CN101695648B - 一种负压式连续紫外光化反应器 - Google Patents

一种负压式连续紫外光化反应器 Download PDF

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Abstract

一种负压式连续紫外光化反应器，该反应器有数根垂直中空的圆管，该圆管为波长280nm～300nm的滤光玻璃，其紫外光透过率30～60％，在圆管的中心处装有高压汞灯。整个反应系统为密封结构，外部设有两个真空泵，使系统维持一定的真空度及压力差，促使料液更新，并在无氮气保护的条件下，提高连续化操作的光化学转化效率。

Description

一种负压式连续紫外光化反应器
技术领域
本发明属于光化学反应技术领域，特别是一种负压式连续紫外光化反应器及应用。
背景技术
光化学反应器作为光化学生产的关键设备，种类繁多，用途各异，其性能的优劣对于光化学反应过程的应用有着十分重要的意义。光化学反应器已广泛应用于实际生产，其中比较成功的例子就是光化学合成维生素D系列产品。
许多光化目标产物在紫外光作用下会进一步发生光化学反应生成其它副产物，因此反应终产物非常复杂。以维生素D3为例，7-脱氢胆固醇分子吸收特定波长范围的紫外光子后异构到维生素D3前体，而维生素D3前体分子又能吸收能量与紫外光子进一步异构到另外二个重要的光异构体-光甾醇L和速甾醇T。在这一过程中，维生素D3前体的生成量是多个光异构反应竞争的结果，与光照波长、反应物浓度、溶剂以及温度等因素有关，且随光照时间而变化。进一步研究表明，7-脱氢胆固醇转化成维生素D3前体的最适波长在280-300nm之间。对于实际生产应用的紫外光源---高压汞灯，因含有较多其他波段的紫外光，直接用于照射转化，会产生大量的光甾醇L和速甾醇T等副产物而不利于目标产物的积累，转化率偏低。有人曾经试用高压汞灯配合特殊的滤光液，滤掉不需要的紫外光，从而将紫外光谱限定在较窄的范围内去解决转化率偏低的方案。但由于滤光液在强紫外光源照射下，很容易破坏、变质、失效，无法长期稳定使用而失去实际应用价值。也有采用自制的特殊低压汞灯，其发射光谱可以满足要求，但由于单灯功率在30～80瓦，功率偏低，如实际应用，需要光源的数量很多，反应器体积庞大，结构复杂、造价昂贵，运行和维护困难，企业无法承受。另外，在实际生产中，有时反应器还需要通入大量氮气，驱除氧气，避免光化反应物被氧化破坏。因此还常常需要额外配置价格较高的高纯氮气制造设备，增加了运行维护费用，提高了生产成本。
发明内容
本发明的目的是为了减少光化学过程中副产物的生成以及光源的过照射，需要选择合适波长的光源、合适的溶剂体系及合适的流速来不断更新料液，本发明所提供的负压式连续紫外光化反应器能够很好地解决上述问题。
本发明通过以下技术方案达到上述目的：
一种负压式连续紫外光化反应器，该反应器有数个垂直中空的圆管，该圆管为波长280nm～300nm的滤光玻璃，其紫外光透过率30～60％，在圆管的中心处装有高压汞灯，滤光玻璃外层有料液分布装置，反应器两端接有抽真空设备，使整个光化反应可以在低压真空下进行，同时实现料液的负压差输送和连续化操作。
所述高压汞灯的总功率为0.5KW～100KW。
所述抽真空设备由两个真空泵组成，分别连接进样罐和收集罐，罐体上方均装有放气阀和真空表，真空度范围在-0.04～-0.1Mpa。
所述真空泵为滑阀式、旋片式、罗茨式、往复式、水环式以及喷射式真空泵其中的一种。
所述料液分布装置将料液均匀的分散在滤光玻璃表面或管壁一侧。
所述反应器直径为100mm至800mm，高度为500mm至3500mm。
负压式连续紫外光化反应器在制备维生素D2和D3过程中的应用，应用条件为：在制备维生素D3时所用的拟光转化反应液即7-脱氢胆固醇溶液的浓度为0.01g/l～20g/l，在制备维生素D2所用的拟光转化反应液即麦角固醇溶液的浓度为0.01g/l～20g/l。
为达到预期目的，我们将预处理后的拟进行光转化反应的溶液泵入进样罐，启动真空泵后，通过调节放气阀可以使收集罐的真空度大于进样罐的真空度，这样拟光转化反应液通过料液分布装置均匀地进入反应器。控制一定的流速，溶液经一定时间光照转化后进入样品收集罐，另外，进样罐的拟进行光转化反应的溶液可以连续泵入，收集罐的光转化产物连续泵出进行后处理，整个光化反应系统可以连续化操作。
本发明的有益效果是：
能够在低压真空不需要氮气保护下，通过滤光玻璃获得较窄波长范围的紫外光，转化生产维生素D2和D3。所述滤光玻璃使得光转化的得率提高了15～20％，减少副产物的生成。
本发明简单易行，经济实用，适用于工业化规模生产维生素D2和D3。
附图说明
图1为本发明所述负压式连续紫外光化反应器的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
对照图1，本发明所述负压式连续紫外光化反应器，由收集罐1、反应器2、进样罐3、放气阀4、真空泵5、真空表6、料液分布装置7以及高压汞灯8连接构成，图中反应器内箭头所指方向为拟进行光转化反应溶液的流向。负压式连续紫外光化反应器的工作过程如下：将预处理好拟光转化反应液通过泵泵入进样罐3后，开启高压汞灯8和真空泵5，调节放气阀4，使进样罐3和收集罐1之间形成负压差，促使反应液连续不断地通过料液分布装置7均匀地进入反应器2，光转化反应完成后，通过泵将拟光转化反应液泵入进样罐3，通过吸液泵将反应液抽出收集罐1，从而实现光化反应系统连续化操作。
实施例1
本实施例作为生产维生素D2对照，即在不使用所述滤光玻璃的情况下，目标产物的得率状况。
将10L预处理好的0.01g/l的麦角固醇乙醇拟光转化反应液泵入进样罐3后，开启功率为0.5kw的高压汞灯8和真空泵5，调节放气阀4，控制进样罐3和收集罐1真空度在-0.04～-0.09Mpa间并形成负压差，促使反应液连续不断地通过料液分布装置7均匀地进入反应器2(已拆掉滤光玻璃)。检测光转化产物的变化，并通过调节负压差，控制反应液流速，从而调整光转化反应时间，满足转化工艺条件的需要，使得拟光转化反应液重量转化率达到50％。光转化反应完成后，通过蒸发、过滤等步骤除去未转化的麦角固醇，滤液经浓缩得到粗品即维生素D2前体，通过HPLC-ELSD法测定维生素D2和光转化异构体，以外标两点法对数方程计算定量，得到目标产物即维生素D2前体(P2)和D2的选择性得率约为50％。负压式连续紫外光化反应器高500mm，直径100mm，所采用的紫外光源为进口高压汞灯。
实施例2
将10L预处理好的0.01g/l的麦角固醇乙醇拟光转化反应液泵入进样罐3后，开启功率为0.5kw的高压汞灯8和真空泵5，调节放气阀4，控制进样罐3和收集罐1真空度在-0.04～-0.09Mpa间并形成负压差，促使反应液连续不断地通过料液分布装置7均匀地进入反应器2。检测光转化产物的变化，并通过调节负压差，控制反应液流速，从而调整光转化反应时间，满足转化工艺条件的需要，使得拟光转化反应液重量转化率达到50％。光转化反应完成后，通过蒸发、过滤等步骤除去未转化的麦角固醇，滤液经浓缩得到粗品即维生素D2前体，通过HPLC-ELSD法测定维生素D2和光转化异构体，以外标两点法对数方程计算定量，得到目标产物即维生素D2前体(P2)和D2的选择性得率约为70％。负压式连续紫外光化反应器高500mm，直径100mm，由1根垂直中空圆管组成。所采用的紫外光源为进口高压汞灯。
实施例3
将100L预处理好的10g/l的麦角固醇己烷-乙醇(2∶1，v/v)拟光转化反应液泵入进样罐3后，开启功率为9kw的高压汞灯8和真空泵5，调节放气阀4，控制进样罐3和收集罐1真空度在-0.06～-0.095Mpa间并形成负压差，促使反应液连续不断地通过料液分布装置7均匀地进入反应器2。检测光转化产物的变化，并通过调节负压差，控制反应液流速，从而调整光转化反应时间，满足转化工艺条件的需要，使得拟光转化反应液重量转化率达到50％。光转化反应完成后，通过蒸发、过滤等步骤除去未转化的麦角固醇，滤液经浓缩得到粗品即维生素D2前体。通过HPLC-ELSD法测定维生素D2和光转化异构体，以外标两点法对数方程计算定量，得到目标产物即维生素D2前体(P2)和D2的选择性得率约为65％。负压式连续紫外光化反应器高1500mm，直径300mm，由9根垂直中空圆管组成。所采用的紫外光源为进口高压汞灯。
实施例4
将500L预处理好的20g/l的麦角固醇石油醚-甲醇(7∶1，v/v)拟光转化反应液泵入进样罐3后，开启功率为50kw的高压汞灯8和真空泵5，调节放气阀4，控制进样罐3和收集罐1真空度在-0.07～-0.1Mpa间并形成负压差，促使反应液连续不断地通过料液分布装置7均匀地进入反应器2。检测光转化产物的变化，并通过调节负压差，控制反应液流速，从而调整光转化反应时间，满足转化工艺条件的需要，使得拟光转化反应液重量转化率达到50％。光转化反应完成后，通过蒸发、过滤等步骤除去未转化的麦角固醇，滤液经浓缩得到粗品即维生素D2前体。通过HPLC-ELSD法测定维生素D2和光转化异构体，以外标两点法对数方程计算定量，得到目标产物即维生素D2前体(P2)和D2的选择性得率约为67％。负压式连续紫外光化反应器高3500mm，直径800mm，由30根垂直中空圆管组成。所采用的紫外光源为进口高压汞灯。
实施例5
本实施例作为生产维生素D3对照，即在不使用所述滤光玻璃的情况下，目标产物的的率状况。
将10L预处理好的0.01g/l的7-脱氢胆固醇乙醇拟光转化反应液泵入进样罐3后，开启功率为0.5kw的高压汞灯8和真空泵5，调节放气阀4，控制进样罐3和收集罐1真空度在-0.04～-0.09Mpa间并形成负压差，促使反应液连续不断地通过料液分布装置7均匀地进入反应器2(已拆掉滤光玻璃)。检测光转化产物的变化，并通过调节负压差，控制反应液流速，从而调整光转化反应时间，满足转化工艺条件的需要，使得拟光转化反应液重量转化率达到50％。光转化反应完成后，通过蒸发、过滤等步骤除去未转化的7-脱氢胆固醇，滤液经浓缩得到粗品即维生素D3前体。通过HPLC-ELSD法测定维生素D3和光转化异构体，以外标两点法对数方程计算定量，得到目标产物即维生素D3前体(P3)和D3的选择性得率约为45％。负压式连续紫外光化反应器高500mm，直径100mm，所采用的紫外光源为进口高压汞灯。
实施例6
将10L预处理好的0.01g/l的7-脱氢胆固醇乙醇拟光转化反应液泵入进样罐3后，开启功率为0.5kw的高压汞灯8和真空泵5，调节放气阀4，控制进样罐3和收集罐1真空度在-0.04～-0.09Mpa间并形成负压差，促使反应液连续不断地通过料液分布装置7均匀地进入反应器2。检测光转化产物的变化，并通过调节负压差，控制反应液流速，从而调整光转化反应时间，满足转化工艺条件的需要，使得拟光转化反应液重量转化率达到50％。光转化反应完成后，通过蒸发、过滤等步骤除去未转化的7-脱氢胆固醇，滤液经浓缩得到粗品即维生素D3前体。通过HPLC-ELSD法测定维生素D3和光转化异构体，以外标两点法对数方程计算定量，得到目标产物即维生素D3前体(P3)和D3的选择性得率约为60％。负压式连续紫外光化反应器高500mm，直径100mm，由1根垂直中空圆管组成。所采用的紫外光源为进口高压汞灯。
实施例7
将100L预处理好的10g/l的7-脱氢胆固醇己烷-乙醇(2∶1，v/v)拟光转化反应液泵入进样罐3后，开启功率为9kw的高压汞灯8和真空泵5，调节放气阀4，控制进样罐3和收集罐1真空度在-0.06～-0.095Mpa间并形成负压差，促使反应液连续不断地通过料液分布装置7均匀地进入反应器2。检测光转化产物的变化，并通过调节负压差，控制反应液流速，从而调整光转化反应时间，满足转化工艺条件的需要，使得拟光转化反应液重量转化率达到50％。光转化反应完成后，通过蒸发、过滤等步骤除去未转化的7-脱氢胆固醇，滤液经浓缩得到粗品即维生素D3前体。通过HPLC-ELSD法测定维生素D3和光转化异构体，以外标两点法对数方程计算定量，得到目标产物即维生素D3前体(P3)和D3的选择性得率约为68％。负压式连续紫外光化反应器高1500mm，直径300mm，由9根垂直中空圆管组成。所采用的紫外光源为进口高压汞灯。
实施例8
将500L预处理好的20g/l的7-脱氢胆固醇石油醚-甲醇(7∶1，v/v)拟光转化反应液泵入进样罐3后，开启功率为50kw的高压汞灯8和真空泵5，调节放气阀4，控制进样罐3和收集罐1真空度在-0.07～－0.1Mpa间并形成负压差，促使反应液连续不断地通过料液分布装置7均匀地进入反应器2。检测光转化产物的变化，并通过调节负压差，控制反应液流速，从而调整光转化反应时间，满足转化工艺条件的需要，使得拟光转化反应液重量转化率达到50％。光转化反应完成后，通过蒸发、过滤等步骤除去未转化的7-脱氢胆固醇，滤液经浓缩得到粗品即维生素D3前体。通过HPLC-ELSD法测定维生素D3和光转化异构体，以外标两点法对数方程计算定量，得到目标产物即维生素D3前体(P3)和D3的选择性得率约为72％。负压式连续紫外光化反应器高3500mm，直径800mm，由30根垂直中空圆管组成。所采用的紫外光源为进口高压汞灯。

Claims (6)

1.一种负压式连续紫外光化反应器，其特征在于：该反应器有数个垂直中空的圆管，所述圆管为对波长280nm～300nm的紫外光具有透过率为30-60％的滤光玻璃，在圆管的中心处装有高压汞灯，滤光玻璃外层有料液分布装置，反应器两端接有抽真空设备，该抽真空设备由两个真空泵组成，分别连接进样罐和收集罐，罐体上方均装有放气阀和真空表，真空度范围在-0.04～-0.1MPa。
2.如权利要求1所述的负压式连续紫外光化反应器，其特征在于：所述高压汞灯的总功率为0.5kW～100kW。
3.如权利要求1所述的负压式连续紫外光化反应器，其特征在于：所述真空泵为滑阀式、旋片式、罗茨式、往复式、水环式以及喷射式真空泵其中的一种。
4.如权利要求1所述的负压式连续紫外光化反应器，其特征在于：所述料液分布装置将料液均匀地分散在滤光玻璃表面或管壁一侧。
5.如权利要求1所述的负压式连续紫外光化反应器，其特征在于：所述反应器直径为100mm至800mm，高度为500mm至3500mm。
6.权利要求1至5任一项所述的负压式连续紫外光化反应器在制备维生素D2和D3过程中的应用，其中应用条件为：在制备维生素D2所用的拟光转化反应液即麦角固醇溶液的浓度为0.01g/L-20g/L，在制备维生素D3时所用的拟光转化反应液即7-脱氢胆固醇溶液的浓度为0.01g/L-20g/L。
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