CN209222092U - 一种连续光反应器以及一种连续光反应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种连续光反应器以及一种连续光反应系统，连续光反应器包括：光源腔室、反应腔室、换热腔室；光源腔室为圆柱体结构，其内部设置有至少一个光源部件；反应腔室具有第一层曲面玻璃和第二层曲面玻璃，所述反应腔室设置于光源腔室外层，并通过第一层曲面玻璃与光源腔室相连；换热腔室设置于反应腔室外层，通过第二层曲面玻璃与反应腔室相连，换热腔室还具有第三层曲面玻璃，所述第三层曲面玻璃与第二层曲面玻璃之间形成换热空间；反应腔室内设置有至少一个扰流部件，所述扰流部件固定于反应腔室的第一层曲面玻璃上。利用该连续光反应器，可以使光化学反应过程被强化，在高透光率的条件下，同时实现良好的传质和传热效率。

Description

一种连续光反应器以及一种连续光反应系统

技术领域

本实用新型涉及化学合成领域，具体的，涉及一种连续光反应器以及一种连续光反应系统。

背景技术

当前精细化工领域以间歇生产方式为主，生产效率相对较低，安全环保方面也有诸多隐患，进入21世纪后，人工智能、云计算、物联网等为代表的高科技突飞猛进，日新月异。同时随着我国人民对美好生活的不断追求，绿色安全环保成为精细化工行业发展的必经之路，连续生产模式因其效率高，相对容易实现自动控制，成为精细化工转型升级的重要途径之一。

目前国内外主要使用两种光反应器：釜式光反应器和管式光反应器。前者的光是从釜顶往下照射，仅仅照射到物料有限的表面，光的穿透率和吸收利用率都非常低，而且属于间歇反应方式，生产效率不高，且有其它如安全问题等缺陷。相较于釜式光反应器，管式光反应器有所改进，实现了连续流动生产，但光在透过换热夹层中的水或导热油进入到反应物料的过程中，光子已被吸收了相当一部分，光的穿透率被大幅降低，并且由于反应器的管直径通常在几十到数百毫米之间，流体在管中容易以近似平推流方式流动，尤其对于两相，比如液-液或气液反应，混合传质效果不理想。

目前，光反应器仍有待进一步改进。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此本实用新型的一个目的在于提出一种连续光反应器，该反应器可以实现高效的光穿透率，传质、传热效率好，显著强化光化学反应过程，且采用连续反应方式，生产效率高，安全性好，适于固-液、气-液、液-液，气-固-液等多种类型的光化学反应，适应性强，结构简便，性价比高，且易于使用现有玻璃加工技术熔接成型，生产成本低，十分适于工业普及推广。

为此，在本实用新型的一方面，提出了一种连续光反应器，根据本实用新型的一个实施例，该反应器包括：光源腔室，所述光源腔室为圆柱体结构，其内部设置有至少一个光源部件；反应腔室，所述反应腔室具有第一层曲面玻璃和第二层曲面玻璃，所述反应腔室设置于所述光源腔室外层，并通过第一层曲面玻璃与所述光源腔室相连；换热腔室，所述换热腔室设置于所述反应腔室外层，通过第二层曲面玻璃与所述反应腔室相连，所述换热腔室还具有第三层曲面玻璃，所述第三层曲面玻璃与所述第二层曲面玻璃之间形成换热空间；所述反应腔室内设置有至少一个扰流部件，所述扰流部件固定于所述反应腔室的第一层曲面玻璃上。

由此，第一层曲面玻璃、第二层曲面玻璃和第三层曲面玻璃，通过玻璃熔接密封技术形成一个整体并隔成连续光反应器的不同腔室。利用该连续光反应器，一方面可以使流体在反应腔室内，经过扰流部件之间所提供的多个子通道，相应延长流通“路径”，同时加上扰流作用，使得流体可经过不同途径，先被撕裂分散，再被合并，流向多次发生改变，产生近似湍流效果，实现高效率混合，提高传质效率，强化多相光化学反应过程，加快光化学反应速度。另一方面，光源从反应腔室内侧发光，四周被物料包围，光线仅需要经过所述光源腔室与所述反应腔室之间的第一层曲面玻璃即进入反应物料中，光子的穿透率和利用率均得到大幅提升。并且经过扰流部件加强混合之后的物料，能更加充分的接触到光源，促进了光反应效果。而反应腔室最外层所环绕的换热腔室，基于第二层曲面玻璃，传热比表面积大，传热效果好。集成了高效传质和传热、高透光性能的本实用新型的光反应器，以连续流动方式进行光化学反应，工作效率高，非常适于商业化生产。

另外，根据本实用新型上述实施例的连续光反应器还可以具有如下附加的技术特征：

在本实用新型中，所述扰流部件可选自圆环形扰流环、齿轮形扰流环、锯齿形扰流环中的至少一种。

在本实用新型中，所述圆环形扰流环上可设置至少一个扰流孔，所述扰流孔为圆形、椭圆形、菱形、雨滴形或其它不规则图形。由此可以进一步获得近似湍流的效果，使得传质效率更好。

在本实用新型中，所述圆环形扰流环可以匹配成对使用。沿反应腔室纵向方向上，通过将上下相邻的两个圆环形扰流环进行随机布置，使得环上的扰流孔与扰流孔之间，沿纵向方向是随机错开的，由此物料以不规则曲线方式从下向上流动，从而增强扰流效果。

在本实用新型中，所述齿轮形扰流环分为外齿轮形和内齿轮形，可以匹配成对使用。根据本实用新型的具体实施例，在反应腔室内，所述外齿轮形扰流环固定于所述反应腔室的第一层曲面玻璃上，所述内齿轮形扰流环也固定于所述反应腔室的第一层曲面玻璃上。鉴于外齿轮形扰流环的凹槽与内齿轮形扰流环的凹槽随机错开布置，由此可以实现物料沿反应腔室纵向方向，在从下往上流动时，时左时右的不断变换路径，既延长停留时间，又在流动方向变换中相互产生撞击和扩散，从而实现更佳的混合传质效果。并且成对使用的扰流部件可以避免在单一部件上附着沉积物料。

在本实用新型中，所述锯齿形扰流环分为外锯齿形和内锯齿形，可以匹配成对使用。由此，可以产生类似于齿轮形扰流环的扰流效果。

在本实用新型中，沿反应腔室横向方向，所述反应腔室的第一层曲面玻璃和第二层曲面玻璃之间的间距为1～50毫米，优选为1～20毫米，最优选为2～5毫米。由此，第一层曲面玻璃与第二层曲面玻璃的间距被限定在有限范围内，有利于光子穿过反应物料层。越窄的反应腔室，越有利于将所经过的流体摊薄，有利于光子的穿透。

在本实用新型中，沿反应腔室横向方向，扰流部件与第二层曲面玻璃之间有微小间距，所述间距小于0.3毫米。此微小间距可以起到类似圆环形扰流环上扰流孔的作用，从而增强物料流动的扰流效果。

在本实用新型中，沿反应腔室纵向方向，所述上下相邻的扰流部件间的间距为10～100 毫米，优选为10～50毫米。由此，避免隔得太宽时减弱扰流效果，隔得太密时流动阻力会变大，同时加工成本也会增加。

在本实用新型中，所述光源部件为汞灯、氙灯、荧光灯、金属卤素灯或LED灯。光的波长范围从紫外到可见光范围内可选，不同光源部件提供的光波长不一样，由此可以根据具体反应工艺需求来选择确定。

在本实用新型中，所述光源腔室的直径可根据所述光源部件的大小来设置。

在本实用新型中，所述光源腔室、反应腔室、换热腔室的长度，可根据具体工艺需求来确定。

在本实用新型中，所述连续光反应器采用石英玻璃或高硼硅玻璃材质，优选为石英玻璃。由此，便于光子高效透过。石英玻璃从紫外到红外的整个光谱波段都有较好的透光性能，可见光透过率在90％以上，特别是在紫外光谱区，最大透过率可达80％以上。

本实用新型还提供一种连续光反应系统，包括至少两个本实用新型的连续光反应器进行串联使用。根据本实用新型的具体实施例，选择三个连续光反应器进行串联使用，由此获得一种连续光反应系统，适于需要更长光反应时间的情形。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1显示了本实用新型一个实施例的连续光反应器的剖面结构示意图；

图2显示了本实用新型一个实施例的连续光反应器的俯视示意图；

图3显示了本实用新型一个实施例的一种圆环形扰流环结构示意图；

图4显示了本实用新型一个实施例的一种外齿轮形扰流环结构示意图；

图5显示了本实用新型一个实施例的一种内齿轮形扰流环结构示意图；

图6显示了本实用新型一个实施例的一种外锯齿形扰流环结构示意图；

图7显示了本实用新型一个实施例的一种内锯齿形扰流环结构示意图；

图8显示了本实用新型一个实施例的一种连续光反应系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图对本实用新型的连续光反应器进行详细描述。

根据本实用新型的一个实施例，连续光反应器1000主要包括：光源腔室100，反应腔室200，换热腔室300，扰流部件400。

光源腔室100为圆柱体结构，其内部设置有至少一个光源部件110。反应腔室200具有第一层曲面玻璃210和第二层曲面玻璃220，反应腔室200设置于光源腔室100外层，并通过第一层曲面玻璃210与光源腔室100相连；换热腔室300设置于反应腔室200外层，通过第二层曲面玻璃220与反应腔室200相连，换热腔室300还具有第三层曲面玻璃310，第三层曲面玻璃310与第二层曲面玻璃220之间形成换热空间；扰流部件400固定于反应腔室200的第一层曲面玻璃210上。

由此，第一层曲面玻璃210、第二层曲面玻璃220和第三层曲面玻璃310，通过玻璃熔接密封技术形成一个整体并隔成连续光反应器1000的不同腔室。利用该连续光反应器1000，一方面可以使流体在反应腔室200内，经过扰流部件400所提供的多个子通道，相应延长流通“路径”，同时加上扰流作用，使得流体可经过不同途径，先被撕裂分散，再被合并，流向多次发生改变，产生近似湍流效果，实现高效率混合，提高传质效率，强化多相光化学反应过程，加快光化学反应速度。另一方面，光源从反应腔室200内侧发光，四周被物料包围，光线仅需要经过光源腔室100与反应腔室200之间的第一层曲面玻璃210 进入反应物料中，光子的穿透率和利用率均得到大幅提升。并且经过扰流部件400加强混合效果之后的物料，能更加充分的接触到光线，促进了光反应效果。而反应器1000最外层所环绕的换热腔室300，基于第二层曲面玻璃220，传热比表面积大，传热效率高。集成了高效传质和传热、高透光性能的本实用新型的光反应器1000，以连续流动方式进行光化学反应，工作效率高，非常适于商业化生产。

根据本实用新型的具体实施例，扰流部件400可选自圆环形扰流环、齿轮形扰流环、锯齿形扰流环中的至少一种。

根据本实用新型的具体实施例，圆环形扰流环上可设置至少一个扰流孔，所述扰流孔为圆形、椭圆形、菱形、雨滴形或其它不规则图形。由此可以进一步获得近似湍流的效果，使得传质效率更好。

根据本实用新型的具体实施例，所述圆环形扰流环可以匹配成对使用。沿反应腔室200 纵向方向上，通过将上下相邻两个圆环形扰流环进行随机布置，使得环上的扰流孔与扰流孔之间，沿纵向方向是随机错开的，由此物料以不规则曲线方式从下向上流动，从而增强扰流效果。

根据本实用新型的具体实施例，齿轮形扰流环分为外齿轮形和内齿轮形，可以匹配成对使用。根据本实用新型的具体实施例，在反应腔室200内，外齿轮形扰流环固定于反应腔室200的第一层曲面玻璃210上，内齿轮形扰流环也固定于反应腔室200的第一层曲面玻璃210上。鉴于外齿轮形扰流环的凹槽与内齿轮形扰流环的凹槽是随机错开布置，由此可以实现物料沿反应腔室纵向方向，在从下往上流动时，时左时右的不断变换路径，既延长停留时间，又在流动方向变换中相互产生撞击和扩散，从而实现更佳的混合传质效果。并且成对使用的扰流部件可以避免在单一部件上附着沉积物料。

根据本实用新型的具体实施例，锯齿形扰流环分为外锯齿形和内锯齿形，可以匹配成对使用。由此，可以产生类似于齿轮形扰流环的扰流效果。

根据本实用新型的具体实施例，沿反应腔室200横向方向，反应腔室200的第一层曲面玻璃210和第二层曲面玻璃220之间的间距为1～50毫米，优选为1～20毫米，最优选为2～5毫米。由此，第一层曲面玻璃210与第二层曲面玻璃220的间距被限定在有限范围内，有利于光子穿过反应物料层。越窄的反应腔室200，越有利于将所经过的流体摊薄，有利于光子的穿透。

根据本实用新型的具体实施例，沿反应腔室200横向方向，扰流部件400与第二层曲面玻璃220之间有微小间距，所述间距小于0.3毫米。此微小间距可以起到类似圆环形扰流环上扰流孔的作用，从而增强物料流动的扰流效果。

根据本实用新型的具体实施例，沿反应腔室200纵向方向，上下相邻的扰流部件之间的间距为10～100毫米，优选为10～50毫米。由此，避免隔得太宽时减弱扰流效果，隔得太密时流动阻力会变大，同时加工成本也会增加。

根据本实用新型的具体实施例，光源部件110为汞灯、氙灯、荧光灯、金属卤素灯或LED灯。光的波长范围从紫外到可见光范围内可选，不同光源部件提供的光波长不一，由此可以根据具体反应工艺需求来选择确定。

根据本实用新型的具体实施例，光源腔室100的直径可根据光源部件110的大小来设置。

根据本实用新型的具体实施例，光源腔室100、反应腔室200、换热腔室300的长度，可根据具体工艺需求来确定。

根据本实用新型的具体实施例，连续光反应器1000采用石英玻璃或高硼硅玻璃材质，优选为石英玻璃。由此，便于光子高效透过。

本实用新型还提供一种连续光反应系统，包括至少两个本实用新型的连续光反应器 1000进行串联。根据本实用新型的具体实施例，选择三个连续光反应器进行串联，由此获得一种连续光反应系统，适于需要更长光反应时间的情形。图8中1-1表示换热介质进入该连续光反应系统，1-2表示换热介质流出该连续光反应系统；2-1表示待反应的物料进入该连续光反应系统，1-2表示反应完之后的混合物流出该连续光反应系统。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种连续光反应器，其特征在于，包括：

光源腔室，所述光源腔室为圆柱体结构，其内部设置有至少一个光源部件；

反应腔室，所述反应腔室具有第一层曲面玻璃和第二层曲面玻璃，所述反应腔室设置于所述光源腔室外层，并通过第一层曲面玻璃与所述光源腔室相连；

换热腔室，所述换热腔室设置于所述反应腔室外层，通过第二层曲面玻璃与所述反应腔室相连，所述换热腔室还具有第三层曲面玻璃，所述第三层曲面玻璃与所述第二层曲面玻璃之间形成换热空间；

所述反应腔室内设置有至少一个扰流部件，所述扰流部件固定于所述反应腔室的第一层曲面玻璃上。

2.根据权利要求1所述的连续光反应器，其特征在于，所述扰流部件可选自圆环形扰流环、齿轮形扰流环、锯齿形扰流环中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的连续光反应器，其特征在于，所述圆环形扰流环上可设置至少一个扰流孔，所述扰流孔为圆形、椭圆形、菱形、雨滴形。

4.根据权利要求2所述的连续光反应器，其特征在于，所述齿轮形扰流环分为外齿轮形和内齿轮形，可以匹配成对使用。

5.根据权利要求2所述的连续光反应器，其特征在于，所述锯齿形扰流环分为外锯齿形和内锯齿形，可以匹配成对使用。

6.根据权利要求1所述的连续光反应器，其特征在于，沿反应腔室横向方向，所述反应腔室的第一层曲面玻璃和第二层曲面玻璃之间的间距为1～50毫米。

7.根据权利要求6所述的连续光反应器，其特征在于，沿反应腔室横向方向，所述反应腔室的第一层曲面玻璃和第二层曲面玻璃之间的间距为1～20毫米。

8.根据权利要求7所述的连续光反应器，其特征在于，沿反应腔室横向方向，所述反应腔室的第一层曲面玻璃和第二层曲面玻璃之间的间距为2～5毫米。

9.根据权利要求1所述的连续光反应器，其特征在于，沿反应腔室横向方向，所述扰流部件与所述第二层曲面玻璃之间的间距小于0.3毫米。

10.根据权利要求1所述的连续光反应器，其特征在于，沿反应腔室纵向方向，所述上下相邻的扰流部件间的间距为10～100毫米。

11.根据权利要求10所述的连续光反应器，其特征在于，沿反应腔室纵向方向，所述上下相邻的扰流部件间的间距为10～50毫米。

12.根据权利要求1所述的连续光反应器，其特征在于，所述光源部件为汞灯、氙灯、荧光灯、金属卤素灯或LED灯。

13.一种连续光反应系统，其特征在于，包括至少两个如权利要求1所述的连续光反应器进行串联使用。