感應(yīng)式磁電生化反應(yīng)系統(tǒng)及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明特別涉及一種多維度控制的感應(yīng)式磁電生化反應(yīng)系統(tǒng)及其應(yīng)用，例如在如 下領(lǐng)域的應(yīng)用，包括：天然高分子原料的輔助酸、酶水解和改性；天然產(chǎn)物的輔助萃取，誘 導(dǎo)影響生化反應(yīng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 生化反應(yīng)器是一種能為化學(xué)和生物反應(yīng)提供適宜反應(yīng)條件，并且在某一操作參數(shù) 下可將原料轉(zhuǎn)化成特定產(chǎn)品的系統(tǒng)裝備，應(yīng)用于化工、生物等輕工業(yè)部門。目前的液相反應(yīng) 器包括釜式反應(yīng)器、水熱合成反應(yīng)器、真空反應(yīng)器、光催化反應(yīng)器、微波化學(xué)反應(yīng)器、電化學(xué) 反應(yīng)器等。上述這些反應(yīng)器的可控操作條件包括溫度、壓力、真空度、攪拌速率、光源種類、 光源功率、微波功率、電極形態(tài)、電極面積、電壓強(qiáng)度等。然則，這些反應(yīng)器的控制參數(shù)較為 單一，無法有效的將磁場、電場、溫度有機(jī)的結(jié)合以實現(xiàn)對反應(yīng)體系的多維度控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種感應(yīng)式磁電生化反應(yīng)系統(tǒng)，其操作參數(shù)豐富。
[0004] 本發(fā)明的另一目的在于提供所述感應(yīng)式磁電生化反應(yīng)系統(tǒng)的應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明的又一目的在于提供一種生化反應(yīng)方法。
[0006] 為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：
[0007] -種感應(yīng)式磁電生化反應(yīng)系統(tǒng)，包括：
[0008] 反應(yīng)單元，包括：
[0009] 反應(yīng)腔體，所述反應(yīng)腔體包括反應(yīng)物容器，且所述反應(yīng)腔體被置于一可旋轉(zhuǎn)的徑 向磁場內(nèi)，
[0010] 初級線圈，繞制于一閉合鐵芯一側(cè)，并與一控制單元連接，
[0011] 次級線圈，繞制于所述閉合鐵芯另一側(cè)，所述次級線圈包括可供作為導(dǎo)體的反應(yīng) 溶液流通的絕緣管路，且所述絕緣管路的兩端與所述反應(yīng)物容器連通；
[0012] 旋轉(zhuǎn)磁場單元，用于產(chǎn)生所述可旋轉(zhuǎn)的徑向磁場；
[0013] 以及，控制單元，至少用以調(diào)整施加在所述初級線圈上的激勵電壓及信號種類。
[0014] 在一實施方案之中，所述控制單元包括函數(shù)信號發(fā)生器，所述函數(shù)信號發(fā)生器輸 出端與功率放大器輸入端相連，功率放大器輸出端與所述初級線圈連接。
[0015] 在一實施方案之中，所述函數(shù)信號發(fā)生器能夠發(fā)出頻率范圍在50~200Hz、電壓 幅寬范圍為10~20VP-P的交流信號，所述交流信號包括正弦波、三角波、鋸齒波、單向方 波、雙向方波或自定義函數(shù)信號。
[0016] 在一實施方案之中，所述功率放大器的功率為80~200VA，輸出交流電壓幅寬范 圍為200~400Vp-p，全功率頻寬為50~200Hz。
[0017] 在一實施方案之中，所述旋轉(zhuǎn)磁場單元包括：
[0018] 呈環(huán)形固定設(shè)置、且異極相對放置的兩塊瓦型永磁體，其中任一瓦型永磁體的弧 度均小于180° ;
[0019] 以及，用以驅(qū)使該兩塊瓦型永磁體轉(zhuǎn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
[0020] 優(yōu)選的，所述瓦型永磁體的中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為2000~3000Gs。
[0021] 進(jìn)一步的，所述瓦型永磁體包括釹鐵硼磁鋼，但不限于此。
[0022] 在一實施方案之中，所述瓦型永磁體的弧度為170°。
[0023] 進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)磁場單元還包括可拆解的鐵軛圓筒，所述兩塊瓦型永磁體呈 環(huán)形固定在所述鐵軛圓筒內(nèi)壁上，且所述鐵軛圓筒與驅(qū)動機(jī)構(gòu)傳動連接。
[0024] 在一實施方案之中，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括由伺服電機(jī)控制器控制的伺服電機(jī)，所述 伺服電機(jī)與所述鐵軛圓筒連接。
[0025] 較為優(yōu)選的，所述反應(yīng)單元還包括：
[0026] 溫控單元，用以將所述反應(yīng)物容器內(nèi)部的溫度控制于-20~KKTC。
[0027] 在一實施方案之中，所述溫控單元包括恒溫循環(huán)水浴，所述恒溫循環(huán)水浴與所述 反應(yīng)腔體上的夾套層的進(jìn)水口和出水口接通。
[0028] 在一實施方案之中，所述初級線圈為單股銅制線圈，且直徑為6~8mm，匝數(shù)為 20~26匝。
[0029] 在一實施方案之中，所述次級線圈包括玻璃彈簧支撐體，所述玻璃彈簧的內(nèi)徑為 2~3mm，匝數(shù)為10~13,總長為700~900mm。
[0030] 在一實施方案之中，所述閉合鐵芯優(yōu)選采用但不限于硅鋼材料，且工作頻率范圍 為 50 ~200Hz。
[0031] 在一實施方案之中，所述次級線圈采用玻璃彈簧作為反應(yīng)溶液導(dǎo)體的支撐物并與 所述反應(yīng)物容器的兩端相連接并形成聯(lián)通狀態(tài)，同時所述反應(yīng)物容器上端設(shè)有主進(jìn)料口， 一側(cè)設(shè)有與所述玻璃彈簧垂直相連通的次進(jìn)料口，以及，所述反應(yīng)腔體上還設(shè)有可供不同 溫度的循環(huán)液體流動的玻璃夾套。
[0032] 一種生化反應(yīng)方法，其包括：
[0033] 提供前述的任一種感應(yīng)式磁電生化反應(yīng)系統(tǒng)；
[0034] 將反應(yīng)溶液置入所述反應(yīng)單元，并以所述控制單元向所述初級線圈施加頻率為 50~200Hz，電壓幅寬范圍為200~400Vp-p和功率為80~200VA的各類交流激勵信號， 以及，使所述可旋轉(zhuǎn)的徑向磁場以〇. 1~50Hz的頻率旋轉(zhuǎn)，且所述可旋轉(zhuǎn)的徑向磁場的中 心磁感應(yīng)強(qiáng)度為2000~3000Gs。
[0035] 優(yōu)選的，所述生化反應(yīng)方法還包括：在反應(yīng)開始前或反應(yīng)過程中，調(diào)整所述反應(yīng)物 容器的溫度至反應(yīng)所需溫度。
[0036] 進(jìn)一步的，所述生化反應(yīng)方法還包括：采用函數(shù)信號發(fā)生器發(fā)出頻率為50~ 200Hz、電壓幅寬為10~20Vp-p的正弦波、三角波、鋸齒波、單向方波、雙向方波或自定義函 數(shù)信號，然后使用功率為80~200VA、全功率頻寬為50~200Hz的功率放大器將所述信號 放大并使輸出的交流信號電壓幅寬為200~400Vp-p且以此激勵所述初級線圈。
[0037] 前述感應(yīng)式磁電生化反應(yīng)系統(tǒng)或前述生化反應(yīng)方法于天然高分子原料的輔助酸 水解、酶水解和改性，天然產(chǎn)物輔助萃取，誘導(dǎo)影響生化反應(yīng)的應(yīng)用。
[0038] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括：
[0039] (1)本發(fā)明中的感應(yīng)式磁電生化反應(yīng)系統(tǒng)操作條件更為豐富，包括信號種類、信號 電壓幅值、信號頻率、旋轉(zhuǎn)磁場強(qiáng)度、旋轉(zhuǎn)磁場頻率和溫度等；
[0040] (2)利用電磁感應(yīng)原理，通過產(chǎn)生感應(yīng)電壓而驅(qū)動反應(yīng)溶液體系中的帶電離子、帶 電化合物、帶電粒子、帶電蛋白質(zhì)或酶類等，并形成不同的傳導(dǎo)效果，再結(jié)合旋轉(zhuǎn)磁場的作 用，還可影響這些物質(zhì)在反應(yīng)體系中的擴(kuò)散速率，并對生化反應(yīng)進(jìn)行有效的影響和誘導(dǎo)；
[0041] (3)重要的是，因為反應(yīng)溶液中的交變電場來源于感應(yīng)電壓，故無需采用通電的極 板或電極，可避免溶液體系中的電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。
【附圖說明】
[0042] 圖1是本發(fā)明一實施例中一種感應(yīng)式磁電生化反應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043] 圖2是本發(fā)明一實施例中一種反應(yīng)腔體的剖視圖；
[0044] 圖3a-圖3c是本發(fā)明一實施例中相對的兩塊瓦型釹鐵硼磁鋼的主視圖、側(cè)視圖和 立體圖；
[0045] 圖4是本發(fā)明一實施例中一種旋轉(zhuǎn)磁場單元的分解結(jié)構(gòu)示意圖；