专利名称：一种纤维素转化左旋葡聚糖装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维素转化左旋葡聚糖装置。
背景技术：
随着世界经济的高速持续发展，化石能源的消耗逐年增长，可利用的石油储量变得越来越少，石油危机问题普遍困扰着世界各国，然而现代文明所依赖的化工行业的原材料大多来自于石油行业。面对石油短缺的难题，人们逐渐把目光投向其它可替代物，比如，被认为是取代石油生产燃料和化学制品有力替代物之一的生物质。
生物质是世界上存在的最广泛的一种可再生资源，它的开发利用满足今天人类对环境保护资源可持续发展的要求，目前受到了世界各国的高度重视。生物质能的热化学转换技术是生物质能转换利用的一个重要途径，其中生物质热裂解是目前世界上生物质能研究开发的前沿技术。而纤维素作为生物质中最为纯净单一的物质，特别适合用于制取化工产品，尤其其热裂解后的组分主要为左旋葡聚糖。
左旋葡聚糖是葡萄糖的一种衍生物，因其结构和化学性质独特，在化工行业极具商业潜力。自从上世纪70年代国外成功地探索和验证了其组成、结构、化学属性和多样的反应途径以来，就一直受到人们的关注。通过左旋葡聚糖可以合成多种极有价值的化合物，用于各个行业。比如，可合成植物生长调节剂和杀虫剂，在农业中使用；或用于制药，制取抑制细胞生长素；也可合成寡聚糖或者维生素H；其独特的手征性也表明，通过它可合成一种非对映选择的加氢催化剂和制备其它手征性的2，4-二取代基1，3-二氧代哌啶。鉴于这些功能，被人称作“一种极有发展潜力的合成用的基本物质”。另外，在聚氨酯泡沫中加入左旋葡聚糖可以提高热稳定性和强度；其衍生物左旋葡聚糖环氧树脂是聚氯乙烯的一种添加剂；另一衍生物左旋葡聚糖-3-异丁烯酸酯是具有活性十字相联结构的单体，用于生产动态联接密封圈附件的高分子橡胶。
目前所知的制备左旋葡聚的方法有以下几种1、淀粉热解；2、苯基-2，3，4，6-四-O-乙酰基-β-D-吡喃型葡萄糖甙与碱反应；3、氯酚基-2，3，4，6-四-O-乙酰基-β-D-吡喃型葡萄糖甙四丁基氢氧化铵反应；4、酸处理过的硬木热解；5、α-D-吡喃型葡萄糖氟催化脱氟化氢；6、热解酸或碱预处理过的硬木；7、三醋酸基左旋葡聚糖-2，3，4，6-四-O-乙酰基-β-D-吡喃型葡萄糖与lewis酸反应得到三醋酸基左旋葡聚糖。但是上述方法都过于复杂或是转化率不高，大规模工业生产利用仍不可能实现。居知，目前还仍未有规模化的左旋葡聚糖商业.生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纤维素转化左旋葡聚糖装置。
本发明采用的技术方案是它包括石英玻璃管反应器和多级冷凝装置；其中所述的石英玻璃管反应器的下端口内接有氮气接口，氮气接口经流化床预热装置接高纯氮气，石英玻璃管的水平支管内装有过滤器，过滤器的出口端依次接多级冷凝装置，石英玻璃管的上端装有上密封盖，上密封盖的给料口下有装圆筒型物料的挂钩，石英玻璃管的侧面装有圆筒型物料的拨杆，水平支管下端的石英玻璃管外装有硅碳管，硅碳管的两端是冷端与电源连接，热电偶的一端接硅碳管中间加热带、热电偶的另一端接控制面板，硅碳管外装有石棉保温层，整个装置均放置在圆柱形钢制外壳中。
本发明具有的有益效果是1)运用纤维素热裂解机理，利用热化学方式从纤维素中得到左旋葡聚糖，与化学合成法相比降低了生产成本；2)主体反应器采用石英玻璃管，硅碳管辐射加热，石英材料对红外几乎透明，大量的辐射热量透过石英管辐射到物料上，使整个主反应区均匀受热，满足左旋葡聚糖生产所需要升温速率要快的要求；3)在主体反应器前设置流化床预热装置，将惰性气体预热到300℃左右，防止由于纤维素热裂解生成的挥发分在冷的介质或环境中将凝结，黏附到反应器管壁，而导致冷凝系统收集效果的降低；4)采用高纯氮气将反应放出的挥发性气体快速携带出反应器，此外惰性气体还起到稀释挥发分的作用，阻碍气体间的二次反应；5)采用三级冷凝系统能达到良好的冷却效果；6)利用定性滤纸作纤维素，元素分析的结果显示，干燥后其与理想的纤维素一致，但要比使用纯的纤维素晶体大大降低生产成本；7)上密封盖的独特设计，使物料的下料方法简便于操作，而且能防止物料发生低温热解。
图1是本发明的结构原理示意图；
图2是本发明的石英玻璃管反应器放大图；图3是本发明的上密封盖放大图。
图中1、石英玻璃管反应器，1.1、氮气接口，1.2、主反应区，1.3、二次反应区，2、圆筒型物料，3、上密封盖，3.1、给料口，3.2、挂钩，3.3、拨杆，4、气体引出管，5、过滤器，6、硅碳管，7、石棉保温层，8、流化床预热装置，9、高纯氮气，10、一级冷凝装置，11、二级冷凝装置，12、三级冷凝装置，13、热电偶，14、热电偶，15、热电偶，16、控制面板，17、电源。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3所示，本发明包括石英玻璃管反应器1和多级冷凝装置；其中所述的石英玻璃管反应器1的下端口内接有氮气接口1.1，氮气接口1.1经流化床预热装置8接高纯氮气9，石英玻璃管的水平支管内装有过滤器5，过滤器5的出口端依次接多级冷凝装置，石英玻璃管的上端装有上密封盖3，上密封盖3的给料口3.1下有装圆筒型物料2的挂钩3.2，石英玻璃管的侧面装有圆筒型物料2的拨杆3.3，水平支管下端的石英玻璃管外装有硅碳管6，硅碳管6的两端是冷端与电源17连接，热电偶的一端接硅碳管6中间加热带、热电偶的另一端接控制面板16，硅碳管6外装有石棉保温层7，整个装置均放置在圆柱形钢制外壳中。
所述的多级冷凝装置为三级，即一级冷凝装置10为U型石英玻璃管，冷却介质采用冰水混合物；二、三级冷凝装置11、12为螺旋结构的石英玻璃管，，采用干冰和丙酮混合液作为冷却介质。
所述的热电偶为三个热电偶13、14、15，等分接在硅碳管6中间加热带。
本发明的工作原理如下所用物料为纤维素含量99.99wt％的定性滤纸，厚度为0.18mm，将其卷成直径18mm×100mm的圆筒形状。纤维滤纸中的自由水分约占65wt％，这对于纤维素热裂解反应以及左旋葡聚糖的制取可能会产生不利的影响，因而需要将其在100℃条件下干燥4h，以去除自由水。干燥后的圆筒物料2，顶部系一个极细银丝圈，从石英玻璃管反应器1上方给料口3.1投入，并吊在上密封盖3的挂钩3.2上，立即密封给料口3.1。升温流化床预热装置8到300℃后，打开氮气阀门，让氮气吹扫整个装置5分钟以排出装置中的空气，保持整个系统处于严格的惰性环境中。氮气的流速经过严格的计算确定，以保证气相停留时间在0.1s之内。接着打开控制面板16上的按钮，对主反应区1.2加热。因石英材料对红外几乎透明，大量的辐射热量透过石英管辐射到物料上，整个反应区均匀受热，升温速率会很快。通过插入反应器壁的三个热电偶13、14、15配合，温度达到设定后便自动停止加热。反应硅碳管6外的10cm厚的石棉保温层7可使反应器内温度保持相对恒定。为了减少硅碳管6对石英管内气体的辐射的影响，确保热电偶的测温的准确性，采用内外表面光洁度都很高的银套筒。石英玻璃管反应器1只有主反应区1.2被加热，因此放置在上端即冷端的物料，在主反应区1.2升温过程中不会发生低温慢速分解。主反应区1.2达到设定温度后，圆筒物料2经拨杆3.3拨动落下，受热并发生快速热裂解反应。受热过程中物料发生皱缩和少部分结构的破裂，生成的片状焦炭将部分脱落，小的焦炭片不可避免地夹杂在裂解气中，随载气即氮气一起流动，在经过石英玻璃管反应器1出口时被一耐高温的过滤器5截留，而反应生成的挥发分则进入三级冷凝装置冷凝下来。500～600℃的热解气在置于冷水混合物中一级冷凝装置10的U型管中能降到100℃左右，再通过二级冷凝装置11的螺旋管后降到-5℃，绝大部分左旋葡聚糖在二级冷凝装置11中收集；三级冷凝装置12继续收集已经冷却但未凝结下来的挥发分物质，出口气体温度达到-10℃左右。经过这三级冷凝装置，几乎可以完全收集纤维素快速热裂解生成的以左旋葡聚糖为主要成份的液体产物，收集的液体产物等待分离提纯。物料反应完后，关闭氮气阀门，切断电源冷却装置。需要特别提到的是温度对左旋葡聚糖的产量有着重要影响，全部左旋葡聚糖的生成主要集中在550～650℃的中温辐射源区域，最佳反应温度是在640℃左右。最佳反应条件下，左旋葡聚糖的产量最高可达到54.4％。
权利要求
1.一种纤维素转化左旋葡聚糖装置，其特征在于包括石英玻璃管反应器(1)和多级冷凝装置；其中所述的石英玻璃管反应器(1)的下端口内接有氮气接口(1.1)，氮气接口(1.1)经流化床预热装置(8)接高纯氮气(9)，石英玻璃管的水平支管内装有过滤器(5)，过滤器(5)的出口端依次接多级冷凝装置，石英玻璃管的上端装有上密封盖(3)，上密封盖(3)的给料口(3.1)下有装圆筒型物料(2)的挂钩(3.2)，石英玻璃管的侧面装有圆筒型物料(2)的拨杆(3.3)，水平支管下端的石英玻璃管外装有硅碳管(6)，硅碳管(6)的两端是冷端与电源(17)连接，热电偶的一端接硅碳管(6)中间加热带、热电偶的另一端接控制面板(16)，硅碳管(6)外装有石棉保温层(7)，整个装置均放置在圆柱形钢制外壳中。
2.根据权利要求1所述的一种纤维素转化左旋葡聚糖装置，其特征在于所述的多级冷凝装置为三级，即一级冷凝装置(10)为U型石英玻璃管，冷却介质采用冰水混合物；二、三级冷凝装置(11、12)为螺旋结构的石英玻璃管，采用干冰和丙酮混合液作为冷却介质。
3.根据权利要求1所述的一种纤维素转化左旋葡聚糖装置，其特征在于所述的热电偶为三个热电偶(13、14、15)，等分接在硅碳管(6)中间加热带。
全文摘要
本发明公开了一种纤维素转化左旋葡聚糖装置。是在石英玻璃管反应器的下端口内接有氮气接口，氮气接口经流化床预热装置接高纯氮气，反应器的水平支管内装有过滤器，出口端依次接多级冷凝装置，石英玻璃管反应器的上端装有上密封盖，上密封盖的给料口下有装圆筒型物料的挂钩，水平支管下端的石英玻璃管外装有硅碳管，硅碳管的两端是冷端与电源连接，热电偶的一端接硅碳管中间加热带、热电偶的另一端接控制面板，硅碳管外装有石棉保温层。本装置采用热化学方式从纤维素中得到左旋葡聚糖，利用辐射加热及三级冷凝的方式可以满足纤维素的高效转化并能完全收集产物。在最佳反应条件下，左旋葡聚糖的产量最高可达到54.4％。
文档编号C13K1/02GK1724693SQ20051005067
公开日2006年1月25日 申请日期2005年7月12日 优先权日2005年7月12日
发明者王树荣, 骆仲泱, 方梦祥, 周劲松, 余春江, 施正伦, 高翔, 程乐鸣, 王勤辉, 倪明江, 岑可法 申请人:浙江大学