專利名稱：一種氣流增效連續(xù)微波輻射固相合成反應方法與裝置的制作方法
技術(shù)領域：
一種氣流增效連續(xù)微波輻射固相合成反應方法與裝置，涉及一種能在微波能場內(nèi)進行氣流攜載增效微波輻射固相合成技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
微波對物質(zhì)的加熱從物質(zhì)分子出發(fā)，被稱為“內(nèi)加熱”。自然界中物質(zhì)是由大量的一端帶正電，另一端帶負電偶極子組成，在自然狀態(tài)下，偶極子作雜亂無章的運動和排列。當介質(zhì)處于電場中時，隨意取向的偶極子會按電場方向同一取向，當電場方向每秒鐘改變數(shù)億次時，處于電場中的偶極子取向排列也隨之急劇變化，造成分子間相互碰撞，從而產(chǎn)生熱量，在較短的時間內(nèi)達到較高溫度。在室溫或近室溫下的一般條件下，固相反應較難進行。Hedvall1912年，發(fā)現(xiàn)固體粉末CoO和ZnO可以直接發(fā)生化學反應，這一發(fā)現(xiàn)激起了固相化學反應研究的熱潮。由于大多數(shù)無機固體，如硅酸鹽、氧化物、金屬合金等，熔點較高，它們一般具有三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、原子間隙小、化學鍵牢固，通常合成反應多在高溫下進行。1904年，Pfeifer等發(fā)現(xiàn)加熱[Cr(en)3]Cl3或[Cr(en)3](SCN)3分別生成cis-[Cr(en)2Cl2]Cl和tran-[Cr(en)2-(SCN)2]SCN。Tscherniajew等(1963)首先用K2[PtI6]與KCN固-固反應，制取了穩(wěn)定產(chǎn)物K2[Pt(CN)6]。微波輻射條件下，蔣才武等(1999)研究了乙酸鋅與苯氧乙酸、甘氨酸在微波輻射及室溫條件下的固-固相配位化學反應，通過固相反應一步合成了苯氧乙酸鋅和甘氨酸鋅。在二茂鐵肟的制備中，Caddick(1995)發(fā)現(xiàn)使用微波輻射下可以得到熱力學穩(wěn)定的產(chǎn)物，在20秒內(nèi)就達到了97％的產(chǎn)率。此外，采用微波反應裝置，可以在不到1分鐘的時間內(nèi)合成出銠、銥二烯類絡合物，而傳統(tǒng)加熱則需幾個小時。由于固體化學反應的特殊性，人們已經(jīng)做了大量工作，微波法(Microwave)是其中的一種有效手段。
自發(fā)現(xiàn)微波加熱能夠促進化學反應以來，各國化學家都在積極研制微波化學反應設備。1986年，Gedye等人首次將微波引入密閉有機合成技術(shù)，其研制的設備不能有效地對反應進行檢測和控制。1991年，Mingos等人經(jīng)過改進，設計了可以調(diào)節(jié)反應釜內(nèi)壓力的密封罐式反應器。同年，英國科學家Villemin等人將吸附在無機載體上的反應物置于密閉的聚四氟乙烯管中，在微波爐內(nèi)進行反應，揭開了干法技術(shù)研究的序幕。1992年，我國臺灣大學Hui-Ming Yu等人設計了一種微波干法反應實驗裝置，并用此裝置成功地合成了一些常規(guī)方法難以合成的肽，和Bram等人的工作相比，Hui-Ming Yu等人的裝置有了較大的進步。吉林大學的李耀先(1995)等采用常壓反應器，用微波干法技術(shù)合成出了L-四氫噻唑-4-羧酸，反應達到85％的產(chǎn)率，反應速率較常規(guī)法提高了近290倍。但以上介紹的微波反應設備都是間歇式的，最早建立連續(xù)微波技術(shù)的是臺灣大學Chen等人(1990)。1994年，Cablewski等人在前人研究的基礎上研制出一套微波連續(xù)技術(shù)(CMR)反應裝置，裝有自動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)總體積為50ml，盤管長約3米，加工速率約1L/h，停留時間約為1～2min，能在200℃、1400kPa下運轉(zhuǎn)，但它不能進行固體和高粘度液體的加料反應。一般來講液體加熱沸騰，隨著泡的逸出，液相體系內(nèi)部熱量得以釋放而不會過量積累。微波加熱由于微波能量在被加熱體系內(nèi)部直接轉(zhuǎn)化，若被加熱體系內(nèi)部積聚的熱量無法有效釋放，微波加熱就容易導致溫度失控，出現(xiàn)“高溫焦化點”的過熱現(xiàn)象。
現(xiàn)有的大型工業(yè)微波處理設備一般采用連續(xù)傳送箱式微波化學反應器，其處理量大，但它是非封閉系統(tǒng)，只適于物料靜態(tài)物理加熱，且持續(xù)的“內(nèi)加熱”作用可使反應體系內(nèi)部熱量積累，形成高溫焦化點，造成溫度瞬間失控，另外，強酸鹽酸根游離，同樣會導致反應物及產(chǎn)物的融化甚至焦糊。急需開發(fā)連續(xù)微波輻射合成設備與方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氣流增效連續(xù)微波輻射固相合成反應方法與裝置，而氣流攜載增效微波固相反應，使一些在常規(guī)微波條件下難以實現(xiàn)的反應得以實現(xiàn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案本方法為在微波能場內(nèi)，將有機物、無機物、或有機物和無機物的混合物所組成的固-固相反應物料置于傳送帶上，通入氣體，開啟微波，對特定的合成反應按指定的時間，以連續(xù)或間歇方式作水平機械運動，反應物料在傳送帶上受連續(xù)微波輻射，噴射垂直氣流透過傳送帶網(wǎng)面，使反應物料作輔助非機械運動氣流增效，使反應物料進行固相合成反應的方法。
本裝置包括帶有多個微波源的一個反應腔體，內(nèi)置作水平機械運動承載反應物料的傳送帶，傳送帶為密布微孔、透氣的聚四氟乙烯或微孔陶瓷網(wǎng)面材料，可調(diào)速傳送反應物料，傳送帶邊緣與下槽送風槽緊配合，使氣流經(jīng)網(wǎng)面進入反應腔，對反應物料進行垂直氣流增效和連續(xù)微波輻射固相合成反應，由排氣孔回收氣體。
微波功率源設有1-6個，采用微波頻率為2450MHz，功率0.5-10Kw可調(diào)。另外，還配有微波傳輸系統(tǒng)及其它附屬設施，如氣流噴射、冷卻、產(chǎn)物收集槽、傳送帶清洗槽等。反應物料為有機物、無機物或兩者的混合物所組成的固-固相。傳送帶為密布微孔的聚四氟乙烯或微孔陶瓷網(wǎng)面材料，可調(diào)速傳送反應物料。
在微波反應腔體內(nèi)，傳送帶與下槽送風槽緊配合，送風槽中設有氣體輸送管道和多排氣體噴嘴、平行于傳送帶下，噴射角度45°到135°可調(diào)，氣體從網(wǎng)面通過，使反應物料攪動、懸浮，使微波均勻地輻射到反應物，加快反應速度。噴射的氣流防止反應劇烈反應，帶走反應過程產(chǎn)生的氣體。反應使用的氣流包括壓縮空氣、蒸氣、氮氣、或氬氣等。反應腔體內(nèi)部有一個抽氣系統(tǒng)，能將通入與反應產(chǎn)生的氣體回收。
在進行微波輻射固態(tài)合成反應時，首先由料槽在傳送帶上鋪入一定厚度的粉末狀物料，料槽底部設有加料滾筒，可調(diào)節(jié)物料厚度，并使反應物料均勻分布于傳送帶上。通入氣流，開啟微波，對特定的合成反應按指定的時間，傳送帶采用連續(xù)或間斷方式按箭頭所指方向運動，反應產(chǎn)物在出料口卸下。傳送帶繼續(xù)運轉(zhuǎn)，經(jīng)清理、在水洗槽中刷洗，干燥、繼續(xù)裝料、連續(xù)反應生產(chǎn)。
本發(fā)明的有益效果通過氣流的進入增效微波輻射固相合成反應，垂直氣流攪動反應物增加反應物分子的活性，提高反應分子平均能量和碰撞頻率，顯著提高化學反應速度。同時攜帶、去除反應中副產(chǎn)物，穩(wěn)定反應體系中的溫度過熱，防止反應物及產(chǎn)物的融化甚至焦糊，使一些在常規(guī)微波條件下難以實現(xiàn)的反應得以實現(xiàn)，并加快反應速度、提高產(chǎn)物純度、降低能量成本。


圖1為氣流增效連續(xù)微波輻射固相合成反應裝置正視示意圖。
1.加料槽，2.微波源，3.反應腔體，4.排氣口，5.傳送帶，6.輸出微波抑制器，7.產(chǎn)物槽，8.清洗槽，9.驅(qū)動輪，10.氣流噴射系統(tǒng)，11.加料滾筒，12.送風槽。
具體實施例方式
本發(fā)明權(quán)利要求不局限以下實施例。實施例為在微波能場內(nèi)，輻射有機物、無機物或兩者的混合物等反應，生成相應的化合物。
實施例1在圖1中，加料槽(1)，加料槽底部裝有加料滾筒(11)，加料槽經(jīng)加料滾筒與反應腔體(3)的前端相接通，反應腔體上部裝有微波源(2)，反應腔體內(nèi)置一作水平機械運動的傳送帶(5)，在反應腔體的尾端裝有輸出微波抑制器(6)，在輸出微波抑制器前的反應腔體上部設一排氣口(4)，傳送帶為不吸收微波、密布微孔、耐200℃透氣網(wǎng)帶構(gòu)成，傳送帶邊緣與下槽送風槽(12)緊配合，傳送帶由驅(qū)動輪(9)傳動，傳送帶通過輸出微波抑制器后出反應腔體，產(chǎn)物槽(7)裝在出反應腔體的傳送帶末端下部，供收集傳送帶上的反應產(chǎn)物，傳送帶運動通過清洗槽(8)后，返回經(jīng)加料滾筒，重新進入反應腔體，氣流由送風槽中的氣體輸送管路和與傳送帶平行的多排氣體噴嘴組成的氣流噴射系統(tǒng)(10)送入，經(jīng)傳送帶透氣網(wǎng)作垂直氣流增效，氣流與反應產(chǎn)生的氣體由排氣口排出。
實施例2.合成微量元素氨基酸螯合物(絡合物)1.將蛋氨酸與硫酸亞鐵分別粉碎至180目，蛋氨酸與鐵離子以1∶1或1∶2摩爾比均勻混合，裝入加料槽，調(diào)節(jié)料厚1cm，傳送帶鋪送物料后，開啟氣體閥，打開微波開關(guān)，同時真空泵吸出反應氣體，反應12分鐘，傳送帶將反應產(chǎn)物運至產(chǎn)物槽，即為產(chǎn)物，產(chǎn)品螯合率可達到91％。
2.將甘氨酸與硫酸亞鐵分別粉碎至180目，甘氨酸與鐵離子以1∶1或1∶2摩爾比均勻混合，裝入加料槽，調(diào)節(jié)料厚1cm，傳送帶鋪送物料后，開啟氣體閥，打開微波開關(guān)，同時真空泵吸出反應氣體，反應9分鐘，傳送帶將反應產(chǎn)物運至產(chǎn)物槽，即為產(chǎn)物，產(chǎn)品螯合率可達到92％。
3.將蛋氨酸與硫酸銅分別粉碎至180目，蛋氨酸與銅離子以1∶1或1∶2摩爾比均勻混合，裝入加料槽，調(diào)節(jié)料厚1cm，傳送帶鋪送物料后，開啟氣體閥，打開微波開關(guān)，同時真空泵吸出反應氣體，反應9分鐘，傳送帶將反應產(chǎn)物運至產(chǎn)物槽，即為產(chǎn)物，產(chǎn)品螯合率可達到93％。
4.將蛋氨酸與硫酸鋅分別粉碎至180目，蛋氨酸與鋅離子以1∶1或1∶2摩爾比均勻混合，裝入加料槽，調(diào)節(jié)料厚1cm，傳送帶鋪送物料后，開啟氣體閥，打開微波開關(guān)，同時真空泵吸出反應氣體，反應8分鐘，傳送帶將反應產(chǎn)物運至產(chǎn)物槽，即為產(chǎn)物，產(chǎn)品螯合率可達到92％。
實施例3.低聚糖的合成1.在葡萄糖粉末中，加入15％的水與微量的雜多酸混合均勻，裝入加料槽，調(diào)節(jié)料厚1.8cm，傳送帶鋪送物料后，開啟壓縮氣體閥，打開微波開關(guān)，反應12分鐘，傳送帶將反應產(chǎn)物運至產(chǎn)品料槽，冷卻粉碎即為產(chǎn)品，低聚糖含量可達到82％。
2.在蔗糖粉末中，加入10％的水與微量雜多酸，混合均勻，裝入加料槽，調(diào)節(jié)料厚1.8cm，傳送帶鋪送物料后，開啟氣體閥，打開微波開關(guān)，同時真空泵吸出反應氣體，反應12分鐘，傳送帶將反應產(chǎn)物運至產(chǎn)物槽，冷卻粉碎即得到產(chǎn)品，低聚果三糖含量可達到75％。
3.在蔗糖與半乳糖粉末中，加入10％的水與微量雜多酸，混合均勻，裝入加料槽，調(diào)節(jié)料厚1.8cm，傳送帶鋪送物料后，開啟氣體閥，打開微波開關(guān)，同時真空泵吸出反應氣體，反應12分鐘，傳送帶將反應產(chǎn)物運至產(chǎn)物槽，冷卻粉碎即為產(chǎn)品，低聚果三糖含量可達到75％。
權(quán)利要求
1.一種氣流增效連續(xù)微波輻射固相合成反應方法，其特征是在微波能場內(nèi)，將有機物、無機物、或有機物和無機物的混合物所組成的固-固相反應物料置于傳送帶上，通入氣體，開啟微波，對特定的合成反應按指定的時間，以連續(xù)或間歇方式作水平機械運動，反應物料在傳送帶上受連續(xù)微波輻射，噴射垂直氣流透過傳送帶網(wǎng)面，使反應物料作輔助非機械運動氣流增效，使反應物料進行固相合成反應的方法。
2.用于權(quán)利要求1方法的一種氣流增效連續(xù)微波輻射固相合成反應裝置，其特征是包括加料槽(1)，加料槽底部裝有加料滾筒(11)，加料槽經(jīng)加料滾筒與反應腔體(3)的前端相接通，反應腔體上部裝有微波源(2)，反應腔體內(nèi)置一作水平機械運動的傳送帶(5)，在反應腔體的尾端裝有輸出微波抑制器(6)，在輸出微波抑制器前的反應腔體上部設一排氣口(4)，傳送帶為不吸收微波、密布微孔、耐200℃透氣網(wǎng)帶構(gòu)成，傳送帶邊緣與下槽送風槽(12)緊配合，傳送帶由驅(qū)動輪(9)傳動，傳送帶通過輸出微波抑制器后出反應腔體，產(chǎn)物槽(7)裝在出反應腔體的傳送帶末端下部，供收集傳送帶上的反應產(chǎn)物，傳送帶運動通過清洗槽(8)后，返回經(jīng)加料滾筒，重新進入反應腔體，氣流由送風槽中的氣體輸送管路和與傳送帶平行的多排氣體噴嘴組成的氣流噴射系統(tǒng)(10)送入，經(jīng)傳送帶透氣網(wǎng)作垂直氣流增效，氣流與反應產(chǎn)生的氣體由排氣口排出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中的加料滾筒可調(diào)節(jié)物料厚度，并使反應物料均勻分布于傳送帶上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中的傳送帶可通過驅(qū)動輪調(diào)節(jié)運動速度，使反應物料在反應腔體內(nèi)的停留時間可調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中的傳送帶為密布微孔的聚四氟乙烯或微孔陶瓷網(wǎng)面材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中的氣流噴射系統(tǒng)為多排氣體噴嘴、平行于傳送帶下，噴射角度45°到135°可調(diào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中的反應腔體設有排氣孔，可回收反應氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中的微波源設有1-6個，微波源功率是可調(diào)節(jié)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所用的氣流使反應物料攪動、懸浮，氣體種類包括壓縮空氣、蒸氣、氮氣或氬氣。
全文摘要
一種氣流增效連續(xù)微波輻射固相合成反應方法與裝置，涉及微波輻射固相合成技術(shù)領域。本方法為在微波能場內(nèi)，反應物料在傳送帶上受連續(xù)微波輻射，噴射垂直氣流透過傳送帶網(wǎng)面作氣流增效，使反應物料進行固相合成反應的方法。本裝置包括帶有多個微波源的一個反應腔體，內(nèi)置作水平機械運動承載反應物料的傳送帶，氣流經(jīng)傳送帶網(wǎng)面進入反應腔，對反應物料進行垂直氣流增效和連續(xù)微波輻射固相合成反應，由排氣孔回收氣體。本裝置能夠使微波均勻地輻射到反應物，防止副產(chǎn)物強酸及局部積熱造成的焦化反應，使常規(guī)微波條件下難以實現(xiàn)的反應得以完成，降低能量成本，并加快反應速度、提高產(chǎn)物純度與微波合成效率。
文檔編號B01J19/12GK1663674SQ20041006580
公開日2005年9月7日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者樂國偉, 施用暉, 王立寬 申請人:江南大學