīng)開(kāi)始時(shí)的加熱與放熱反應(yīng)進(jìn)行時(shí)的冷卻。經(jīng)由裝設(shè)該外殼，而可預(yù)防放熱反應(yīng)的失控，安全的進(jìn)行反應(yīng)。并且，在放熱反應(yīng)等的情況，由于除熱的同時(shí)進(jìn)行微波加熱，會(huì)增加熱點(diǎn)而可引發(fā)出微波效果。
本發(fā)明中的微波化學(xué)反應(yīng)容器亦可因需要而適宜的具備其它一般工業(yè)用化學(xué)反應(yīng)容器所具有的溶劑蒸氣凝結(jié)用冷凝器、惰性氣體導(dǎo)入用噴嘴、氣體排出口、以及反應(yīng)液取出口等。
本發(fā)明中所使用的微波發(fā)生裝置只要為工業(yè)上所使用者即可，而別無(wú)特別限制，但是必須具備根據(jù)上述溫度測(cè)定裝置所測(cè)定的溫度與目標(biāo)設(shè)定溫度的偏差來(lái)控制微波輸出功率使之能成為預(yù)設(shè)溫度的微波輸出功率控制裝置以及將微波導(dǎo)入化學(xué)反應(yīng)的照射窗的微波導(dǎo)波路。
微波發(fā)生裝置的最大輸出功率并無(wú)特別限制，雖以功率越大者越能具有更大空間進(jìn)行反應(yīng)而方便，但由成本的經(jīng)濟(jì)性觀點(diǎn)而言，是以依據(jù)反應(yīng)槽的大小、反應(yīng)溫度等而可以使用適當(dāng)?shù)淖畲筝敵龉β收邽榧?。例如有效容量為約0.5至約5升時(shí)，微波發(fā)生裝置的功率為約500至約10000W，優(yōu)選為約1000至約5000W。
為能成為預(yù)設(shè)溫度，作為控制微波的輸出功率的微波輸出功率控制裝置的優(yōu)選的一例列舉如經(jīng)自動(dòng)控制方式的PID(比例-積分-微分)運(yùn)算的功率控制。亦即，是如將來(lái)自溫度測(cè)定裝置所接受的模擬信號(hào)編入溫度控制器(調(diào)溫器)而轉(zhuǎn)換為數(shù)字后，將對(duì)設(shè)定溫度的偏差經(jīng)PID(比例-積分-微分)運(yùn)算，而調(diào)整微波輸出功率者。在如此的微波輸出功率控制方式中，能更精密、細(xì)致地控制微波震動(dòng)能。由此，與以往來(lái)自外部的熱傳導(dǎo)加熱方法相比，溫度控制中的過(guò)沖(overshoot)變小、設(shè)置時(shí)間變短、而能以設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的偏差幅度的最小值運(yùn)作。作為其它的功率控制手段可列舉如開(kāi)-關(guān)控制、比例控制或模糊控制等。
微波導(dǎo)波路使用不致使微波泄漏于外部的材料(例如不銹鋼制、鋁制、黃銅制等)即可，可以使用以往公知的導(dǎo)波路。
如依照本發(fā)明的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，將原料溶解而將經(jīng)微波加熱的反應(yīng)所到達(dá)的程度設(shè)定為多段，例如設(shè)定第一階段微波反應(yīng)容器、第二階段微波反應(yīng)容器、第三階段微波反應(yīng)容器，能以連續(xù)式(串聯(lián)型cascade type)進(jìn)行完成反應(yīng)，可使有機(jī)合成化學(xué)反應(yīng)連續(xù)化。
而且，經(jīng)本反應(yīng)裝置的微波加熱是通過(guò)直接照射原料化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行分子等級(jí)加熱，因此可敏銳地控制加熱溫度。亦即，由于可自由地控制微波照射能，因此可瞬間控制加溫操作。
尤其，與以往的熱媒等來(lái)自外部的熱傳導(dǎo)加熱法相比，由于達(dá)到預(yù)定溫度的加熱時(shí)間、冷卻時(shí)間極短，而可在真正所需時(shí)間下運(yùn)作，因此可避免多余的加熱狀態(tài)，可控制副反應(yīng)等。
而且，經(jīng)本反應(yīng)容器的微波加熱是通過(guò)直接照射原料化學(xué)物質(zhì)以分子等級(jí)加熱，而可以提供無(wú)溶劑反應(yīng)。
并且，化學(xué)反應(yīng)的種類可以是(1)重排反應(yīng)、(2)取代反應(yīng)、(3)加成反應(yīng)、(4)成環(huán)反應(yīng)、(5)還原反應(yīng)、(6)氧化反應(yīng)、(7)消旋反應(yīng)、(8)開(kāi)裂反應(yīng)以及脫保護(hù)反應(yīng)、(9)酯化反應(yīng)、(10)合成樹(shù)脂的改性反應(yīng)等，并無(wú)特別限定而可適用各種化學(xué)反應(yīng)。
接著，更進(jìn)一步具體說(shuō)明有關(guān)本發(fā)明中的一種優(yōu)選形態(tài)。
在本發(fā)明的優(yōu)選的一種形態(tài)中，作為預(yù)備容器可列舉如備有原料混合、溶解或熔融槽的情況。為向上述反應(yīng)容器中連續(xù)供給反應(yīng)原料的準(zhǔn)備預(yù)備容器，是將原料均勻地混合溶解或熔融，優(yōu)選能以液體狀供給上述反應(yīng)容器者。該準(zhǔn)備預(yù)備容器是為了將反應(yīng)原料加熱而優(yōu)選設(shè)置加熱裝置、例如經(jīng)熱媒等的外部加熱裝置(裝設(shè)外殼，在外殼中使熱媒循環(huán)者等)與經(jīng)微波的直接加熱裝置的兩者或其中的一者。尤其，因反應(yīng)原料的溶解或熔融包括在無(wú)溶劑下進(jìn)行的情況與通過(guò)適當(dāng)?shù)娜軇┒M(jìn)行的情況，因此在該準(zhǔn)備預(yù)備容器中亦可裝設(shè)溶劑蒸氣凝結(jié)用冷凝器。其它，可根據(jù)需要作適當(dāng)選擇，如槽內(nèi)溫度檢測(cè)用溫度計(jì)插入噴嘴、惰性氣體導(dǎo)入用噴嘴、用以將液化的反應(yīng)原料以連續(xù)、且定量地供給下面的微波反應(yīng)器的噴嘴以及送液泵等，或優(yōu)選全部設(shè)置。
本發(fā)明的微波化學(xué)反應(yīng)裝置亦可單獨(dú)使用，而一般最好與預(yù)備容器連接使用。
本發(fā)明中所使用的化學(xué)反應(yīng)容器是由上述預(yù)備容器，例如將連續(xù)定量所供給的液化反應(yīng)原料通過(guò)連接管由反應(yīng)容器的原料供給口接收。所供給的原料經(jīng)微波照射而進(jìn)行所期待的化學(xué)反應(yīng)后，反應(yīng)產(chǎn)物則經(jīng)取出口連續(xù)取出。在進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)時(shí)，該取出的反應(yīng)產(chǎn)物由于更進(jìn)一步進(jìn)行反應(yīng)，而供給下面的反應(yīng)容器。該轉(zhuǎn)化方法雖無(wú)特別限定，但優(yōu)選的一例方法是在最初的反應(yīng)容器的取出口通過(guò)安裝連接管而以溢流的形態(tài)排出的方法。在優(yōu)選的形態(tài)中，原料供給口與取出口的連接管是在各自反應(yīng)容器內(nèi)面圓周的切線方向、且在水平方向與反應(yīng)器以開(kāi)口狀連接。
在反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)容器內(nèi)的原料供給口與反應(yīng)液取出口在反應(yīng)容器內(nèi)，于包括攪拌的三元立體空間中，優(yōu)選裝設(shè)在最能隔離的部位。因此，原料供給口與反應(yīng)液取出口在反應(yīng)容器的內(nèi)面、圓周的切線方向且平行位置上呈開(kāi)口狀。經(jīng)此裝設(shè)，使攪拌相對(duì)原料供給口的逆向進(jìn)行攪拌，經(jīng)原料供給口而流入反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)原料而相對(duì)攪拌逆流方向排出，且經(jīng)由朝深度方向的漩渦而在反應(yīng)容器內(nèi)混合擴(kuò)散，經(jīng)一定的滯留時(shí)間后，以溢流的形態(tài)由反應(yīng)液取出口流出。因此，便可抑制經(jīng)原料供給口流入的未反應(yīng)原料通過(guò)短傳(short pass)而由反應(yīng)液取出口直接流出。
該反應(yīng)容器內(nèi)的攪拌是優(yōu)選反應(yīng)液的攪拌漩渦在圓周方向中對(duì)于原料供給口連接管噴嘴的逆流方向、在深度方向?yàn)榫砣敕较?，而作為攪拌葉片的形態(tài)優(yōu)選引起渦流的螺旋槳式或葉輪式攪拌葉片。
作為該反應(yīng)容器的加熱源是將以微波發(fā)生器所產(chǎn)生的微波經(jīng)導(dǎo)波路管，例如通過(guò)設(shè)于反應(yīng)容器本體的照射窗、或設(shè)于頂面的照射窗優(yōu)選以液面上部斜著直接照射，反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)原料，該原料是以分子等級(jí)加熱使反應(yīng)體系整體升溫。照射能的控制是與反應(yīng)液溫度相關(guān)，同時(shí)以PID控制而可照射微妙的微波，并可正確的控制為所設(shè)定的溫度。
另一方面，利用微波照射的化學(xué)反應(yīng)雖在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，但當(dāng)所選擇的化學(xué)反應(yīng)為發(fā)熱反應(yīng)時(shí)，即使關(guān)閉微波照射，經(jīng)自行發(fā)熱而自然地進(jìn)行反應(yīng)，最槽的情況下亦有因反應(yīng)失控而引發(fā)的危險(xiǎn)性，在達(dá)到危險(xiǎn)區(qū)域前有必要進(jìn)行冷卻。因此，該反應(yīng)容器優(yōu)選裝設(shè)可將液體介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)的外殼以使其可以冷卻。將經(jīng)設(shè)于外部的冷媒循環(huán)裝置所設(shè)定溫度的冷媒送液至反應(yīng)容器的外殼，經(jīng)來(lái)自外殼的熱傳導(dǎo)冷卻，便可在安全溫度范圍中進(jìn)行微波反應(yīng)。經(jīng)由如此操作，即使在發(fā)熱反應(yīng)的情況可將與設(shè)定溫度的溫差控制在±3℃以內(nèi)，優(yōu)選2℃以內(nèi)，更優(yōu)選1℃以內(nèi)。
而且，經(jīng)此微波的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)有在無(wú)溶劑下進(jìn)行和介有適宜溶劑的情形，因此，在該微波反應(yīng)器中亦可附設(shè)溶劑蒸氣凝結(jié)用冷凝器。
該微波反應(yīng)槽為一個(gè)單元，而相應(yīng)于所選擇實(shí)施的化學(xué)反應(yīng)便可使用單一單元或連接多個(gè)單元。
各單元中反應(yīng)容器的容量可相同亦可不同。
以下是依據(jù)圖所表示的實(shí)施例而加以說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1圖1是本發(fā)明的反應(yīng)裝置的一例，是具有預(yù)備容器，且能進(jìn)行3階段連續(xù)反應(yīng)的微波化學(xué)反應(yīng)裝置的概念圖。
該反應(yīng)裝置的構(gòu)成包括用以將反應(yīng)原料(以下在方便上亦稱為反應(yīng)底物)混合、加熱溶解或熔融的預(yù)備容器(以下在方便上稱為原料溶解槽)(A)、及進(jìn)行第一階段反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)容器(以下在方便上稱為微波反應(yīng)槽)(B)、及接下來(lái)作為第二階段承接進(jìn)行大部分反應(yīng)的微波反應(yīng)槽(C)、以及更進(jìn)一步進(jìn)行第三階段的結(jié)束反應(yīng)的微波反應(yīng)槽(D)。
以下，說(shuō)明將4，4’-二烯丙氧基二苯砜(簡(jiǎn)稱AOPS)經(jīng)Claisen重排反應(yīng)制造3，3’-二烯丙氧基-4，4’-二羥基二苯砜(簡(jiǎn)稱AHPS)時(shí)的一例。
反應(yīng)底物(AOPS)在原料溶解槽(A)中經(jīng)加熱熔融，經(jīng)由定量泵以定量、且連續(xù)地流入第一階段的微波反應(yīng)槽(B)。
在第一階段的微波反應(yīng)槽(B)中，反應(yīng)底物(AOPS)經(jīng)微波照射而加熱、升溫，經(jīng)由維持第一階段反應(yīng)溫度(例如240℃)，反應(yīng)進(jìn)行至整體的約20至約50％，優(yōu)選約達(dá)40％之后，經(jīng)溢流而流入第二階段的微波反應(yīng)槽(C)。
流入第二階段的微波反應(yīng)槽(C)的反應(yīng)底物(AOPS)進(jìn)一步經(jīng)微波照射而加熱、升溫，經(jīng)由維持第二階段的反應(yīng)溫度(例如250℃)而使反應(yīng)活躍，在進(jìn)行至全體的約65至約95％，優(yōu)選至90％之后，經(jīng)溢流而流入第三階段的微波反應(yīng)槽(D)。
反應(yīng)底物含有流入第三階段的微波反應(yīng)槽(D)的未反應(yīng)AOPS為35％至5％，優(yōu)選約為10％，同樣地經(jīng)微波照射而加熱、升溫、經(jīng)由維持第三階段的反應(yīng)溫度(例如260℃)而使反應(yīng)達(dá)到幾乎100％而結(jié)束，并形成反應(yīng)產(chǎn)物(AHPS)，經(jīng)溢流而以定量且連續(xù)地將其排出該反應(yīng)槽外。
本發(fā)明的反應(yīng)裝置經(jīng)由例如有效容量1.5升左右的反應(yīng)槽，而由AOPS制造目的物的AHPS例如約1至約2kg所需時(shí)間約為10分鐘左右。
圖2是表示上述原料溶解槽(A)的構(gòu)造。
原料溶解槽(A)是由高強(qiáng)度的不銹鋼或耐蝕性材料所制造的耐熱耐蝕性容器所成，在上部裝設(shè)原料供給口(亦稱為置入孔)(1)、溶劑蒸氣凝結(jié)用的冷凝器(2)、溫度傳感器插入用噴嘴(3)、以及惰性氣體導(dǎo)入用噴嘴(4)，在下部裝設(shè)可將經(jīng)溶解等預(yù)備處理后的反應(yīng)底物連續(xù)、且定量取出噴嘴(預(yù)備處理原料的取出口)(5)以及定量泵(6)。
由該噴嘴(5)的定量泵(6)、連接管(21)的管線為了不使送液的原料凝固結(jié)晶化，則裝設(shè)例如能以電熱帶等加溫、保溫的組合。而且，并在容器內(nèi)部中設(shè)有可改變旋轉(zhuǎn)數(shù)的馬達(dá)(可變轉(zhuǎn)數(shù)馬達(dá))(7)以及通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸使之驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片(8)。更裝設(shè)使熱媒或冷媒由容器本體部向下部的外周流通的外殼(9)，在該外殼(9)中連接設(shè)有加熱器(10)以及泵(11)等的冷熱媒循環(huán)裝置，由該冷熱媒循環(huán)裝置(12)而使溫度受控的熱、冷媒向外殼(9)循環(huán)流通。
圖3是表示微波反應(yīng)槽(B、C、D通用)的構(gòu)造。上述微波反應(yīng)槽(B、C、D通用)是由高強(qiáng)度的不銹鋼或耐蝕性材料所制造的耐熱耐蝕性容器(B、C、D)所成，在上部裝設(shè)置入孔(13)、溶劑蒸氣凝縮用冷凝器(14)、溫度傳感器插入用噴嘴(15)、惰性氣體導(dǎo)入用噴嘴(16)，而在下部裝設(shè)緊急時(shí)、或替換清洗時(shí)取出反應(yīng)底物的噴嘴(取出口)(17)。
在內(nèi)部中，設(shè)有通過(guò)可變轉(zhuǎn)數(shù)的馬達(dá)(18)以及旋轉(zhuǎn)軸(19)而可驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片(20)。
在容器中央部中，互為對(duì)象的位置上設(shè)有為了收容來(lái)自原料溶解槽(A)的原料底物的連接管(21)與來(lái)自該微波反應(yīng)槽(B、C、D)的反應(yīng)液經(jīng)溢流而流入下一個(gè)反應(yīng)槽的連接管(22)。
更在容器的上部、或本體部中設(shè)有用以將微波直接照射容器內(nèi)的反應(yīng)底物的微波導(dǎo)波路管(23)。
導(dǎo)波路管(23)的前端是連接設(shè)在容器的上部或本體部的微波照射窗(24)，照射窗(24)如在與容器內(nèi)部的反應(yīng)底物接液部時(shí)，則以例如石英玻璃、PTFE、聚四氟乙烯樹(shù)脂等能穿透微波的材料蓋上，并加以密封而使反應(yīng)液無(wú)法漏出。
微波導(dǎo)波路管(23)連接于微波發(fā)生器(25)，微波發(fā)生器(25)邊通過(guò)容器內(nèi)的溫度傳感器(15)感應(yīng)溫度的推移，同時(shí)控制微波輸出功率使之維持預(yù)設(shè)的溫度。另外，在本實(shí)施例中使用輸出功率1.5kw、頻率2.45GHz的微波發(fā)生器。
再者裝設(shè)外殼(26)使熱媒或冷煤由容器本體部向下部的外周流通，在該外殼(26)中連接設(shè)有加熱器(27)以及泵(28)等的冷熱媒循環(huán)裝置(29)，由該冷熱媒循環(huán)裝置(29)而使溫度受控的熱、冷媒向外殼(26)循環(huán)流通。
該微波反應(yīng)槽(B、C、D)的容器內(nèi)的實(shí)質(zhì)容量?jī)?yōu)選連接管(21)(22)等級(jí)基準(zhǔn)相同的容量。
在開(kāi)始上述的連續(xù)反應(yīng)之前，預(yù)先進(jìn)行下列準(zhǔn)備。
將粉狀原料4，4’-二烯丙氧基二苯砜(AOPS)的預(yù)定量通過(guò)原料供給孔加入原料溶解槽(A)中，使熱媒在外殼循環(huán)，將容器內(nèi)溫度加熱至AOPS的熔點(diǎn)(150℃)以上，優(yōu)選加熱至160℃至180℃，使AOPS熔融。接著持續(xù)攪拌由氮?dú)馔矊⒌獨(dú)鈱?dǎo)入容器內(nèi)，將容器內(nèi)的氣體以氮?dú)馊〈S持無(wú)氧狀態(tài)。并且，同時(shí)將取出噴嘴(5)、定量泵(6)、微波反應(yīng)槽的連接管(21)管線的溫度預(yù)熱至對(duì)送液優(yōu)選的溫度為160℃至180℃。
將粉狀制品的3，3’-二烯丙氧基-4，4’-二羥基二苯砜(AHPS)的預(yù)定量通過(guò)原料供給孔加入微波反應(yīng)槽(B、C、D)中，以微波照射、以及將熱媒于外殼循環(huán)，使各微波反應(yīng)槽的反應(yīng)溫度加熱至微波反應(yīng)槽(B)為240℃、微波反應(yīng)槽(C)為250℃、微波反應(yīng)槽(D)為260℃，其間，由于制品AHPS在熔點(diǎn)150℃熔融，因此，經(jīng)攪拌并與在原料溶解槽(A)的情況相同，進(jìn)行氮?dú)馊〈?、而維持容器內(nèi)無(wú)氧狀態(tài)。
同時(shí)，連接各反應(yīng)槽的連接管部分為了防止反應(yīng)液的凝固結(jié)晶化而維持在150℃以上，優(yōu)選為200℃至260℃的范圍，例如各為240℃、250℃、260℃。
完成上述的準(zhǔn)備即刻設(shè)定附屬于原料溶解槽(A)的定量泵(6)的送液量，起動(dòng)泵，將熔融的原料AOPS連續(xù)地供給微波反應(yīng)槽并進(jìn)行重排反應(yīng)。
定量泵的設(shè)定值是依以下的計(jì)算式求出。
＝微波反應(yīng)槽的有效容量[L]/7min.
亦即，將各個(gè)微波反應(yīng)器內(nèi)的滯留時(shí)間設(shè)定為7min而運(yùn)作，并進(jìn)行連續(xù)的重排反應(yīng)。
本研究的各微波反應(yīng)器的內(nèi)部溫度各維持在第一階段微波反應(yīng)槽(B)240℃、第二階段微波反應(yīng)槽(C)250℃、第三階段微波反應(yīng)槽(D)260℃，得到制品收率100％，制品品質(zhì)92.6％(液相色譜純度以下稱為液色純度)。
表1表示在第一階段微波反應(yīng)槽、第二階段微波反應(yīng)槽、第三階段微波反應(yīng)槽中的各反應(yīng)完成的數(shù)據(jù)。另外，分析值是在各自出口中的未反應(yīng)原料的分析值。
表1

實(shí)施例2將圖5所示的微波反應(yīng)槽(有效容積為1.5升)如同圖1所示的連接3槽(B、C、D)并進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)。
在開(kāi)始連續(xù)反應(yīng)之前，預(yù)先進(jìn)行下列準(zhǔn)備。
將粉狀原料4，4’-二烯丙氧基二苯砜(AOPS)的預(yù)定量通過(guò)原料供給孔加入原料溶解槽(A)中，將熱媒于外殼循環(huán)，使容器內(nèi)的溫度加熱至AOPS的熔點(diǎn)(145℃)以上的160℃至180℃，使AOPS熔融。接著持續(xù)攪拌將容器內(nèi)的氣體以氮?dú)馊〈?、并維持無(wú)氧狀態(tài)。并且，同時(shí)將取出噴嘴(5)、定量泵(6)、微波反應(yīng)槽的連接管(21)管線的溫度預(yù)熱至對(duì)送液優(yōu)選的溫度為160℃至180℃，并維持該溫度。微波反應(yīng)槽(B、C、D)的預(yù)熱是以熱媒(180℃至190℃)在外殼進(jìn)行循環(huán)。
而且，與原料溶解槽(A)的情況相同，將管線以及反應(yīng)槽內(nèi)的氣體以氮?dú)馊〈?，并將容器?nèi)維持為無(wú)氧狀態(tài)。
之后，用定量泵將熔融原料AOPS連續(xù)地供給至微波反應(yīng)槽(B、C、D)，以熔融原料AOPS填滿所有的反應(yīng)槽，進(jìn)一步使之溢流，同時(shí)亦使外殼的熱媒(180℃)持續(xù)循環(huán)，并開(kāi)始微波的照射，將所有反應(yīng)槽(B、C、D)內(nèi)的反應(yīng)液提升至預(yù)定溫度250℃，之后，以此狀態(tài)繼續(xù)進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)，將由最后的微波反應(yīng)槽(D)所溢流的反應(yīng)液經(jīng)時(shí)取樣，經(jīng)液相色譜分析確定反應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。反應(yīng)液的溫度達(dá)到預(yù)定溫度250℃之后，便控制在250℃±1℃的范圍內(nèi)。
并且，反應(yīng)溫度設(shè)定在260℃時(shí)即進(jìn)行相同的反應(yīng)，反應(yīng)溫度亦控制在260℃±1℃的范圍內(nèi)。
作為達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后的數(shù)據(jù)的一例，達(dá)到設(shè)定溫度(250℃以及260℃)后經(jīng)60分鐘后完成重排反應(yīng)的數(shù)據(jù)由表2所示。
表2

實(shí)施例3使用連接原料溶解槽(A)的圖5所示的1座微波反應(yīng)槽(B)，并進(jìn)行間歇式反應(yīng)。
在開(kāi)始間歇式反應(yīng)之前，與實(shí)施例2相同，預(yù)先進(jìn)行AOPS的熔解、預(yù)熱以及以氮?dú)馊〈?br> 預(yù)備后即刻將熔融的原料AOPS相當(dāng)于1.0kg供給微波反應(yīng)槽(B)，將氮?dú)鈱?dǎo)入容器內(nèi)并維持無(wú)氧狀態(tài)。接著，將熱媒(160℃至190℃)在外殼循環(huán)且同時(shí)照射微波。微波照射反應(yīng)槽內(nèi)溫度由160℃以8℃/min的程序升溫至240℃、由240℃以1℃/min.的程序升溫至260℃，在260℃維持時(shí)間3min進(jìn)行間歇式反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，開(kāi)放反應(yīng)槽底的取出閥，取出反應(yīng)液、取樣以及經(jīng)液相色譜進(jìn)行分析。將其結(jié)果表示于表3。
另外，實(shí)施例1至3中的微波發(fā)生裝置是使用最大輸出功率的1500W的裝置。
表3

產(chǎn)業(yè)上利用可能性如依照本發(fā)明的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，并不引起如置于以往化學(xué)反應(yīng)裝置中反應(yīng)溶液的溫度所產(chǎn)生的上下波浪式的擺動(dòng)現(xiàn)象，而可精密地控制反應(yīng)溫度，并且，由于反應(yīng)速度亦快，因此在較小型的反應(yīng)裝置中亦可有效地進(jìn)行反應(yīng)。而且，由于不僅為間歇式，亦可采用連續(xù)化，因此，即使裝置為小型者，亦可以以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，并可期待應(yīng)用于精密化學(xué)反應(yīng)等方面。
權(quán)利要求
1.一種微波化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征在于，具有可根據(jù)反應(yīng)溶液的溫度控制輸出功率而照射微波的反應(yīng)溶液的加熱裝置，同時(shí)具備可從外部強(qiáng)制冷卻該反應(yīng)溶液的裝置，而可進(jìn)行反應(yīng)溫度的精密控制。
2.如權(quán)利要求2所述的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，其中，是用液體介質(zhì)來(lái)進(jìn)行外部強(qiáng)制冷卻。
3.如權(quán)利要求1所述的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，其中，包括(1)化學(xué)反應(yīng)容器，具備可投入原料的原料供給口、有別于原料供給口而設(shè)置的可取出反應(yīng)產(chǎn)物的取出口、為使連續(xù)測(cè)定反應(yīng)液溫度且能以該測(cè)定的溫度作為信號(hào)傳送到微波輸出功率控制裝置而連接的溫度測(cè)定裝置、可攪拌容器內(nèi)的反應(yīng)物的攪拌裝置、可將微波照射至反應(yīng)容器內(nèi)的微波照射窗以及可從外部進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的裝置；以及(2)微波發(fā)生裝置，具備與上述溫度測(cè)定裝置連接且依據(jù)該測(cè)定裝置所連續(xù)測(cè)定的溫度與目標(biāo)設(shè)定溫度的偏差控制微波的輸出功率以使反應(yīng)溫度成為預(yù)先設(shè)定的溫度的微波輸出功率控制裝置、以及為使微波可照射至化學(xué)反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)液而將微波導(dǎo)入至上述微波照射窗的微波導(dǎo)波路。
4.如權(quán)利要求3所述的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，其中，化學(xué)反應(yīng)容器具備第1原料供給口、有別于第1原料供給口的第2原料供給口以及預(yù)備容器，且將該預(yù)備容器連接至原料供給口以使在該預(yù)備容器預(yù)備處理過(guò)的原料可供給至該反應(yīng)容器內(nèi)。
5.如權(quán)利要求3所述的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，其中，將取出口與如權(quán)利要求3記載之外的其它微波化學(xué)反應(yīng)裝置的原料供給口連接，而且，可根據(jù)需求，以同樣方式連接多個(gè)微波化學(xué)反應(yīng)裝置。
6.如權(quán)利要求3所述的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征在于，化學(xué)反應(yīng)容器具備可以強(qiáng)制循環(huán)可對(duì)該容器進(jìn)行加熱、保溫以及冷卻的液體介質(zhì)的裝置。
7.如權(quán)利要求3所述的微波化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征在于，使微波可相對(duì)于反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)液的液面斜向照射。
8.一種利用微波的化學(xué)反應(yīng)方法，其特征在于，對(duì)化學(xué)反應(yīng)容器進(jìn)行外部強(qiáng)制冷卻，同時(shí)根據(jù)反應(yīng)液溫控制輸出功率而照射微波，使反應(yīng)液溫度成為預(yù)定溫度，以將反應(yīng)溶液的溫度正確地維持在預(yù)定溫度而進(jìn)行反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微波化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征在于，具有可根據(jù)反應(yīng)溶液的溫度控制輸出功率而照射微波的反應(yīng)溶液的加熱裝置，同時(shí)具備可從外部強(qiáng)制冷卻該反應(yīng)溶液的裝置，而可進(jìn)行精密控制反應(yīng)溫度，由于其可將反應(yīng)溫度精密控制在例如預(yù)定溫度的±1℃的范圍內(nèi)，因而可應(yīng)用于精密化學(xué)反應(yīng)，并且因反應(yīng)快速而可用較小型的反應(yīng)器進(jìn)行大量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C07B61/00GK1946477SQ20058001255
公開(kāi)日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2005年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月20日
發(fā)明者堀川榮, 鹽田英和, 榎田宏隆, 藤本昌樹(shù), 中村勝則 申請(qǐng)人:三光化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社, 四國(guó)計(jì)測(cè)工業(yè)株式會(huì)社, 柳田祥三