本发明涉及在温度场和电场内进行化学合成反应的装备,特别涉及一种基于磁感应电场的化学合成反应系统及方法,属于化工合成。
背景技术:
1、化学合成是指当两个或两个以上的简单分子以可控方式结合产生更复杂的化学产物时发生的物理化学变化。它是研究物质创造与转化的学科,是化学科学的基础和核心,是人类认识物质、创造物质的重要途径和手段。化学合成的突破不仅仅影响化学科学自身的快速发展,对其他科学,例如生命、材料、医学等科学的发展也起着重要的推动和促进作用。化学合成广泛应用于制药、聚合物、精细化工和大宗化学工业中所有商业重要产品的开发,化学合成的成功,即生成的目标分子具有所需的经济性和质量,这与通过彻底理解和控制反应变量而有效地使用反应物和试剂息息相关。
2、现代化学合成负责制造所有的有机和无机产品,在实验室和工业生产中都需要先进的技术,以满足质量、安全和生产率的新要求。然而,大多数化学合成反应都是可逆反应,需要借助催化剂的作用推动反应正向进行,而且当反应处于平衡时,要不断将产物从反应器中分离出去或向反应器添加反应物以破坏化学反应平衡,促进反应继续进行。而且这些反应都需要较高的操作压力和温度,在各种反应釜或反应器中进行循环反应,催化效率极低、能耗很高,并且设备笨重庞大、运行维护费用较高,这也是化学工艺改进道路上的主要绊脚石。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供一种基于磁感应电场的化学合成反应系统及方法,从而克服现有技术中的不足。
2、为实现前述发明目的,本发明采用的技术方案包括:
3、本发明一方面提供了一种基于磁感应电场的化学合成反应系统,包括:磁感应电场-热反应单元,所述磁感应电场-热反应单元包括磁芯、励磁线圈以及可供包含反应物的料液连续通过的反应管,所述反应管包括至少两个第一反应管和至少一第二反应管,至少两个第一反应管和励磁线圈分别饶设在所述磁芯上,每一所述第二反应管分别与至少两个所述第一反应管连接而形成至少两个可供料液连续通过的闭合回路,所述第一反应管还与第二进料口连通,所述第二反应管还与第二出料口连通;
4、当向所述励磁线圈提供励磁电压且向反应管内注入包含反应物的料液时,连续流经所述闭合回路内的料液在所述励磁线圈与磁芯提供的脉冲磁场中自发感应形成感应电场和感应电流,其中,所述第一反应管内形成第一感应电流,所述第一反应管内的料液自发热而被加热至第一温度,所述第二反应管内形成第二感应电流,所述第二反应管内的料液自发热而被加热至第二温度,所述,其中,所述第二感应电流大于第一感应电流,第二温度大于第一温度,在所述第一温度条件下,料液中的反应物进入化学合成反应的诱导期并形成部分反应产物的中间体,在所述第二温度条件下,所述反应物完成化学合成反应并获得反应产物。
5、本发明另一方面还提供了一种化学合成的方法,包括:
6、提供所述的基于磁感应电场的化学合成反应系统;
7、将包含反应物的料液连续注入所述反应管内,以及,以高频励磁电源向所述励磁线圈施加励磁电压,以在连续流经所述闭合回路内的料液中形成感应电场和感应电流,且使所述第二反应管内的第二感应电流大于第一反应管内的第一感应电流,所述第一反应管内的料液在第一感应电流的激发下自发热而被自加热至第一温度,反应物于第一温度下进行预反应并进入化学合成反应的诱导期并形成部分反应产物的中间体;使所述第二反应管内的料液在第二感应电流的激发下自发热而被加热至第二温度,反应物于第二温度下完成化学合成反应并获得反应产物。
8、与现有技术相比,本发明的优点包括:
9、(1)本发明提供的一种基于磁感应电场的化学合成反应系统及方法,采用电热协同催化的方式,使反应物分子在第一反应管中获得反应所需的大部分能量,然后在第二反应管内再进行化合反应,促使反应更容易进行,大大提高了催化效率和生产效率;
10、(2)本发明提供的一种基于磁感应电场的化学合成反应系统中磁感应电场-热反应单元产生的磁感应电场是通过脉冲磁场诱导反应物分子本身自发生成电热效应,属于体积加热过程,避免了介质传热过程的能量消耗,大幅提升了能量利用率;
11、(3)本发明提供的一种基于磁感应电场的化学合成反应系统,可根据某些化学合成反应的特点进行反应参数和条件的灵活调节,并可根据反应物和产物特点对反应系统进行灵活搭建、组装和拆卸。
1.一种基于磁感应电场的化学合成反应系统,其特征在于,包括:磁感应电场-热反应单元(200),所述磁感应电场-热反应单元(200)包括磁芯(202)、励磁线圈(205)以及可供包含反应物的料液连续通过的反应管,所述反应管包括至少两个第一反应管(203)和至少一第二反应管(204),至少两个第一反应管(203)和励磁线圈(205)分别饶设在所述磁芯(202)上,每一所述第二反应管(204)分别与至少两个所述第一反应管(203)连接而形成至少两个可供料液连续通过的闭合回路,所述第一反应管(203)与还与第二进料口(201)连通,所述第二反应管(204)还与第二出料口(207)连通;
2.根据权利要求1所述的基于磁感应电场的化学合成反应系统,其特征在于:所述第一反应管(203)与还与第二进料口(201)连通,所述第二反应管(204)还与第二出料口(207)连通。
3.根据权利要求1或2所述的基于磁感应电场的化学合成反应系统,其特征在于:所述第一反应管(203)的管径大于或等于第二反应管(204)的管径;
4.根据权利要求1或2所述的基于磁感应电场的化学合成反应系统,其特征在于:所述激励线圈的匝数为1-5匝,所述第一反应管(203)的总匝数为20-50匝。
5.根据权利要求1所述的基于磁感应电场的化学合成反应系统,其特征在于:所述磁芯(202)为闭合的环形结构;优选的,所述磁芯(202)为圆角磁芯;优选的,所述磁芯(202)为非晶纳米晶软磁构件。
6.根据权利要求2所述的基于磁感应电场的化学合成反应系统,其特征在于:所述磁感应电场-热反应单元(200)还包括温压监测探头(206),所述温压监测探头(206)设置在所述第一反应管(203)和第二反应管(204)内。
7.根据权利要求6所述的基于磁感应电场的化学合成反应系统,其特征在于,还包括:
8.一种化学合成的方法,其特征在于包括:
9.根据权利要求8所述的化学合成的方法,其特征在于,具体包括:至少通过调节高频励磁电源的励磁电压、励磁电流以及励磁频率中的至少一者来调节所述感应电场的电场强度以及感应电流的电流密度;
10.根据权利要求8所述的化学合成的方法,其特征在于:所述化学合成反应包括卤化、硝化、氧化还原、消除、烃化、酰化、缩合和重排反应中的任意一种。