CN113058519B - 一种可用于光催化的连续化反应装置及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于光催化的连续化反应装置及其用途置，所述反应装置包括本体，所述本体内部设置整体呈扁平状的反应腔体，所述反应腔的前壁和后壁为宽壁；所述前壁和后壁相对，所述反应腔体包括第一腔体，所述第一腔体的前壁内侧面和后壁内侧面都设置若干依次平行排列的V形凸起，相邻两个V形凸起之间形成V形凹槽。本装置可以用于光催化的连续化反应。

Description

一种可用于光催化的连续化反应装置及其用途

技术领域

本发明涉及一种化学反应装置，特别是涉及一种可用于光催化连续化反应装置及其用途。

背景技术

在化学反应中，不同的化学反应需要不同的反应装置搭配构建一个反应体系。目前常用的反应装置往往都是无法持续投料，这就意味着每次反应的量受到限制。如果反应获得的产物不够，实验人员需要在每次反应结束后，重新投料以获得更多的反应物。重新投料，往往需要将反应装置拆解，然后再组合。这样的操作十分繁琐。这种搭建的组合反应体系往往占地空间也比较大。

另外，就化学反应而言，反应物以液体的形式参加反应是实验中经常会遇到的情况。这种反应经常会伴随着搅拌以混匀反应物，现有技术中的搅拌多数采用搅拌浆搅拌这种搅拌方式，往往由于方式过于单一，因此并不能充分混合反应液。

因此提供一种可以连续进行的化学反应装置，尤其是适合反应物以液体为主要形式的反应，十分有必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可用于光催化的连续化反应装置及其用途，用于解决现有技术中化学反应无法连续进行以及反应效率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于连续反应的化学反应装置，所述反应装置包括本体，所述本体内部设置整体呈扁平状的反应腔体，所述反应腔的前壁和后壁为宽壁；所述前壁和后壁相对，所述反应腔体包括第一腔体，所述第一腔体的前壁内侧面和后壁内侧面都设置若干依次平行排列的V形凸起，相邻两个V形凸起之间形成V形凹槽；所述前壁内侧面的V形凸起和后壁内侧面的V形凸起交错设置使得所述前壁内侧面的V形凸起正好插入后壁内侧面上的V形凹槽但不触底，后壁内侧面的V形凸起正好插入前壁内侧面的V形凹槽但不触底。

所述宽壁是指反应腔体较宽侧面的壁。

进一步地，所述反应腔体分为第一反应腔、第二反应腔以及第三反应腔，所述第一反应腔、第二反应腔以及第三反应腔依次连通，使得反应液依次流经第一反应腔、第二反应腔以及第三反应腔。

进一步地，所述第一反应腔、第二反应腔以及第三反应腔围成∩形结构。所述反应腔体整体呈∩形。

进一步地，所述第二反应腔为波浪形反应通道。更进一步地，所述第二反应腔内设置若干条首尾相连的波浪形凸起。因此相邻的两条凸起之间形成波浪形通道。

进一步地，所述第三反应腔为直线形通道。更进一步地，所述第三反应腔内部设置若干依次排列的直线形凸起，相邻两个直线形凸起之间形成直线形通道。相邻的所述两条直线形凸起分别交错与腔壁连接，使得反应液在第三反应腔内迂回流动。

进一步地，所述本体整体呈平板状。所述本体的体积可以根据需要而设定，例如可以是长1-1.5m，宽度为0.5-0.7m，厚度为5-8cm。整体呈∩形的反应腔体内置于其中。

进一步地，所述反应腔体正好位于本体的中部。

进一步地，所述本体内部还设置流入通道和流出通道，所述第一反应腔通过流入通道与外界连通；所述第三反应腔通过流出通道与外界连通。

进一步地，所述通道的横截面为圆形，方形或者其他形状。

进一步地，所述反应装置还包括超声混合模块，所述超声混合模块包括超声波振子，所述超声波振子位于任一或几个反应腔内。所述超声波振子可以通过购买获得。

进一步地，所述反应装置还包括温度控制模块，所述温度控制模块用于检测温度并给反应装置加热和/或制冷。更进一步地，所述温度控制模块包括温度控制件和温度检测件，所述温度控制件与反应装置相连或者位于反应装置附近，所述温度检测件用于检测反应体系的温度。所述温度控制件可以采用红外加热件或者半导体加热片。进一步地，所述本体上设置温度检测通道，所述温度检测件用于检测温度检测通道内的温度。

进一步地，所述反应装置还包括光源控制模块，所述光源控制模块可以为反应装置提供不同波长的光照。所述光源可以采用窄波段光源灯的形式。更进一步地，所述光源控制模块包括选择电路以及LED灯，所述LED灯连接选择电路。使用者可以通过选择电路控制LED灯的波长。本领域技术人员可以通过控制不同波长LED电路实现对波长的选择。

进一步地，所述反应装置还包括压力检测模块，所述压力检测模块用于检测反应腔体内部的压力。

进一步地，所述本体上设置压力检测通道，所述压力检测模块包括压力传感器，所述压力传感器用于检测压力检测通道内的压力。更进一步地，所述压力检测通道包括内孔和外孔，所述内孔与反应腔体内部联通并且突出于本体，所述内孔外设置外孔，外孔环绕内孔，内孔的游离端设置柔性的封口，所述压力传感器设于内孔和外孔之间，感应封口的压力，即可获得反应腔体内部的压力。进一步地，所述柔性封口不参与化学反应。

进一步地，所述压力检测通道内部设置柔性的封口，所述封口位于压力检测通道和反应腔体之间。

进一步地，所述反应装置还包括控制装置，所述控制装置包括微控制器、显示单元、超声混合控制单元、压力检测控制单元、温度检测控制单元，光源控制单元；

所述显示单元、超声混合控制单元、压力检测控制单元、光源控制单元、以及温度检测控制单元都与微控制器相连；

所述超声混合控制单元与超声混合模块相连，所述压力检测控制单元与压力检测模块相连，所述温度检测控制单元与温度控制模块相连，所述光源控制单元与光源控制模块相连。

进一步地，所述反应装置采用透明耐酸碱材料制成。例如透明的玻璃或者聚四氟乙烯。

本发明的另一方面提供了上述反应装置用于化学反应的用途。

如上所述，本发明的可用于光催化的连续化学反应，具有以下有益效果：

本装置由于V形反应通道的特殊结构，使得管道内不同位置处的反应液受力不同，例如V形通道中间部位的反应液与两侧部位的反应液受力不同，结合重力的作用，进而导致运动的方向不一致，实现对反应液的充分混匀，安全可靠。同时本发明采用管道式的容器作为反应腔，所占空间小，使得反应具有连续性因此具有放大效益。

附图说明

图1显示为反应装置分体A立体图。

图2显示为反应装置分体A主视图。

图3显示为反应装置分体B结构示意图。

图4显示为V形凸起的横截面。

图5显示为压力检测通道结构示意图。

图6显示为本装置中间部分截断后示意图。

图7显示为控制装置结构示意图。

元件标号说明

1 第一反应腔

101 V形凹槽

102 V形凸起

2 第二反应腔

201 波浪形凸起

2011 波浪形通道

3 第三反应腔

301 直线形凸起

4 流入通道

5 流出通道

6 压力检测通道

601 惰性反应液

602 外孔

603 内孔

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图7。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种用于化学反应的反应装置，本发明所述的反应装置主要用于实验室或者工厂生产使用。

如图1-3所示，于一实施例中，反应装置包括本体，本体可以采用透明的材料制成，例如透明的玻璃或者聚四氟乙烯。这样方便观察装置内的反应液体。可以将两块具有蚀刻通道的分体焊接(如果是玻璃可以采用融化拼接)获得一个具有内部空腔的反应装置。如图1所示为反应装置的分体A，如图2所示为反应装置的分体B，将A与B合体进而可以获得一个具有密封腔的反应器。

所述本体内部设置整体呈扁平状的反应腔体，所述反应腔体分为第一反应腔1、第二反应腔2以及第三反应腔3，所述第一反应腔1、第二反应腔2以及第三反应腔3依次连通，为一个整体。所述第一反应腔1、第二反应腔2以及第三反应腔3围成∩形结构。

第一反应腔1和第三反应腔3相当于∩形结构的两边，第二反应腔2相当于∩形结构的顶边，三个部分整体组成了反应腔。所述本体内部还设置流入通道4和流出通道5，所述第一反应腔1通过流入通道4与外界连通；所述第三反应腔3通过流出通道5与外界连通。反应液依次从流入通道4流进，流经第一反应腔1、第二反应腔2以及第三反应腔3，经过流出通道5流出。使用时，应该将反应腔直立，使得反应腔整体呈∩结构。

如图4和6，所述反应腔的前壁和后壁为宽壁；所述前壁和后壁相对。所述第一腔体的前壁内侧面和后壁内侧面都设置若干依次平行排列的V形凸起102。相邻两个V形凸起之间形成V形凹槽101；所述前壁内侧面的V形凸起102和后壁内侧面的V形凸起102交错设置使得所述前壁内侧面的V形凸起正好插入后壁内侧面上的V形凹槽101但不触底，后壁内侧面的V形凸起正好插入前壁内侧面的V形凹槽101但不触底。因此从流入通道流进的反应液可以顺着V形凹槽翻滚着向上流动。这种反应装置可以使得反应液的混合更加均匀这是由于：a)反应液本身具有重力，因此反应液在向上翻滚的同时也会向下流动；b)在同一水平面上的反应液部分位于V形凹槽的上方，部分位于V形凹槽的下方，因此使得不同位置处的反应液所受到的外力不同，因此翻滚的方向也不同；c)位于每一条V形凹槽边缘处的反应液除了向上翻滚之外，由于受到中间反应液的挤压因此也会向外(两侧)翻滚；d)由于流入通道不断的泵入新的反应液，新的反应液具有较高的动能，因此V形槽(垂直方向)中间部分的翻滚速度较大，而两则部分的反应液翻滚速度较慢。以上这些因素都促进了反应液的混合，相比于传统的利用搅拌浆搅拌的方式具有显著的优势。这种混合方式可以快速充分的将反应液混合，因此也减少了反应液的流经路径。

V形凸起102的两边与水平面的夹角可以是30-75度。除了一端个别V形凸起102的侧边长度不同外，其他每个所述V形凸起的两个侧边长度都相同。

于一实施例中，所述第二反应腔2为波浪形通道2011。所述第二反应腔2内设置若干条首尾相连的波浪形凸起201。因此相邻的两条凸起之间形成波浪形通道2011。反应液顺着波浪形通道2011迂回前进。波浪形通道2011也可以起到进一步混匀的作用。对于大部分反应而言，第一反应腔1已经足以使得反应液混匀，这一部分主要为反应液的反应提供空间。

于一实施例中，所述第三反应腔3为直线形通道。所述第三反应腔3内部设置若干依次平行排列的直线形凸起301，相邻两个直线形凸起301之间形成直线形通道。相邻的所述两条直线形凸起301分别交错与腔壁连接，使得反应液在第三反应腔3内迂回流动。由于化学反应大部分在第一反应腔1和第二反应腔2已经进行，因此这一腔体不对反应液进行截留，但是为了保证反应的充分还是设置了迂回的通道。这种设置即兼顾了反应液的快速流出也兼顾了反应的充分进行。

在本实施例中，所述第一反应腔整体高度和宽度与第三反应腔的宽度和高度相同。

进一步地，所述本体整体呈平板状。所述本体的体积可以根据需要而设定，例如可以是长1-1.5m，宽度为0.5-0.7m，厚度为5-8cm。整体呈U形的反应腔体内置于本体中部。

于一实施例中，所述反应装置还包括超声混合模块，所述超声混合模块包括超声波振子，所述超声波振子均匀分布在第一反应腔内。所述超声波振子用于给反应液混合，使得反应液充分混匀，促进反应的彻底反应。

于一实施例中，所有所述通道的横截面为圆形，方形或者其他形状，没有限制。

于一实施例中，所述反应装置还包括温度控制模块，所述温度控制模块用于检测并给反应装置加热和/或制冷。所述温度控制模块包括温度控制件和温度检测件，所述温度控制件与反应装置相连或者位于反应装置附近，所述温度检测件用于检测反应体系的温度；所述本体上设置温度检测通道，所述温度检测件用于检测温度检测通道内的温度。所述本体上设置温度检测通道，所述温度检测件用于检测温度检测通道内的温度。温度检测件可以是温度传感器，所述温度控制件可以采用红外加热件或者半导体加热片。

所述温度检测通道均匀分布于反应腔体的周围并且与反应腔体内部联通。优选方案中，所述第一反应腔、第二反应腔以及第三反应腔都分别至少与一个温度检测通道相连，保证各个反应部位都能被检测。

如图5，于一实施例中，所述反应装置还包括压力检测模块，所述压力检测模块用于检测反应腔体内部的压力。所述本体上设置压力检测通道6，所述压力检测模块包括压力传感器，所述压力传感器用于检测压力检测通道内的压力。所述压力检测通道均匀的分布于反应腔体的四周。所述压力检测通道包括内孔603和外孔602。所述内孔603与反应腔体内部联通，并且突出于本体，所述内孔外设置外孔602，外孔环绕内孔，内孔用于安装液态的惰性反应液601(例如凡士林或油脂)，。反应腔内部的压力变化使得惰性反应液在内孔内上下移动达到传递液压(气压)的目的，所述压力传感器(例如气压传感器)设于内孔和外孔之间，感应惰性反应液的压力，即可获得反应腔体内部的压力。

于一实施例中，所述反应装置还包括光源控制模块，所述光源控制模块可以为反应装置提供不同波长的光照。所述光源可以采用窄波段光源灯的形式。所述光源控制模块包括选择电路以及LED灯，所述LED灯连接选择电路。使用者可以通过选择电路控制LED灯的波长。本领域技术人员可以通过控制不同波长LED电路实现对波长的选择。

如图7所示，于一实施例中，所述反应装置还包括控制装置，所述控制装置包括微控制器、显示单元、超声混合控制单元、压力检测控制单元、光源控制单元、温度检测控制单元；所述显示单元、超声混合控制单元、压力检测控制单元、光源控制单元、以及温度检测控制单元都与微控制器相连。所述超声混合控制单元与超声波振子相连，用于控制超声波振子的震动，例如控制震动的时间和频率，所述压力检测控制单元与压力传感器相连用于控制压力传感器的开启，并且实时接收检测的压力信号；所述温度控制单元与温度控制模块相连，例收集温度检测单元的获得的温度信号，并且控制温度控制单元的运作。所述光源控制单元与光源控制模块相连，用于控制选择电路选择不同的波长。各个单元可以将获得的信号在显示模块上显示。

因此，在优选的方案中反应装置还包括一个主机，所述控制装置以及以上各个模块的辅助单元都集成在主机上。使用者通过控制主机即可实现对反应的智能化控制。主机会实时记录反应参数，可用于控制或者后期的数据分析，也可以根据不同的反应设置动态温控、光控、或者自动调整参数的运行主控程序。本装置在反应中无需因反复调料而暂停反应，只需要不断的泵入反应液即可，保证了反应的连续性。尤其是在保证了反应的连续性的同时无需采用搅拌装置对反应液搅拌即可达到快速混匀反应液。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种用于连续反应的化学反应装置，其特征在于，所述反应装置包括本体，所述本体内部设置整体呈扁平状的反应腔体，所述反应腔的前壁和后壁为宽壁；所述前壁和后壁相对，所述反应腔体包括第一腔体，所述第一腔体的前壁内侧面和后壁内侧面都设置若干依次平行排列的V形凸起，相邻两个V形凸起之间形成V形凹槽；所述前壁内侧面的V形凸起和后壁内侧面的V形凸起交错设置使得所述前壁内侧面的V形凸起正好插入后壁内侧面上的V形凹槽但不触底，后壁内侧面的V形凸起正好插入前壁内侧面的V形凹槽但不触底，所述反应腔体分为第一反应腔、第二反应腔以及第三反应腔，所述第一反应腔、第二反应腔以及第三反应腔依次连通，使得反应液依次流经第一反应腔、第二反应腔以及第三反应腔，所述第一反应腔、第二反应腔以及第三反应腔围成∩形结构，所述第二反应腔为波浪形反应通道，所述第三反应腔为直线形通道；所述反应腔使用时是直立的。

2.根据权利要求1所述的化学反应装置，其特征在于，所述装置还包括以下技术特征中的任一种或几种：

a.所述本体整体呈平板状;

b. 所述反应腔体正好位于本体的中部;

c.所述本体内部还设置流入通道和流出通道，所述第一反应腔通过流入通道与外界连通；所述第三反应腔通过流出通道与外界连通。

3.根据权利要求1所述的化学反应装置，其特征在于，所述装置还包括以下技术特征中的任一种或几种：

a.所述反应装置还包括超声混合模块，所述超声混合模块包括超声波振子，所述超声波振子位于任一或几个反应腔内;

b. 所述反应装置还包括温度控制模块，所述温度控制模块用于检测温度并给反应装置加热和/或制冷;

c.所述反应装置还包括光源控制模块，所述光源控制模块可以为反应装置提供不同波长的光照;

d.所述反应装置还包括压力检测模块，所述压力检测模块用于检测反应腔体内部的压力。

4.根据权利要求3所述的化学反应装置，其特征在于，所述温度控制模块包括温度控制件和温度检测件，所述温度控制件与反应装置相连或者位于反应装置附近，所述温度检测件用于检测反应体系的温度；所述本体上设置温度检测通道，所述温度检测件用于检测温度检测通道内的温度。

5.根据权利要求3所述的化学反应装置，其特征在于，所述光源控制模块包括选择电路以及LED灯，所述LED灯连接选择电路。

6.根据权利要求3所述的化学反应装置，其特征在于，所述本体上设置压力检测通道，所述压力检测模块包括压力传感器，所述压力传感器用于检测压力检测通道内的压力。

7.根据权利要求6所述的化学反应装置，其特征在于，所述压力检测通道包括内孔和外孔，所述内孔与反应腔体内部联通并且突出于本体，所述外孔环绕内孔，所述内孔的游离端设置柔性的封口，所述压力传感器设于内孔和外孔之间，用于感应封口的压力。

8.根据权利要求1所述的化学反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括控制装置，所述控制装置包括微控制器、显示单元、超声混合控制单元、压力检测控制单元、温度检测控制单元，光源控制单元；

所述显示单元、超声混合控制单元、压力检测控制单元、光源控制单元、以及温度检测控制单元都与微控制器相连；

所述超声混合控制单元与超声混合模块相连，所述压力检测控制单元与压力检测模块相连，所述温度检测控制单元与温度控制模块相连，所述光源控制单元与光源控制模块相连。

9.如权利要求1-8任一项所述的化学反应装置用于化学反应的用途。

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